太平洋大青鲨种群结构及其管理策略评价研究

摘要

大青鲨是金枪鱼延绳钓渔业的主要兼捕对象，处于海洋食物链的顶端，是海洋生态系统的高级营养生物，对维持海洋生态系统的平衡具有重要的作用。随着人类捕捞压力的增大，以及气候变化对大青鲨的生长、分布等产生的影响，太平洋大青鲨的资源可持续利用面临巨大的挑战。鉴于太平洋大青鲨种群结构研究存在较大争议，种群资源评估结果存在较大的不确定性，迫切的需要研究各种不确定条件下大青鲨种群资源的变化情况。
　　本研究以金枪鱼延绳钓科学观察员采集的样本为基础，研究了太平洋大青鲨的种群结构现状。根据单种群、双种群和复合种群3种不同的“真实”种群结构，利用蒙特卡洛方法，模拟了太平洋大青鲨的渔业状况，以剩余产量模型和年龄结构模型为评估模型，Fmsy（最大可持续产量对应的捕捞死亡率），40/10（种群产卵群体的生物量为初始生物量的0.25），恒定的捕捞产量和恒定的捕捞死亡率为捕捞控制规则，评价了评估模型采用单种群结构和双种群结构对太平洋大青鲨的资源变化的影响。主要研究内容和结果如下：
　　（1）根据2011年-2014年，我国金枪鱼延绳钓捕捞渔船在太平洋3个采样位点收集到的大青鲨样本，利用Cytb和COⅠ基因研究了太平洋大青鲨的种群遗传结构。Cytb和COⅠ基因序列的多样性分析表明，两个标记基因分别检测到3个变异位点，各获得4种单倍型。Cytb和COⅠ基因序列的多样性分析结果分别为：h=0.693，π=0.00100和h=0.624，π=0.00126。单倍型多样性较高，而核苷酸多样性较低。群体中性检测结果显示：Tajima’s D为非显著的正值，而FU’S FU检验为显著的负值，群体核苷酸错配分布曲线为明显的单峰，表明了群体在近期发生了种群的扩张。推算大青鲨的种群扩张时间大约发生在21-29万年前。大青鲨种群分子方差分析显示，变异主要发生在种群内部的变异，发生在种群间的变异很少（Cytb基因为3.94％，COⅠ基因为2.16%）。3个采样群体间的FST分析中，两两群体分析结果显示为非显著的群体分化。研究结果表明，太平洋大青鲨的不同地理群体之间存在广泛的基因交流，不存在群体之间明显的遗传分化。
　　（2）根据2011年到2014年中国金枪鱼延绳钓科学观察员计划获得的观察数据，利用了广义可加模型（GAMs）分析了生物学性状（叉长、右鳍角长、摄食等级、性别和基因型）和环境指数（海表温度、月份、经度和纬度）之间的关系。结果表明，叉长与渔获位置（经度和纬度）和性别显著相关，与海表温度具有明确的正相关。整体上，东部太平洋大青鲨的个体大于西部太平洋大青鲨的群体个体，雄性个体大于雌性个体。海表温度低于29℃时，叉长随着海表温度的升高而增大，超过29℃时，叉长随着温度的升高反而减小。叉长与摄食等级，捕捞月份和基因型没有显著的关系。右鳍角长与海表温度和渔获位置显著相关，与捕捞月份具有一定的正相关。整体上，东太平洋海域大青鲨的右鳍角长比西部太平洋大青鲨的大，8月和9月捕捞到的大青鲨的右鳍角长明显大于研究样本中其他月份捕捞到的大青鲨的右鳍角长。海表温度从27℃到29.3℃，右鳍角长随着温度的升高而减小，当海表温度大于29.3℃，捕捞到的大青鲨的右鳍角长变大。右鳍角长与摄食等级和基因型之间不存在显著的关系。根据目前对大青鲨种群结构的认识，进一步解释了太平洋大青鲨不同种群结构假设的形成机制。
　　（3）以剩余产量模型为评估模型，蒙特卡洛方法模拟太平洋大青鲨渔业。以3种种群结构为基础，结合太平洋大青鲨生物学参数的研究结果， Fmsy，40/10，恒定的捕捞产量和恒定的死亡系数四种捕捞控制规则做为管理目标，研究了12种管理策略下太平洋大青鲨的资源变动情况。结果显示：1）当“真实”种群为复合种群时，4种捕捞控制规则下，种群的生物量相对误差和捕捞死亡系数的相对误差高于单种群和双种群研究下的相对误差；2）当生长系数K提高时，生物量和捕捞死亡系数的相对误差变大；当自然死亡率增大时，生物量和捕捞死亡系数的相对误差变大，表明了现阶段高估了太平洋大青鲨的相关生物学参数；3）4种不同的捕捞控制规则中，恒定的捕捞死亡率管理目标导致了大青鲨种群的生物量低于“真实”的Bmsy，不能有效的推进太平洋大青鲨种群资源的可持续利用；Fmsy和40/10的管理目标虽然能获得较高的总可捕量，但其资源在后期将低于“真实”的Bmsy。在短时间内，可以实现大青鲨种群的可持续利用，但是随着时间的推移，大青鲨种群生物量下降，不利于大青鲨渔业的长远发展；恒定的捕捞产量（2.3×107尾）控制规则下能获得较高的总可捕量，其资源逐渐恢复，且保持较高的生物量，并呈逐渐增加的趋势。在研究的4种捕捞控制规则中，恒定的捕捞产量策略更有利于推进太平洋大青鲨种群的可持续利用
　　（4）采用年龄结构模型为评估模型，恒定的捕捞产量为捕捞控制规则，研究不同种群结构条件下太平洋大青鲨的资源变动情况。结果显示：1）“真实”种群为单种群时，评估模型采用单种群结构能维持较高的群体补充量，且呈现继续上升的趋势，有利于大青鲨的可持续开发，是一种科学的管理策略。当评估模型采用双种群结构时，可能导致补充群体生物量的下降。2）“真实”种群为双种群时，评估模型采用双种群结构能维持较高的群体补充量，且呈现继续上升的趋势，有利于大青鲨的可持续利用。当评估模型采用单种群结构时，在短期内，补充群体的生物量高于采用双种群的评估结果，但是，其群体补充量缓慢下降。3）“真实”种群为复合种群时，评估模型采用双种群结构能维持较稳定的群体补充量（R=7.5×106尾）。当评估模型采用单种群结构时，在短期内，补充群体的生物量高于R0，但是，在获得较高的群体补充量后开始明显下降。

目录

声明

第一章 前 言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状及存在问题

1.3 研究意义

1.4 研究方法和技术路线

第二章 太平洋大青鲨种群结构研究

2.1 太平洋大青鲨种群遗传结构研究

2.2 基于生物学的太平洋大青鲨种群结构研究

第三章 剩余产量模型的太平洋大青鲨管理策略评价研究

3.1 方法

3.2 结果

3.3 讨论

3.4 小结

第四章 年龄结构模型的太平洋大青鲨管理策略评价研究

4.1 方法

4.2 结果

4.3 讨论

4.4 小结

第五章 结论和展望

5.1 主要结论

5.2 本研究的创新点

5.3 本研究的不足与存在的问题

5.4 下一步工作

参考文献

博士期间学术活动情况

参与课题研究

发表学术论文

参与发表论文

参与学术活动

致谢