年夏季南奥克尼群岛南极磷虾集群特征

就生物量而言，南极磷虾(Euphausia superba)是地球上多细胞生物中进化最为成功的生物，其行动的灵活性和强大的集群能力毫无疑问是其繁衍进化成功的重要保证[1]。集群行为是南极磷虾生活的基础部分之一，伴随着其生活史的绝大部分时间[2-3]，对南极磷虾的生长和种群分布有着较强的影响。通过集群，南极磷虾可以更加容易地获取食物，利于雌雄个体间的交配，降低单个个体游泳所消耗的能量，以及防止来自捕食者的攻击[3-6]。此外，在集群内部，一定数量的个体会自然生成一个微小环境，这些环境中南极磷虾个体又是一种竞争关系，它们会争夺氧气和食物，同时排出自身的代谢废物，引起寄生虫和疾病的发生[7]。

集群行为不仅对南极磷虾自身有着显著的影响，也会影响周围捕食者的分布，Klevjer等[7]通过研究发现，当南极磷虾集群的密度和大小达到一定值时，会引起海鸟和一些哺乳动物聚集在一起进行觅食，当集群的密度发生变化时，这些捕食者的行为也会发生改变。对于南极磷虾渔业来说，渔船也可视为一种“捕食者”[8]，它通过鱼探仪发现周边水域虾群的位置和大小，当虾群的密集程度较高时开始进行拖网作业，当虾群密度降低至无法满足捕捞要求时，就利用鱼探仪在附近渔场寻找新的可捕虾群。因此，南极磷虾集群行为对渔业生产也有着非常重要的影响。作为重要的经济渔业资源，自20世纪70年代开始，南极磷虾就成为多个国家在南大洋水域的主要捕捞对象。我国于2010年开始南极磷虾的商业性探捕，至今南极磷虾渔业已发展成我国远洋渔业的一个重要组成部分[9]。因此，开展南极磷虾集群行为方面的研究，可掌握集群分布，为提高渔捞效率提供重要的科学信息。

受限于南大洋复杂多变的海洋环境，以及现有观测技术的不足，诸多关于南极磷虾集群的问题一直悬而未决。随着声学调查技术和数据分析方法的不断提高，南极磷虾集群研究也有了一定的发展。本研究以2018年1—2月南奥克尼群岛南极磷虾资源调查期间所采集的声学数据为基础，对南极磷虾集群特征值和类型进行分析，并探究了南极磷虾集群特征值的时空变化，结果可为南极磷虾资源评估与管理和商业捕捞提供基础信息。

1 材料与方法

1.1 数据采集

本研究的海上调查依托中国水产有限公司大型拖网南极磷虾渔船“龙腾”轮，调查海域位于南极磷虾渔业传统渔场——南奥克尼群岛(59°00′～61°00′S，41°00′～50°00′W)，共设计9个断面，共计43个采样站点(图1)。调查期间采用不间断走航的形式，利用船上配备的SIMARD EK60声学鱼探仪连续采集断面的声学回波数据，共包含3个工作频率(38、70和120 kHz)。鱼探仪参数的设置以朱国平等[10]和Watkins等[11]的参数为标准。调查时间为2018年1月27日至2月7日，调查期间航速约为10 kn。

图 1 研究海域位置和站点分布Fig. 1 The South Orkney Islands with survey stations

调查期间，根据EK60科学鱼探仪探测到的南极磷虾群映像，使用中层南极磷虾商业拖网进行南极磷虾采样，拖网总长108.8 m，网口网目尺寸400 mm，网囊长度28.8 m，网囊网目尺寸14.4 mm。由调查的2个网次中分别随机选择200 尾南极磷虾个体，共计400 尾南极磷虾进行生物学测定，获取南极磷虾体长频率分布数据。2次采样的位置分别为60°23′S、46°34′W和60°28′S、46°33′W，拖网时长分别为1.25 h和1 h。

南极磷虾目标强度(TS)基于拖网采集到的南极磷虾体长数据，采用南极海洋生物资源养护委员会(Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Resources，CCAMLR)现阶段使用的简化版随机畸变波恩近似(SDWBA)模型计算得到[12]。

式中，k为波数，(k=2π/λ)，L为磷虾体长，单位m；L0为通用的磷虾标准体长，其值为38.35 mm；λ为鱼探仪所使用的声波波长；A～J为数值已知的系数。

1.2 数据处理

声学数据处理 原始回波中频率为38和120 kHz的回波数据为本研究需要处理的目标数据。数据处理基于Echoview V 6.3软件。数据处理流程基于CCAMLR声学调查与评估方法子工作组(Subgroup on Acoustic Survey and Analysis Method，SG-ASAM) 2009年第4次小组会议制定的声学数据处理过程[13]，根据调查的实际走航情况进行调整。根据本研究的需要，此次声学数据处理主要包括海表、海底混响噪声剔除、环境背景噪声剔除和目标生物信号的检测[14]。

南极磷虾集群检测 基于声学数据处理中处理完成的南极磷虾回波数据，利用Echoview软件中提供的“Detect Schools”模块对120 kHz频率的回波数据进行南极磷虾集群的检测。“Detect Schools”的原理是基于集群分析与块状评估系统(Shoal Analysis and Patch Estimation System，SHAPES)算法[15]，共涉及南极磷虾集群的最小单元长度、最小单元高度、最大水平连接距离、最大垂直连接距离、最小集群长度、最小集群高度及声学回波阈值等7个参数。考虑到南极磷虾集群检测参数因研究目的和研究地点不同而有所差异，本实验参考Tarling等[16]的设置原理，根据本研究海上实际调查情况进行参数设置。将集群的检测结果直接输出，用于集群特征值的提取与分析。

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