技术领域
[0001] 本
发明属于增殖放流的技术领域，具体涉及一种基于饵料需求的增殖生态容量评估方法。技术背景
[0002] 世界海洋渔业资源承受着巨大的压
力。全球渔业捕捞产量由1950年的2000万吨增长到2012年的9000万吨。全球捕捞努力量在1950-1970期间保持不变,而后到目前稳步增长，严重超过最佳数量。随着人类对海产资源需求的增加、过度捕捞和环境污染的加剧，渔业资源野生种群恢复速度已远远低于人类需求的增长。80年代末期，人类对海洋
生物的年攫取量首次超过1.3亿吨，已远远高于海洋生物种群的更新能力。针对目前海洋渔业资源衰退现状，各国政府相应实施了一系列的渔业管理措施，归结起来，大致可分为3种类型：即控制捕捞力量、在重要
水域(如一些经济种类产卵场)设立自然保护区和实施海洋生物资源增殖放流。有专家指出，实施海洋生物资源增殖放流是最直接、最根本的渔业资源恢复措施。
[0003] 增殖放流不仅要恢复所放流物种的种群数量，也要求保证不破坏放流水域
生态系统的结构和功能，并向“生态型放流”方向发展、保持生态平衡。目前，较为成功的增殖放流案例相对较少，仅日本北部海域虾夷扇贝(MizuhopectenYessoensis)、新西兰南岛虾夷扇贝、黄渤海中国对虾(Penaeus chinensis)等少数种类的增殖放流取得了显著效果，而放流规模较大的增殖放流均收效甚微，并且还引发了许多负面效应，如：种群遗传多样性丧失、病害多发、生态系统失衡等。
[0004] 2003年，联合国粮农组织提出了“负责任渔业增养殖”的概念，增养殖计划的实施须依据海域的资源营养状况和环境，同时评价对
生物多样性的潜在影响，保护水生生物栖息地，关注过度增殖引起的生态
风险。最优放流策略是负责任地解决海洋资源增殖问题的要素之一，最优放流策略包括放流地点、放流尺寸、放流季节以及放流数量。增殖放流前应对放流水域的生态系统开展调查，了解放流水域的生态结构、食物链构成，摸清初级生产力、次级生产力及其动态变化，进行增殖种类的筛选、放流地点、放流规格和放流数量的评估。增殖容量研究是研究最佳放流数量的前提，容量概念来源于种群增长逻辑斯谛方程the logistic equation,1934年Errington首次使用这一术语。生态容量Ecological carrying capacity是容量概念的特定使用，应用在增殖放流中为增殖生态容量。参考容量以及养殖生态容量的定义，定义增殖生态容量为特定时期、特定海域所能支持的，不会导致种类、种群以及生态系统结构和功能发生显著性改变的最大增殖量。
[0005] 从20世纪80年代开始，我国就已在渤海、黄海北部开展过中国对虾的增殖放流，进入21世纪以后，自2005年起，又加大了增殖放流的力度，特别是2009年，增殖放流的种类与数量都有了明显的增加。山东省、天津市、河北省、辽宁省分别在莱州湾、渤海湾、秦皇岛外海、辽东湾、山东半岛近岸等几个区域放流了中国对虾、三疣梭子蟹、海蜇、褐牙鲆、半滑舌鳎等经济价值极高的公益性渔业种类。增殖放流增加了渔业产量、渔民收入和就业机会，但同时也有一定的负效应，过度放流对野生种类有一定的遗传风险。引导渔业资源增殖放流向“生态性放流”方向发展、开展渔业资源养护技术研究，首先要进行放流种类的增殖容量评估。
[0006] 而在研究方法和研究手段上，放流种类增殖生态容量的研究目前主要从饵料动态变化、觅食需求的
角度来进行评估，增殖放流目标种的饵料是否充足对增殖放流是否取得成效至关重要，饵料生物受限成为一些海域增殖放流不成功的主要原因。国内一些学者以中国对虾所需的饵料生物和最大生产量为
基础,仅粗略估算了胶州湾、黄海北部对虾的适宜放流量。有关生态容量的定量研究，学者有通过模型来实现，如Ecopath模型等。Ecopath模型考虑种间的相互作用，食物竞争者、捕食者，以及海域所能提供的初级生产量基础等，可以评估放流种类的生态容量。利用Ecopath模型，双壳类贝类和罗非鱼等的生态容纳量、莱州湾中国对虾和三疣梭子蟹以及渤海中国对虾的生态容量被评估。但Ecopath模型有一定的局限性，从物质
能量平衡的角度，静态模拟特定时期、特定水域系统的生态容量，增殖种类以及饵料生物的生长变化过程暂未考虑，作为一个生态系统模型，模型的参数调试比较繁琐，针对不同海域需要重新建立模型。
发明内容
[0007] 本发明要解决的技术问题在于提供一种基于饵料需求的增殖生态容量评估方法，所述方法基于饵料动态变化、觅食需求的角度，通过野外调查、室内实验以及历史资料，整合资源增殖放流的基础信息，以放流种类的生长、死亡、食性与
摄食以及饵料生物的生产量、栖息地参数等为基础，建立放流种类的捕食影响关系，量化其放流种类增殖潜力与饵料基础的关系，估算放流种类合理的放流数量。使得估算增殖生态容量的问题，通过放流海域面积以及放流种类生活史的一系列参数，直接模拟计算出其结果，达到简单易操作而又有效的效果。
[0008] 本发明是通过如下技术方案来实现的：
[0009] 一种基于饵料需求的增殖生态容量评估方法，所述方法包括：
[0010] (1)获得放流种类的种群生长参数，所述种群生长参数包括渐近体长、渐近体重、生长方程、自然死亡率、捕捞死亡率和日均死亡率；获得栖息地参数，所述的栖息地参数包括栖息地
温度；
[0011] 体长、体重关系：
[0012] Wt＝a·Ltb (1)
[0013] 其中Wt、Lt分别是t时间的体重、体长，a、b为常数；
[0014] 体长年龄关系的von Bertalanffy生长方程：
[0015] 其中Lt是t时间的体长，L∞为渐近体长，t0是Lt＝0cm的理论年龄,K为常数；
[0016] 自然死亡率：
[0017] logM＝-0.2107-0.0824logW∞+0.6757logK+0.4627logTc (3)
[0018] 其中M是自然死亡率(/year)，W∞为渐近体重，Tc为栖息地的年平均温度(℃)，K为常数；
[0019] 瞬时死亡率采用日均死亡率：
[0020]
[0021] 其中，M是自然死亡率(/year)，F为捕捞死亡率(/year)，未生长到合法捕捞长度的，F设为0；
[0022] (2)获得摄食参数，所述的摄食参数包括放流种类的尾鳍面积比和摄食类型指数；最终获得放流种类每单位生物量的日摄食量；
[0023] 放流种类每单位生物量的日摄食量(QB,g(g·d)-1)
[0024]
[0025] 其中W∞是t时间的体重；A是尾鳍的外形比(aspect ratio)，指尾鳍高度平方与面积之比率；Ft是摄食类型指数，肉食性为0，植食性和碎屑食性为1；Tc为栖息地的年平均温度(℃)；
[0026] (3)进行放流物种的食性分析，鉴定出主要饵料生物种类，计算主要饵料生物对放流种类摄食量的贡献率；获得放流种类包括主要饵料生物n
支撑放流种类的日均生产量、放流种类对饵料生物的日均摄食量、饵料生物日均剩余量在内的参数；
[0027] 主要饵料生物n支撑放流种类的日均生产量：
[0028] Bt,n＝Gpt,n·SSn·A·Pen·tot·(1-e-θ·T) (6)
[0029] 其中，Gpt,n表示饵料生物日均增长率，SSn表示饵料生物初始资源量，A表示放流区域面积，Pen表示饵料生物n对放流种类的贡献率，tot表示饵料生物n对其它种类的贡献率之和(假设为1)，θ为常数，T为栖息地的温度(℃)，温度随时间变化：T＝T0+c·(1-cos(2π(t-t0)/365)) (7)
[0030] 其中，T0是假定的生长最小温度，c为常数，t0为放流物种开始生长时的年龄(Lt＝0cm的理论年龄)。
[0031] 放流种类对饵料生物的日均摄食量(C,g/d)：
[0032] Cpt,n＝Wt·QB·Pt,n (8)
[0033] 其中，Pt,n表示饵料生物n占放流种类食物组成的比例，QB为放流种类每单位生物量的日摄食量，Wt为t时间的体重；C值随着放流种类的生长、食性的变化而变化。
[0034] 饵料生物日均剩余量：Dpt,n＝Bt,n-Cpt,n (9)
[0035] 其中Bt,n为饵料生物n支撑放流种类的日均生产量，Cmax,n描述了放流种类对饵料生物的最大日摄食压力，计算最大放流量时，仅考虑C值第一次取得最大时的Cmax,n，此时Dpt,n趋于0，依据(10)式，
[0036] Bt,n＝Cpt,n (10)
[0037] (4)收集利用这些参数，计算模拟放流种类与饵料生物间的捕食影响关系，依据饵料生物为放流种类提供的最大被摄食量，确定放流品种的增殖生态容量，估算合理放流量；
[0038] 根据(1)、(2)、(7)、(9)式，得到一系列线性联立方程：
[0039]
[0040] 基于放流种类对饵料生物潜在的最大捕食影响，依据放流种类栖息地所能支撑的Cmax,n值的生产量容量，(11)式得出，t＝tmax
[0041] 增殖放流时的合理放流量：
[0042]
[0043] 其中M是自然死亡率(/year)，F为捕捞死亡率(/year)。
[0044] 本发明还提供利用上述方法形成的计算模型。
[0046] 本项发明以放流种类的生长、死亡、食性与摄食以及饵料生物的生产量、栖息地参数等为基础，计算放流中的摄食量以及捕食的影响，从饵料动态变化、觅食需求的角度估算放流种类合理的放流数量，在不同的海域均适用，为放流种类增殖生态容量的评估提供了一种简单通用方法。
附图说明
[0047] 图1渤海中国对虾雌虾的增殖容量模拟结果；
[0048] 图2渤海中国对虾雄虾的增殖容量模拟结果。
具体实施方式
[0049] 下面以渤海中国对虾为例对本发明的技术方案作进一步解释，但本发明的保护范围不受
实施例任何形式上的限制。
[0050] 本实施案例以本发明方法对渤海中国对虾的增殖生态容量进行计算。考虑生长过程中的差异，分别模拟中国对虾雌虾和雄虾的增殖生态容量。
[0051] 一种基于饵料需求的增殖生态容量评估方法，所述方法包括：
[0052] (1)获得放流种类的种群生长参数，所述种群生长参数包括渐近体长、渐近体重、生长方程、自然死亡率、捕捞死亡率和日均死亡率；获得栖息地参数，所述的栖息地参数包括栖息地温度；
[0053] 体长、体重关系：
[0054] Wt＝a·Ltb (1)
[0055] 其中Wt、Lt分别是t时间的体重、体长，a、b为常数；
[0056] 体长年龄关系的von Bertalanffy生长方程：其中Lt是t时间的体长，L∞为渐近体长，t0是Lt＝0cm的理论年龄,K为常数；
[0057] 自然死亡率：
[0058] logM＝-0.2107-0.0824logW∞+0.6757logK+0.4627logTc (3)
[0059] 其中M是自然死亡率(/year)，W∞为渐近体重，Tc为栖息地的年平均温度(℃)，K为常数；
[0060] 瞬时死亡率采用日均死亡率：
[0061]
[0062] 其中，M是自然死亡率(/year)，F为捕捞死亡率(/year)，未生长到合法捕捞长度的，F设为0；
[0063] (2)获得摄食参数，所述的摄食参数包括放流种类的尾鳍面积比和摄食类型指数；最终获得放流种类每单位生物量的日摄食量；
[0064] 放流种类每单位生物量的日摄食量(QB,g(g·d)-1)
[0065]
[0066] 其中W∞是t时间的体重；A是尾鳍的外形比(aspect ratio)，指尾鳍高度平方与面积之比率；Ft是摄食类型指数，肉食性为0，植食性和碎屑食性为1；Tc为栖息地的年平均温度(℃)；
[0067] (3)进行放流物种的食性分析，鉴定出主要饵料生物种类，计算主要饵料生物对放流种类摄食量的贡献率；获得放流种类包括主要饵料生物n支撑放流种类的日均生产量、放流种类对饵料生物的日均摄食量、饵料生物日均剩余量在内的参数；
[0068] 饵料生物n支撑放流种类的日均生产量：
[0069] Bt,n＝Gpt,n·SSn·A·Pen·tot·(1-e-θ·T) (6)
[0070] 其中，Gpt,n表示饵料生物日均增长率，SSn表示饵料生物初始资源量，A表示放流区域面积，Pen表示饵料生物n对放流种类的贡献率，tot表示饵料生物n对其它种类的贡献率之和(假设为1)，θ为常数，T为栖息地的温度(℃)，温度随时间变化：T＝T0+c·(1-cos(2π(t-t0)/365)) (7)
[0071] 其中，T0是假定的生长最小温度，c为常数，t0为放流物种开始生长时的年龄(Lt＝0cm的理论年龄)。
[0072] 放流种类对饵料生物的日均摄食量(C,g/d)：
[0073] Cpt,n＝Wt·QB·Pt,n (8)
[0074] 其中，Pt,n表示饵料生物n占放流种类食物组成的比例，QB为放流种类每单位生物量的日摄食量，Wt为t时间的体重；C值随着放流种类的生长、食性的变化而变化。
[0075] 饵料生物日均剩余量：Dpt,n＝Bt,n-Cpt,n (9)
[0076] 其中Bt,n为饵料生物n支撑放流种类的日均生产量，Cmax,n描述了放流种类对饵料生物的最大日摄食压力，计算最大放流量时，仅考虑C值第一次取得最大时的Cmax,n，此时Dpt,n趋于0，依据(10)式，
[0077] Bt,n＝Cpt,n (10)
[0078] (4)收集利用这些参数，计算模拟放流种类与饵料生物间的捕食影响关系，依据饵料生物为放流种类提供的最大被摄食量，确定放流品种的增殖生态容量，估算合理放流量；
[0079] 根据(1)、(2)、(7)、(9)式，得到一系列线性联立方程：
[0080]
[0081] 基于放流种类对饵料生物潜在的最大捕食影响，依据放流种类栖息地所能支撑的Cmax,n值的生产量容量，(11)式得出，t＝tmax
[0082] 增殖放流时的合理放流量：
[0083]
[0084] 其中M是自然死亡率(/year)，F为捕捞死亡率(/year)。
[0085] 为了简便易操作，根据上述
算法原理形成计算模型。
[0086] 本实施例以渤海中国对虾为例，模拟计算渤海中国对虾的增殖生态容量。本实施例中，以中国对虾的生长、死亡、食性与摄食以及饵料生物的生产量、栖息地参数等为基础，建立其捕食影响关系，量化其增殖潜力与饵料基础的关系，建立中国对虾的生长、死亡、摄食等一系列生活史的线性联立方程，利用MATLAB
软件中的ODE45函数求解，并作出直观的摄食影响图，进而确定中国对虾的增殖生态容量。
[0087] 模型参数
[0088] 渤海中国对虾
[0089] 假定5月25日，t＝0,t0(开始生长时的年龄)＝25天
[0090] ♀:W＝11.0×10-6L3.0044
[0091] Lt＝201.3(1-e-0.018(t-25)) L∞＝201.3mm
[0092] Wt＝91.8(1-e-0.018(t-25))3 W∞＝91.8g
[0093] ♂:W＝11.3×10-6L2.9987
[0094] Lt＝163.5(1-e-0.0168(t-9)) L∞＝163.5mm
[0095] Wt＝49.1(1-e-0.0168(t-9))3 W∞＝49.1g
[0096] 假设放流时间6月，9月捕捞；放流种苗10mm或者30mm；最小可捕体长150mm；渤海海域面积77000km2；T0＝0.15，c＝13.41，t0＝25，θ＝0.1；
[0097] 主要饵料生物初始生物量、日均生长率以及所占食性比例：双壳类：7.4g/m2，0.02，43.7％，甲壳类：8.0g/m2，0.02，25.9％，多毛类：4.5g/m2，0.02，16.0％；
[0098] 中国对虾日自然死亡率M/365＝0.00997，日捕捞死亡率F/365＝0.0186，日摄食量QB＝0.068。
[0099] 模型模拟与分析
[0100] 依据本实施例方法，以渤海中国对虾为例，单独放流3cm
幼苗雌虾59亿尾，雄虾65亿尾；按雌雄1:1，放流3cm幼苗约62亿尾(图1、图2)。本实施例方法主要从饵料受限角度考虑，未考虑中国对虾与食物竞争者等的相互作用，从生态效益的角度考虑，仅仅是一个理论上限，依据渔业生产管理中采用的最大可持续产量(MSY)理论，采用最大增殖容量值减半时，放流种群的生长率较高。
[0101] 利用该实施例方法评估的渤海中国对虾生态容量，可针对不同的研究海域，只需将所需参数输入模型，运行不同的放流前景，分析运行结果，便可确定增殖放流品种的最佳放流量。结合当前渤海中国对虾增殖放流的实际情况，模型输出结果合理，当前的增殖放流数量未超过最大增殖生态容量。
