威海小石島人工魚礁海域漁獲物群落結構特征及其與環(huán)境因子相關性

王新萌, 唐衍力, 孫曉梅, 盛化香, 萬 榮

(中國海洋大學 水產學院, 山東 青島 266003)

威海小石島人工魚礁海域漁獲物群落結構特征及其與環(huán)境因子相關性

王新萌, 唐衍力, 孫曉梅, 盛化香, 萬 榮

(中國海洋大學 水產學院, 山東 青島 266003)

為探究人工魚礁投放對威海小石島附近海域漁獲物種類組成、漁獲量變化、漁獲物結構特征的影響, 作者于2012～2013年對威海小石島人工魚礁區(qū)及對照區(qū)的漁獲物和環(huán)境因子進行了調查, 并采用聚類分析、單因子相似性分析及相似性百分比分析對漁獲物結構特征進行分析, 采用典范對應分析(CCA)對礁區(qū)主要物種與環(huán)境因子的相關性進行分析。結果顯示, 南、北礁區(qū)地籠網調查到漁獲物種類數量高于對照區(qū), 分別為24、31和18種。南、北礁區(qū)魚類和甲殼類生物資源量高于對照區(qū)。南、北礁區(qū)全年資源量占優(yōu)勢的種類為日本蟳(Charybdis japonica)和大瀧六線魚(Hexagrammos otakii), 對照區(qū)為海刺猬(Glyptocidaris crenularis)和大瀧六線魚。聚類分析和單因子相似性分析表明, 漁獲物組成結構在季節(jié)間差異顯著(P＜0.05), 在春季和夏季, 人工魚礁區(qū)漁獲物組成結構和對照區(qū)差異顯著(P＜0.05)。典范對應分析表明, 水溫、葉綠素a和溶解氧是影響礁區(qū)主要漁獲物種類分布的主要環(huán)境因子。投放人工魚礁改善了威海小石島礁區(qū)水域的漁獲物群落結構, 并增加主要魚類、甲殼類經濟物種的漁獲量。

人工魚礁; 漁業(yè)資源; 群落結構; CCA; 環(huán)境因子

過度捕撈和環(huán)境污染導致了中國近海漁業(yè)資源的嚴重衰退[1-2], 而建設人工魚礁是改善魚類棲息地、修復漁業(yè)生態(tài)環(huán)境的有效措施之一[3-6]。人工魚礁投放后產生的上升流能夠將海底有機物及營養(yǎng)鹽帶入海水表層, 促進海洋浮游植物、藻類繁殖, 提高海洋初級生產力。研究發(fā)現, 人工魚礁區(qū)的無機氮、磷酸鹽、硅酸鹽、有機碳、有機氮和有機磷含量均高于非礁區(qū)[7], 也有研究表明, 人工魚礁投放后浮游植物生物量、葉綠素a及初級生產力均高于對照區(qū)和投礁前[8]。隨著中國沿海人工魚礁建設逐漸推廣,近年來國內許多學者對人工魚礁區(qū)進行了游泳動物資源調查與研究。對嵊泗、海州灣、三橫山、俚島、萊州灣和象山灣等海域的人工魚礁漁業(yè)資源調查發(fā)現, 在海區(qū)投放人工魚礁可以明顯增加游泳動物資源種類和資源量[9-13], 并能吸引魚類產卵群體[14]。國外研究發(fā)現, 人工魚礁主要對巖礁性魚類起到誘集作用[15]。通過對人工魚礁區(qū)某些巖礁性魚類運動特征的研究發(fā)現, 人工魚礁能夠為巖礁性魚類提供遮蔽和攝食場所, 且魚類在人工魚礁的行為與其生理需求及捕食行為相關[16-17]。

國內對人工魚礁浮游生物群落組成與環(huán)境因子相關性的研究較為豐富, 但對游泳動物與環(huán)境因子關系的研究相對較少。汪振華等[18]、吳忠鑫等[10]研究發(fā)現, 水溫、深度能夠影響人工魚礁游泳動物群落變化。國外對此方面研究較多, 降水、河流、水的清澈度、鹽度、人工魚礁的結構復雜性以及礁體的空間分布都會對人工魚礁區(qū)漁業(yè)資源產生影響[19-20]。因此, 研究人工魚礁游泳動物結構與環(huán)境要素相關性, 對人工魚礁的合理建設具有重要意義。

威海小石島人工魚礁區(qū)位于山東半島的煙威漁場, 作者通過比較小石島南、北礁區(qū)及其自然對照海區(qū)各季節(jié)地籠漁獲物組成結構的差異, 探索環(huán)境因子及浮游動植物細胞密度對人工魚礁區(qū)主要漁獲物組成結構的影響, 對小石島海域人工魚礁的漁業(yè)資源修復效果進行評價。

1 材料與方法

1.1 調查時間與站位

2012年9月和12月、2013年5月和7月, 分別對威海小石島人工魚礁南礁區(qū)3個站位(S1、S2和S3)、北礁區(qū)3個站位(N1、N2和N3)和對照區(qū)3個站位(C1、C2和C3)漁業(yè)資源和海洋環(huán)境因子進行調查(圖1)。對照區(qū)選擇在不受人工魚礁的流場影響的區(qū)域, 章守宇[21]認為人工魚礁流場影響在水平尺度上不超過單體的50倍, 對照區(qū)站位離南礁區(qū)邊緣最近為580 m, 離北礁區(qū)邊緣最近距離為780 m, 均超過了魚礁單體的50倍。

1.2 樣品采集與保存

漁業(yè)資源調查網具為地籠網, 規(guī)格為每節(jié)長寬高分別為30、20和25 cm, 24節(jié)為一串, 每個站位設置5串, 每次調查的設置時間為24 h。漁獲物被帶回實驗室進行種類鑒定、體長和體質量等生物學參數測定。調查的海洋環(huán)境因子為: 水溫、鹽度、pH、DO、COD、BOD5和葉綠素a。浮游動物、植物樣品分別用淺水Ⅰ、Ⅲ型浮游生物網, 自底至表垂直拖網取得。樣品的現場采集、保存、測定和分析等過程參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378-2007)[22]和《海洋調查規(guī)范》(GB12763-2007)[23]進行。

圖1 小石島南、北礁區(qū)及對照區(qū)調查站位圖Fig. 1 Sampling stations in southern and northern reef areas and the control area of Xiaoshi Island

1.3 數據處理

將每站位設置的5串地籠網作為1網籠單元, 地籠網單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)定義為每天每網籠單元的漁獲量, 單位為g/(d·網)[10]。小石島離岸較近, 南北礁區(qū)分別位于小石島兩側, 南礁區(qū)與北礁區(qū)海況不同, 因此南、北礁區(qū)CPUE分別計算。

采用Pinkas[24]相對重要性指數IRI確定漁獲物優(yōu)勢種, IRI＞1 000的種類為優(yōu)勢種, 公式如下:

式中, N＇為某一種類的尾數占總尾數的百分比; W＇為某一種類的質量占總質量的百分比; F為某一種類出現的站數占調查總站數的百分比; 規(guī)定IRI ＞1 000的種類為優(yōu)勢種。

根據各物種的CPUE(g/(d·網))平方根轉換計算的Bray Curtis相似性矩陣, 采用聚類分析研究南、北礁區(qū)和對照區(qū)群落結構。應用單因子相似性分析和相似性百分比分析計算組群之間差異的顯著性并鑒別造成群落結構差異的物種。以上分析使用primer5.0軟件完成[25-26]。

應用典范對應分析分析水溫、鹽度、pH、DO、葉綠素a、浮游動植物細胞密度與礁區(qū)主要漁獲物的關系, 并做出主要漁獲物種類與環(huán)境因子關系的排序圖。以上分析由CANOCO4.5 軟件完成[27-29]。

2 結果

2.1 漁獲物種類組成

4次調查共獲得漁獲種類40種, 南礁區(qū)、北礁區(qū)和對照區(qū)的漁獲物分別為24種、31種和18種。表1和表2列出了南、北礁區(qū)和對照區(qū)調查發(fā)現的魚類和甲殼類。南、北礁區(qū)共調查到魚類20種、甲殼類10種、棘皮動物3種、軟體動物3種。南礁區(qū)調查到硬骨魚類13種、甲殼類8種, 北礁區(qū)調查到硬骨魚類19種、甲殼動物9種。對照區(qū)調查到硬骨魚類10種、甲殼類5種、棘皮動物3種。

表3列出了地籠網的CPUE和主要物種。魚礁區(qū)的主要漁獲物為硬骨魚類和甲殼動物, 而對照區(qū)的主要漁獲物為硬骨魚類和棘皮動物。大瀧六線魚(Hexagrammos otakii)是南、北礁區(qū)和對照區(qū)的主要漁獲物, 在春季豐度較高。南、北礁區(qū)大瀧六線魚年均CPUE分別是對照區(qū)的1.36倍和4.13倍。日本(Charybdis japonica)是小石島魚礁區(qū)主要甲殼類經濟物種, 年均CPUE分別是對照區(qū)的4.52倍和5.75倍。海刺猬(Glyptocidaris crenularis)為對照區(qū)主要漁獲物, 夏季豐度較高, 占對照區(qū)年均CPUE的43.3%, 在魚礁區(qū)漁獲物中沒有出現。這可能是由于地籠網能夠為漁獲物提供隱蔽場所[30], 會對海刺猬產生誘集作用, 導致對照區(qū)所捕獲的海刺猬CPUE較高。而在魚礁區(qū), 海刺猬能夠躲避在魚礁內部或者縫隙中, 或者發(fā)生遮蔽行為, 將貝殼、石頭、大型海藻碎片等吸附到反口面上[31-33], 地籠網對海刺猬的吸引作用相對降低, 因此海刺猬不易被地籠網捕獲。

表1 魚礁區(qū)和對照區(qū)魚類生物名錄Tab. 1 Fish species in the artificial reef areas and the control area

2.2 漁獲物優(yōu)勢種

表4列出了不同季節(jié)各礁區(qū)漁獲物的優(yōu)勢種,秋季南、北礁區(qū)的優(yōu)勢種均有日本和石鰈, 二者占南礁區(qū)秋季CPUE的比例為49.2%和7.5%, 占北礁區(qū)秋季CPUE比例為22.3%和2.1%, 北礁區(qū)優(yōu)勢種星康吉鰻占北礁區(qū)秋季CPUE的比例為61.0%。對照區(qū)秋季采集的漁獲物小黃魚、斑和赤鼻棱在此次地籠調查中出現。冬季南、北礁區(qū)和對照區(qū)漁獲物重量遠低于其他3個季節(jié), 分別占南、北礁區(qū)和對照區(qū)全年漁獲物總重量的10.2%、9.2%和3.6%。

表2 魚礁區(qū)和對照區(qū)甲殼類生物名錄Tab. 2 Crustacean species in the artificial reef areas and the control area

表3 魚礁區(qū)和對照區(qū)的CPUETab. 3 CPUE of the artificial reef areas and the control area

表4 漁獲物優(yōu)勢種Tab. 4 Dominant species of catches

續(xù)表

大瀧六線魚為南、北礁區(qū)和對照區(qū)的春季的優(yōu)勢種, 分別占南、北礁區(qū)和對照區(qū)CPUE的比例為51.5%、86.4%和38.1%, 是春季魚礁區(qū)漁獲物的主要種類。許氏平鲉、大瀧六線魚和日本蟳均為南、北礁區(qū)夏季的優(yōu)勢種, 分別占南、北礁區(qū)漁夏季CPUE的比例為69.4%和88.8%, 對照區(qū)夏季的主要優(yōu)勢種為海刺猬, 占對照區(qū)夏季CPUE的比例為62.8%, 許氏平鲉、大瀧六線魚和日本蟳僅占對照區(qū)夏季CPUE的比例21.76%。

圖2 魚礁區(qū)和對照區(qū)聚類分析圖Fig. 2 Cluster analysis (Bray-Curts) for the artificial reef areas and the control area

2.3 漁獲物結構特征

圖2為漁獲樣本聚類分析圖, 漁獲樣本可分為4組, 秋季礁區(qū)組、冬季組、春夏礁區(qū)組和春夏對照區(qū)組。單因子相似性分析(ANOSIM)表明, 漁獲物結構組間差異顯著(P＜0.05)。對照區(qū)在2012年秋季只有一個站位, 漁獲物由小黃魚、斑和赤鼻棱組成,這3種魚類在南、北礁區(qū)的漁獲物中未出現過, 因此秋季礁區(qū)漁獲物組成結構與對照區(qū)具有差異, 但差異不顯著(P=0.16＞0.05)。冬季水表溫度在5.23～5.40℃,漁獲物較少, 因此魚礁區(qū)和對照區(qū)漁獲物結構沒有明顯差異。

表5列出了漁獲物結構單因子相似性分析結果和對組間差異性貢獻率達到前4位的物種。秋季礁區(qū)組和冬季組的平均相異性為66.85%。冬季組和春夏礁區(qū)組平均相異性為47.36%, 春夏礁區(qū)組與春夏對照區(qū)組平均相異性為48.60%。春季和夏季造成魚礁區(qū)和對照區(qū)群落結構差異貢獻率較高的物種為海刺猬、許氏平鲉、日本蟳和大瀧六線魚。海刺猬是春夏對照區(qū)組典型種, 日本蟳和許氏平鲉則是春夏礁區(qū)組的典型種。

表5 漁獲物結構比較Tab. 5 Comparison of catch communities

2.4 魚礁區(qū)主要漁獲物豐度與環(huán)境因子的相關性

通過對魚礁區(qū)漁獲物和環(huán)境因子的關系進行排序, 探討魚礁區(qū)主要物種與環(huán)境因子的相關性。表6為各環(huán)境因子的平均值, 通過單因素方差分析, 表中環(huán)境因子在各季節(jié)間差異及其顯著(P＜0.01)。水溫、鹽度、pH、DO、COD、葉綠素a、浮游動物細胞密度、浮游植物細胞密度季節(jié)差異均極其顯著(P＜0.01)。

表6 魚礁區(qū)環(huán)境因子和浮游生物Tab. 6 Environmental measurements and plankton in the artificial reef areas

圖3為環(huán)境因子以及浮游生物對主要漁獲物影響的CCA排序圖。第一軸解釋了物種變異的41.6%,第二軸解釋了物種變異的26.7%。應用蒙特-卡洛置換檢驗方法對海水環(huán)境因子以及浮游動、植物生物量進行預篩選, 水溫因子、葉綠素a、溶解氧含量對漁獲物具有顯著影響(P＜0.05)。對物種變異解釋比例依次為36.1%、22.5%和18.9%, 累積為77.5%。水溫與第一軸相關性最高, 為-0.8416, 葉綠素a、溶解氧與第二軸相關性最高, 分別為-0.6717和0.6685。

由CCA排序圖可知, 在調查海域, 水溫與星康吉鰻、石鰈、許氏平鲉、褐菖和日本呈正相關關系, 與星鰈和大瀧六線魚呈負相關關系, 葉綠素a含量主要與石鰈、高眼鰈、許氏平、褐菖鲉和日本呈正相關關系。溶解氧濃度主要與星鰈表現出正相關關系, 冬季礁區(qū)溶解氧濃度顯著高于其他季節(jié)(P＜0.01), 而且星鰈為冷溫性魚類, 冬季溶解氧濃度較高的站位CPUE較高。

圖3 魚礁區(qū)主要漁獲物的CCA排序Fig. 3 CCA ordination of the main catches of the artificial reef areas

3 討論

魚礁區(qū)調查到的漁獲種類數和資源量均高于對照區(qū), 南、北礁區(qū)漁獲種類數分別為對照區(qū)的1.44倍和1.89倍, 南、北礁區(qū)的魚類、軟體動物和甲殼動物的資源量分別為對照區(qū)的1.37倍和2.40倍。表明投放人工魚礁對漁業(yè)生物資源的誘集和恢復具有積極影響, 使附近海域魚類種群豐富和多元化。這也與三橫山人工魚礁區(qū)、獐子島海洋牧場、榮成俚島人工魚礁區(qū)的資源調查結果一致[10-11,34]。人工魚礁產生的上升流能夠將底部營養(yǎng)鹽帶入表層, 能夠促進海洋浮游植物、藻類等繁殖, 從而促進其他海洋生物的增殖; 礁體產生的背渦流通常流速很小, 能夠為海洋動物提供庇護, 吸引海洋動物前來[35]。南、北礁區(qū)地理位置存在差異, 根據劉彥等[36]研究, 礁體產生的最大上升流速度會隨著來流速度的增加而增大, 北礁區(qū)流速較快, 會產生較大的最大上升流, 從而形成較好的流場效應, 這可能是造成北礁區(qū)資源量高于南礁區(qū)的原因之一。

2009年春季在小石島附近人工魚礁的調查顯示,礁區(qū)僅存在大瀧六線魚、許氏平鲉和褐菖鲉3種魚類[37]。本次調查結果顯示2013年春季人工魚礁區(qū)出現的魚類種類數多于2009年春季調查調查結果, 這表明, 隨著時間的推移, 人工魚礁區(qū)聚集的魚類種類數目增加。2013年春季在人工魚礁區(qū)共發(fā)現9種魚類, 除了大瀧六線魚、許氏平鲉和褐菖鲉, 還有石鰈、星鰈和高眼鰈等巖礁魚類。隨著海底生態(tài)環(huán)境的修復, 礁區(qū)漁業(yè)資源結構也會不斷改善, 人工魚礁對資源的修復是一個漫長的過程。

地籠網被放置在海底, 目標漁獲物大多是底棲生物,如底層魚類和甲殼動物等。硬骨魚類和甲殼動物是南、北礁區(qū)漁獲物的主要組成部分, 棘皮動物次之, 軟體動物最低, 并且魚類漁獲物主要為底層魚類, 有大瀧六線魚、石鰈、許氏平鲉等。這與徐浩等[38]在萊州朱旺港人工魚礁區(qū)調查一致, 可能與使用地籠網進行調查有關。

南、北礁區(qū)和對照區(qū)春季的主要經濟魚種為大瀧六線魚, 并且礁區(qū)大瀧六線魚的春季CPUE遠高于對照區(qū)。冬季黃海北部水溫較低, 經濟魚蝦遠離近岸,對照區(qū)魚類僅有少量大瀧六線魚40.41 g/(d·網), 在南、北礁區(qū)尚存在星鰈、裸蝦虎魚、花鱸等物種。威海小石島魚礁區(qū)的經濟類甲殼動物為日本日本是南、北礁區(qū)夏季的主要優(yōu)勢種, CPUE遠高于對照區(qū)。

威海小石島魚礁區(qū)地籠網漁獲物組成結構季節(jié)間差異明顯, 按季節(jié)變化可分為秋季礁區(qū)組、冬季組、春夏礁區(qū)組和春夏對照區(qū)組。在春季和夏季, 魚礁區(qū)群落結構與對照區(qū)差異明顯, 南礁區(qū)和北礁區(qū)漁獲物群落結構差異性不明顯, 表明礁區(qū)之間, 較礁區(qū)與對照區(qū)之間具有更加相似的群落結構。造成春夏魚礁區(qū)與春夏對照區(qū)差異的主要分歧種為海刺猬和日本蟳,其中海刺猬是夏季對照區(qū)的典型種。棘皮動物海刺猬會因為光照、捕食者等因素影響發(fā)生遮蔽行為, 人工魚礁及附著在其上的藻類等能夠為海刺猬提供遮蔽物或掩蔽物, 可能會使得海刺猬較難被捕獲。有研究表明長期生活在沒有遮蔽物情況下的海刺猬遮蔽強度相應較低[31], 對照區(qū)日本等捕食者較少, 可能會導致海刺猬遮蔽行為相對較少, 并且地籠網能夠為漁獲物提供隱蔽場所, 會對對照區(qū)海刺猬產生誘集作用,從而使得對照區(qū)漁獲物中出現較多的海刺猬。

以往有研究表明水深、水溫和鹽度是影響魚類分布的主要限制因素[10]。小石島魚礁區(qū)平均水深約為10 m,變化范圍不大, 因此未對水深進行排序分析。威海小石島魚礁區(qū)魚類分布主要受水溫、葉綠素a和溶解氧濃度影響。CCA排序圖顯示星鰈和大瀧六線魚與水溫成負相關, 在魚礁區(qū), 星鰈出現在冬季和春季, 冬季CPUE較高, 大瀧六線魚全年均有出現, 春季CPUE最高, 夏季和秋季CPUE較低, 與星鰈和大瀧六線魚為冷溫性魚類相一致。石鰈分布與水溫成微弱正相關, 在魚礁區(qū), 石鰈CPUE在春季和秋季較高, 秋季CPUE最高,與石鰈在秋季和早春產量較大一致。許氏平鲉為近海底層魚類, 營附礁性生活, 研究顯示2012年9月和2013年7月份豐度高于冬季和春季, 可能是因為許氏平鲉在春季產卵后, 在礁區(qū)育肥, 為越冬儲存能量[34]。研究發(fā)現星鰈與溶解氧濃度呈正相關關系, 冬季主要出現在礁區(qū)溶解氧較高的站位, 表明在人工魚礁區(qū),星鰈的分布受溫度和溶解氧濃度影響。王小薈[39]研究發(fā)現冷溫性魚類分布與底層溶解氧濃度相關, 張迎秋等[40]也研究發(fā)現大頭鱈(Gadus macrocephalus)等冷溫性魚類多分布在低溫季節(jié)深水高溶解氧區(qū)。海水中葉綠素a是浮游植物進行光合作用的主要色素, 夏秋季節(jié)葉綠素a濃度較高, 也會造成人工魚礁區(qū)海洋初級生產力升高, 進而造成其他海洋動物豐度增高, 因此葉綠素對漁獲物物種變異解釋程度較高。而且葉綠素a的濃度受到海水溫度的影響, 在人工魚礁區(qū)變化特征與水溫一致, 表現出明顯的季節(jié)變化特征, 夏季高于秋季高于春季高于冬季, 因此與許氏平鲉等夏秋季節(jié)CPUE較高的漁獲物表現出相關性。

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Received: Nov. 23, 2015

Catch community structure characteristics and their relationships with environmental factors in the Xiao Shidao artificialreef sea area of Weihai

WANG Xin-meng, TANG Yan-li, SUN Xiao-mei, SHENG Hua-xiang, WAN Rong
(College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Artificial reef; fishery resource; community structure; CCA; environmental factors

Fishery resources and environmental elements in the Xiao Shidao artificial reef area and its control area were investigated during 2012-2013 to identify the influence of artificial reefs on species as well as catch community structure characteristics, which were analyzed using the CLUSTER, one-way ANOSIM, and SIMPER methods. The correlation between the dominant species and environmental factors was analyzed using CCA methods. The cage net survey results showed that the number of species in the southern and northern reef areas was higher than that in the control areas 18, 24, and 31. The dominant fish species throughout the year in the southern and northern reef areas were Charybdis japonica and Hexagrammos otakii. The dominant species in the control area were Glyptocidaris crenularis and Hexagrammos otakii. The size of the fish and crustacean catches in the southern and northern reef areas were higher than that in the control area. CLUSTER and ANOSIM analyses indicated significant differences in catch community structures both among seasons (P＜0.05) and between the artificial reef areas and the control area during spring and summer (P＜0.05). CCA analysis showed that the major environmental factors affecting the distribution of dominant species in reef areas were water temperature, chlorophyll, and dissolved oxygen. In conclusion, construction of artificial reefs ameliorated the catch community structure of the Xiao Shidao artificial reef areas and increased the catch abundance of the dominant economic fish and crustacean species.

S953.1

A

1000-3096(2016)11-0034-10

10.11759//hykx20151123001

(本文編輯: 譚雪靜)

2015-11-23;

2016-05-25

海洋公益性行業(yè)專項(201305030); 公益性行業(yè)(農業(yè))科技專項(201203018)

[Foundation: Marine Public Welfare Industry, No.201305030; Special Public Welfare Industry (Agriculture) Research, No. 201203018]

王新萌(1990-), 女, 山東臨沂, 碩士研究生, 主要從事漁業(yè)資源研究, 電話: 15165252397, E-mail: wangxinmeng9012@163.com;唐衍力, 通信作者, 電話: 0532-82031076, E-mail: tangyanli@ouc.edu.cn