第十二章 过度捕捞与海水养殖问题

1. 第十二章 过度捕捞与海水养殖问题

2. 第一节 传统的渔业资源管理模式

3. 一、最大持续产量的原理 （一）持续产量和最大持续产量 • 一个渔业种群生物量的自然增长量（dB／dt，即种群剩余生产部分）与种群大小（B）有关。当种群生物量处于极低水平（B≈ 0）或达到最大（B = B∞）时，dB／dt 为零；当种群为中等大小时，dB／dt 最大。 • 持续产量：就是在生态环境基本稳定的条件下，每年从该种群资源中捕捞一定的数量而不影响资源量继续保持在一定的水平上，这种渔获量可以年复一年的获得就称为持续产量或平衡渔获量也称剩余产量。 • 最大持续产量（MSY）：在不损害种群本身再生产能力的情况下，从种群资源中持续获得的最大产量，是海洋渔业资源管理的目标 。

4. （二）捕捞力量、网目大小与持续产量的关系 • 捕捞力量或称捕捞努力量（fishing effect）通常是指特定时间内投入渔业的捕捞生产工具设备的数量和强度，网目大小则与种群中被捕捞的年龄有关。 • 必须通过研究，了解某一资源对象的最适的捕捞力量和捕捞年龄（网目大小），并采取一些适当的保护资源的措施（如规定禁渔期、禁渔区），避免产生捕捞过度现象，使渔业资源能被人类持续不断的利用。

5. 二、持续产量模型 • 持续产量模型（逻辑斯谛模型）是一种描述渔业产量、捕捞力量与种群剩余生产量部分之间关系的数学模型，其特点是只考虑产量因素。 • 在未开发利用的情况下种群增长模式可表达为：dB/dt＝rB（B∞－B）/ B∞ 当B＝B∞ / 2时，dB/dt 达最大值，即增长速率最快。 • 在开发利用的情况下，种群增长速率还受捕捞的影响，设捕捞死亡系数为F，则：dB/dt＝ rB（1－B/B∞）－FB 捕捞死亡系数 F 与捕捞力量 f 成正比， 即F＝qf（ q：可捕系数） ，所以： dB/dt＝rB－rB2/B∞－f qB 当f qB＜r B－rB2/B∞，dB/dt＞ 0，种群生物量增加，表现为自然增长。反之，资源将趋下降，就形成捕捞过度。

6. 二、持续产量模型 （cont.） • 当fqB＝ rB－rB2/B∞，渔获量恰与种群自然增长量相等，dB/dt＝ 0，种群生物量保持不变，则认为种群生物量与捕捞力量处于平衡状态。 • 在这种平衡状态下所获得的渔获量就是持续产量，以Y 表示： Y ＝ f qB ＝r B－rB2/B∞ • 由于实际现存的生物量 B 难以确定，将Y-B关系转换为Y-f 关系： Y ＝f qB ＝f q（B∞－f q/r）＝（qB∞）f－（q2 B∞ / r）f 2 设 a ＝ q B∞， b ＝ q2 B∞/ r 则 Y ＝a f －b f 2或 Y / f＝ a — bf 表明平衡状态下，单位捕捞力量渔获量与捕捞力量为线性关系。

7. 二、持续产量模型 （cont.） • MSY与fMSY 由Y ＝ a f －b f 2求Y最大值，须令 dY /df ＝ a — 2bf ＝0 得：f ＝ fMSY＝a / 2b＝r B∞ / 2q， MSY ＝ a2 / 4b＝ r B∞2 / 4 只要算得参数a、b就可计算得 MSY 及其相应的 fMSY • 优点：持续产量模型不需要鉴定研究对象的年龄、生长率、死亡率和补充率等参数，只要有多年的渔获量和捕捞力量资料，即可满足计算要求。 • 缺点：不易获得数据；人为与自然因素影响较多。

8. 三、动态库模型 • 动态库模型把种群作为个体的总和，处于连续的补充、生长与死亡之中，通过分析这些因素与人类捕捞的关系，作出模型，指导捕捞。又称为单位补充群体产量模型。 • 同龄群体在生命周期中的数量和生物量变动 • 设某一时期初资源重量为P1，这一时期末资源重量为P2，则： • P2＝P1＋(R ＋G)－(F ＋M) • R：补充量；G：生长量；F：捕捞量；M：自然死亡量 • 就要使这种群保持平衡，即P2 ＝ P1，必须：R ＋ G＝ F＋ M

9. 2. 补充量 • 与种群数量变动有关的第一因子是补充量。 • 所谓补充，就是小鱼进入被开发区域成为容易与渔具接触的过程。 • 由于补充量预报的困难，在动态库模型中，主要是研究单位补充渔获量（Y/R）模型，而不是产量（Y）模型。即估算单位补充最大产量MYR（maximum yield/recruit），而不是最大持续产量MSY。

10. ( ) 3 W W 1 e K t t ＝ 〔 ― 〕 ― － 0 t ∞ 3. 鱼类的生长 • 经验公式： 伯塔兰菲（Von Bertalanffy）体重增长方程式可表示为： • Wt：年龄t的平均体重； • W∞：随年龄增长而增长的渐近体重； • K：生长曲线的曲率，决定趋向W∞的变动率的一个常数； • t0：体重为零时的理论年龄，小于零。

11. 生长参数计算 由体重生长方程式可推导得：

12. 4. 鱼类的死亡 瞬时总死亡系数： Z＝F＋M（F：捕捞死亡；M：自然死亡） 为简化，模型假设M是常数，讨论如何控制F达到合理开发。 • 自然死亡系数 dN /dt＝－MN t定积分，得：N t ＝N0 e－M ( t－t 0) 设t0为生命周期开始时间，t0＝0，则上式为：N t ＝N0 e－M t 在补充年龄为t r，补充量为R 时： N t ＝Re－M ( t－tr ) • 捕捞死亡系数 当M ＝ 0 N t ＝N0 e－F t 如果总的渔场面积不变，捕捞力量又是均匀分布，或捕捞力量相对于鱼群密度是均匀分布，瞬时捕捞死亡系数F也与捕捞力量f成正比： F ＝ q f

13. 总死亡系数 • 在捕捞阶段N t＝ N 0 e－(F+M ) t • 当捕捞的最初年龄为tc ，年龄tc时数量为R' • 则：N t ＝R'·e－(F+M ) ( t－tc) • 或 N t ＝ R' e－Z (t－tc) • 同一世代t龄到t ＋1龄的总死亡Z以下式计算 • 式中，Yt 、Y（t＋1）分别表示t 龄、t＋1龄时的渔获量。ft 、f( t + 1) 分别为其对应的捕捞力量。

14. 模型推导： • 在一定捕捞强度下，某世代群体在t龄时的可能渔获量YW和相应的捕捞死亡系数F，可用微分方程表示：dYW/dt＝ F N t Wt 4. 动态库模型 • 公式中，W∞、M、t0、K是常数，需求出；F、 ρ、λ是变量，而ρ、λ由tc决定，因此公式本质上反映了YW与F、 tc的关系。 • 由模型作图，得等产量曲线。

15. 基于动态库模型的北海鲽等产量曲线图（例） • Beverton-Holt对北海鲽的渔业状况和种群动态作了多年观测研究，计算了tr、t0、tc、tλ、W∞、K、M等各参数值。以不同的t c和F值代入动态库模型计算了相应的YW/R值，做成等产量曲线图，从中判断F与t c的最佳区域，确定相应的捕捞力量和网目大小 。

16. 四、单物种渔业资源管理模式的局限性 • 单物种渔业资源管理模式主要是通过调整捕捞网具的网目大小（即初次被捕捞年龄）和捕捞力量以期达到获得特定种群最大持续产量的目标。但是受行业利益驱使以及渔业管理上的问题，传统的渔业管理模式已经不能阻止过度捕捞的出现。 • 单物种模式的前提条件是渔场长期保持环境和生产力等条件的基本稳定，但是在过度捕捞、环境污染、生境破坏、气候变化等人类和自然因素的多重压力下，海洋生态环境变化剧烈。 • 单物种资源管理模式的缺陷还表现在该模式忽略了种间关系（包括竞争关系、捕食关系和共生关系等）对资源种群数量动态的影响，或者说忽略了种间关系在生物资源形成和消亡中的作用。 • 今天，单物种资源管理模式几经远远不能满足渔业资源科学管理的需要，可以预见在不远的将来会被以生态系统为基础的新管理模式所取代。

17. 第二节 过度捕捞 FAO： http://www.fao.org/figis/servlet/static?dom=root&xml=tech/profile/sea_profile.xml

18. 一、过度捕捞的概念 • 过度捕捞（overfishing）：指对资源种群的捕捞死亡率超过其自然生长率，从而降低种群产生最大持续产量长期能力的行为或现象。 • 生物学过度捕捞（biological overfishing） • 经济学过度捕捞（economic overfishing） • 生长型过度捕捞（growth overfishing）：指鱼类尚未长到合理大小就被捕捞，从而限制了鱼群产生单位补充最大产量（MYR）的能力，最终导致总产量下降的现象。 • 补充型过度捕捞（recruit overfishing）：是指由于对亲体（产卵群体）的捕捞压力过大，导致资源种群的繁殖能力下降，从而造成补充量不足的现象。 • 生态系统过度捕捞（ecosystem overfishing）：指过度捕捞使生态系统的平衡被改变，大型捕食者的数量减小，小型饵料鱼的数量增加，导致生态系统中的物种向小型化发展，平均营养级降低的现象。

19. 沿食物网向下捕捞（fishing down the food web）

20. 二、过度捕捞对渔业产量和渔获物组成的影响 • 对海洋传统渔业资源的过度捕捞 • 海洋鱼类的捕捞量从上世纪80年代中后期开始已呈明显下降趋势，其中传统渔业对象渔获量的衰退最为突出 。 • 1995年联合国粮农组织（FAO）的报告称，70%以上的海洋鱼类资源处于过度捕捞的状态。

21. 渔获物组成的变化 • 中上层鱼类为主 • 底层渔获量下降 • 顶级渔获物减少 • 渔获物平均营养级下降 • 大个体渔获物减少 • 渔获物种类组成变化大

22. 三、兼捕 • 兼捕（bycatch）：是渔业捕捞的伴生物，系指在对渔业对象的捕捞过程中捕获、抛弃或伤害其他海洋生物资源的行为或现象。 • 兼捕量（含丢弃量）通常占到渔获物总量的25~40% • 世界海洋渔业的年丢弃物总量约为670万t，占总渔获量的8% • 容易受到兼捕的海洋生物： • 因繁殖或摄食活动而与渔捞对象同时出现在同一区域的种类（如海龟、海鸟、海洋哺乳类和鲨鳐类） • 营固、附着生活或行动缓慢的底栖生物（如珊瑚、海绵和海胆） • 一些受船舶抛弃物所吸引的海洋生物（如海鸟） • 易受兼捕影响的海洋生物： • K选择物种（如海洋哺乳类） • 群居的无脊椎底栖动物（如珊瑚） • 种群小或者地理分布范围有限的物种（如特有种、濒危物种）

23. 兼捕的危害 • 破坏海洋生物多样性： • 对濒危物种的生存产生重大威胁。 • 对小种群的兼捕，会对该种群的稳定性造成强烈的负面影响。 • 废弃网具造成的连带性死亡也是兼捕的一种类型，常常也对海洋生物多样性构成威胁。 • 影响海洋生物资源的恢复： • 对幼鱼的兼捕往往严重影响资源种群的补充量。 • 改变海洋生物行为和生境： • 兼捕丢弃物常常引起取食者的摄食行为改变，甚至造成局部海域海底缺氧而影响底栖生物定居。

24. 四、渔具、渔法对海底生境的破坏 • 海底是结构高度复杂的复合体，为许多生活在海洋底层的生物提供了重要的栖息地、育婴场和避难所。但是…… 底拖网作业前 底拖网作业后

25. 底拖网： • 底栖环境被破坏后的自然恢复过程是很缓慢的，每一次底拖网作业后至少需要数年的时间才能逐渐恢复。 • 拖网不仅直接影响与其接触的目标（如对虾）和非目标生物（如珊瑚和海绵），更严重的是拖网像风暴一样干扰海床，卷起沉积物（包括有毒物质的再悬浮），造成海床自然条件发生变化，破坏底栖生物的生存环境，同时也干扰了支持生态系统功能的正常的海底生物地球化学过程，如碳固定、营养物质循环、碎屑分解作用和营养物质重新释放回到水层等过程。 • “炸鱼”或“毒鱼” • 大大小小的各种鱼类不可避免地受到伤害或死亡，更严重的是这些鱼类和其他海洋生物赖以生存、繁殖的环境也被破坏了。

26. 五、过度捕捞导致生态系统的结构、功能退化 • 食物链结构的稳定性机制受到破坏。 • 改变了群落中的种间关系。 • 削弱了群落中原有优势种或关键种的地位或作用。 • 破坏了海洋生态系统中的物理环境。 • 持续的过度捕捞造成海洋生物种群不断变小，将引起种质退化，最终导致种群衰退和灭亡，使群落的物种多样性下降 。

27. 第三节 海水养殖问题 一、我国的海水养殖概况 • 鱼、虾、贝、藻，品种丰富、形式多样 • 《中国农业年鉴》的统计数据，我国的海水养殖总产量已占世界总产量的70% 以上，2006年达到1131.5 万t，首次超过了海洋捕捞量，2006年海水养殖面积达到1.24×106 ha，是名副其实的世界第一海水养殖大国。 • 我国海水养殖业面临着严重的现实问题，如养殖产业缺乏系统研究和整体战略意识，养殖技术落后，养殖密度过大，养殖区病害肆虐，追求经济效益盲目引种，养殖环境的恶化和生态系统失衡等，对我国海水养殖业可持续发展和海洋生态安全构成明显的威胁。

28. 网箱养殖 海藻养殖

29. 二、养殖水域的有机污染和富营养化 • 由水产养殖引起的有机物和营养盐污染常常又被称为“自身污染” 。 • 污染来源： • 养殖动物排泄：如NH4+-N • 残饵、粪团沉降过程释放：大量溶解有机物 • 海底沉积物释放：大量营养盐类 • 形成的原因： • 养殖技术水平低：单一化养殖、养殖密度高、饵料质量差、投饵方式不科学、…… • 养殖场所规划差：多处封闭、半封闭海湾，物理自净能力较弱，需要合理的布局和规划

30. 从局部来看，海水养殖对养殖水域（尤其是养殖密集区）造成的有机污染和富营养化，将给这些海域的环境生态和海水养殖本身带来长期和积累性的重要影响。从局部来看，海水养殖对养殖水域（尤其是养殖密集区）造成的有机污染和富营养化，将给这些海域的环境生态和海水养殖本身带来长期和积累性的重要影响。 • 病虫害增加 • 赤潮发生几率增大 • 养殖品种的种质退化 • 底层缺氧或无氧化 • ……

31. 三、养殖区的生境破坏或改变 • 贝类养殖： • 滩涂贝类养殖：耙挖滩涂采收贝类，造成与底拖网破坏海底类似的生境损坏，对依赖滩涂生境生活的其他海洋生物造成影响。如广西北海海草场的衰退与贝类养殖有密切关系。 • 筏式贝类养殖： • 养殖筏架改变了海区水流的速度和流向，阻碍或干扰了鱼类的洄游路径 • 养殖贝类排出的大量粪和假粪（有报道称可高达摄食量的95%）在海底沉积，增加了沉积物数量，改变了沉积物成分，进而引起底栖动物种类减少，耐污、耐低氧的种类增加。 • 过量的滤食性贝类养殖会导致水层浮游植物锐减，相应地造成浮游动物和植食性鱼类的减少。

32. 网箱养殖： • 网箱养殖也会改变养殖区的水文特征，干扰鱼类洄游，导致海底沉积物的增加。 • 鱼类养殖所产生的残饵、粪团等沉积物的有机质含量极高，更容易造成养殖区底部缺氧，并释放出氨和硫化氢等有毒物质，对底层和水层的生物造成更严重的影响。 • 海藻养殖： • 海藻养殖虽然常常有利于净化养殖海区的水质，但如果超过养殖环境容量，则会引起海域的贫营养化，导致浮游植物因营养盐不足而难以生长。 • 海藻养殖过密也会遮蔽太阳光，造成养殖海藻下方的浮游植物和其他野生海洋植物因光照不足而衰亡。

33. 四、养殖对象逃逸、放流的潜在生态安全问题 • 海水养殖外来种的逃逸 一旦外来种在新环境中定殖成功 • 将与本地种（或称土著种）竞争食物和生境， • 干扰群落中原有的各种相对和谐的种间关系， • 还可能与本地近缘种杂交而导致基因污染， • 降低引入地的生物多样性水平， • 甚至导致本地种的逃离或灭绝。 【案例】 在太平洋东岸养殖的大西洋鲑鱼，由于风暴和操作不当，每年都有为数不少的个体发生逃逸，虽然这些逃逸鲑鱼的成活率低于野生鲑鱼，但因为年复一年的数量积累，从美国西海岸返回河流和溪流中产卵的大西洋鲜鱼的数量在上升，并已在不列颠哥伦比亚州的河流中繁殖成功。它们与野生的太平洋鲑鱼竞争食物、生境和产卵场，随着种群的扩大，将可能对太平洋鲑鱼资源的可持续构成威胁。(Pew Oceans Commission，2005)

34. 中国引进的海洋外来鱼类 (赵淑江等，2006)

35. 海水养殖本地种的逃逸与苗种放流 • 养殖过程中发生本地种逃逸或放流则更容易对野生种群的遗传多样性造成影响，常常体现在遗传性状或种质的改变上。 • 养殖品种通常已经过特殊选育或局部基因改良（如杂交、转基因等），遗传性状与野生种群差异很大，虽然有利于养殖，但往往对环境变化的适应性较差，一旦逃逸到自然环境中与野生群体杂交，将会降低野生种群适应环境变化的能力。 • 由于养殖品种个体大、生长快、捕食竞争力强，也将危及野生种群的生存。 • 雌性不育品系育苗技术将有效降低养殖逃逸生物对野生种群遗传多样性影响的风险。 【案例】 我国的养殖大黄鱼已普遍出现了生长慢、易得病、表型性状差、性成熟早和品质下降等问题。这些养殖动物发生逃逸（这种现象已十分严重），与野生种群杂交，将导致野生种群的种质下降，遗传多样性丧失，难以适应在人为和自然因素驱动下越来越多变的环境。更可怕的是，如果将种质已严重退化的幼苗或成体大量放流到自然环境中，将可能给野生种群带来灭顶之灾。

36. 海水养殖引起的病虫害问题 • 严重的“自身污染”会导致养殖水域的环境恶化，破坏和谐的生物间关系和生态平衡，使原本被各种自然关系所抑制的病原生物得以大量滋生； • 由引种动物携带进入的许多外来病原生物； • 养殖动物因密度高，承受的生理压力大，容易得病 • 海水养殖已成为许多病虫害滋生、传播和蔓延的温床和重要媒介。 • 许多病原已籍亲体和苗种销售、养殖废水排放、养殖动物逃逸等渠道扩散到各地，并传播到野生种群上。 【例子】 挪威的野生鲑鱼因洄游途经分布有鲑鱼养殖场的海域，已感染了来自养殖鲑鱼的海虱（一种食肉寄生虫）；美国的野生大西洋鲑鱼也受到携带有病原的逃逸养殖鲑鱼的影响，感染上鲑鱼贫血症（该鱼病首先是在缅因州的鲑鱼养殖场发现的）和其他传染性疾病。(Pew Oceans Commission，2005)

37. 五、水产药物污染和由饵料引起的生态问题 • 水产药物：为了改善养殖环境、排除非养殖对象、防治病虫害和促进养殖动物生长或繁殖，许多药物被使用在育苗、养成和饵料等多个环节中。这些药物包括氧化剂（如生石灰、高锰酸钾）、水质稳定剂（如EDTA）、杀藻剂（如硫酸铜）、杀虫剂（如敌百虫、福尔马林）、抗生素（如四环素、青霉素、磺胺类）、抗病毒药物（如伏碘、病毒灵）、激素（如人体绒毛膜促性腺激素HCG、生长激素GH）、免疫活性剂（如左旋咪唑）、麻醉剂（如甲磺酸盐）和中草药（如茶粕）等。 • 近年来我国海水养殖环境不断恶化、病虫害严重，药物使用的种类和数量呈不断上升的趋势。 • 大量使用药物，不但使养殖品种的品质下降、种质退化，而且养殖动物的药物残留会影响食用者（人类或动物）的身体健康，还会毒害养殖场周边的野生生物，并会引起病原体抗药性的提高，导致一系列社会和生态问题。

38. 水产饵料与饲料 • 海水鱼类和虾蟹类的养殖需要消耗大量的天然饵料和配合饲料。 • 天然饵料（俗称小杂鱼）的饵料系数高（6~10）,残饵问题严重。 • 配合饲料的饵料系数低（优质的为1.5~2），效率高，环境压力小。但也常常是病原体的携带者。 • 饵料所带来的更严重的问题是，规模不断壮大的海水鱼类养殖业对小杂鱼和鳀鱼、沙丁鱼、鲱鱼等海洋中上层鱼类为主的饲料鱼的巨大需求给海洋生态系统带来巨大的压力。 • 据FAO统计，饲料鱼的捕捞量已占全球渔业捕捞量的1/3，大多被加工成鱼粉和鱼油。 • 国际上正在努力开展肉食性养殖鱼类的食性驯化研究和尝试，减少这些鱼类对鱼粉等动物性蛋白和鱼油的依赖。