20世纪90年代以来，随着鳀鱼渔业的发展，双船中层拖网渔业已成为黄海海区的重要渔业产业之一[1－2]。由于拖网渔具的大型化和网囊网目尺寸的小型化，近海渔业资源和生态环境的破坏日益严重，渔获物中幼鱼的比例越来越大，主要经济鱼种的平均体长越来越小[3－4]，该状况已引起了社会的广泛关注和渔业管理部门的高度重视。为保护和合理利用近海渔业资源，中国加强了海洋捕捞渔具的管理，颁布了 《农业部关于实施海洋捕捞准用渔具和过渡渔具最小网目尺寸制度的通告》(农业部通告 【2013】1号)和 《农业部关于禁止使用双船单片多囊拖网等十三种渔具的通告》(农业部通告 【2013】2号)，并将黄海双船有翼单囊拖网列入海洋捕捞过渡渔具，参照底拖网 (GB11779—2005)网囊最小网目尺寸暂定为54 mm[5]。目前，对中国拖网的研究主要集中在底拖网渔具[6－11]，周景宇等[12]对黄海北部单船有翼单囊拖网进行了结构优化研究；关于双船中层拖网的选择性仅见尤宗博等[13]的相关研究。中国尚缺乏制定黄海双船有翼单囊拖网网囊最小网目尺寸的数据支撑，因此，为完善中国海洋捕捞渔具的管理条例，有必要再次开展双船有翼单囊拖网网囊网目选择性研究，为确定其过渡期后的归属和网囊最小网目尺寸提供依据。
拖网网目选择性的试验方法主要有套网法、对比试验法、交替作业试验法和直接观察法[14]。其中，套网法操作简单，收集数据资料简易明了，是目前最为广泛的传统试验方法[15－19]。本研究中，对试验时间、拖网时长和网囊网目尺寸进行了优化调整，并采用网囊网目尺寸为 40、54、60、70、90 mm的菱形网目进行套网法拖网试验，通过对试验结果的分析，更好地掌握双船有翼单囊拖网的网目选择性，以期为今后制定黄海双船有翼单囊拖网网囊最小网目尺寸标准提供科学参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 调查时间和海域 试验时间为2017年8月，作业海域在黄海南部海州湾水域 (34.5°～35.5°N、 121.0°E 以西)， 水深为 16～32 m， 范围如图1阴影部分所示。
图1 拖网选择性试验海域Fig.1 Coastal area in the trawl selectivity experiment
1.1.2 试验船和网具 试验船为钢质双拖渔船“鲁日渔61065/鲁日渔61066”，单船主机功率为300 kW，船长为26.2 m，型宽为5.3 m，总吨位为81 t。船上均配有雷达、GPS、北斗AIS、鱼探仪、对讲机等助渔助航设备。试验网具为生产用网具，网口目数为49◇，网口网目尺寸为12 m，渔具主尺度为588 m×153 m(141 m)。除网囊外，试验网的其他配置均与渔业生产网保持一致。本次试验采用5种网目尺寸的试验网囊，其设计网目尺寸分别为40、54、60、70、90 mm，套网的设计网目尺寸为20 mm，套网周径比网囊大20%，长度比网囊长15%。由于网具厂生产加工的误差，其实际网目对应尺寸如表1所示。
表1 试验网网囊和套网网目尺寸
Tab.1 Mesh size of cod－end and cover－net in the experimental net
注:计算时采用实测值
Note:Calculation with the measured value
网目尺寸mesh size/mm项目item 理论值theoretical value实测值measured value 40 29.5±0.3 54 47.0±0.5网囊 cod－end 60 47.9±0.2 70 60.7±0.3 90 80.8±0.3套网 cover－net 20 21.7±0.3
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验采用套网法进行中层拖网作业，在网囊外安装小网目套网，用以收集从网囊中逃逸的渔获物。每种网目尺寸的网囊分别拖网取样10网次，每网次拖曳1～2 h，拖速为2～5 kn，拖向依流速流向而定，放网位置和拖曳时间根据鱼探仪映像决定。起网后，分别收起网囊和套网所有渔获，现场记录网囊内外渔获的产量与产值，对每种渔获物进行取样，分类鉴定、计数和称重 (分别使用量程为5 kg和250 g的杆秤对取样样品及其分样样品称量)，并随机抽取主要经济渔获样品各50尾 (不足50尾全取)，测定其体长或叉长或肛长 (精度为1 mm)。
1.2.2 幼鱼比例 参照 《渤海生物资源养护规定》中最小可捕标准体长[20]:蓝点马鲛Scomberomorus niphonius叉长为380 mm，银鲳Stromateoides argenteus叉长为150 mm，带鱼Trichiurus lepturus肛长为250 mm，小黄鱼Pseudosciaena polyactis体长为150 mm，规定小于最小可捕标准体长的鱼体为幼鱼，否则为成鱼。由于2017年试验时间在禁渔期，鱼体相对较小，故结合2015年10月与2016年9月的调查 (试验海域、试验网具和试验方法与2017年8月一致)数据进行补充，以分析主要经济鱼种的幼鱼比例现状， 《渤海生物资源养护规定》中要求幼鱼比例不可超过该品种总渔获的25%。
1.2.3 逃逸率 渔获的逃逸率计算公式[14]为
其中:E为渔获逃逸率 (%)；Nn为网囊中渔获尾数 (ind.)；Nc为套网中渔获尾数 (ind.)。
通过对各网囊网目尺寸下主要渔获逃逸率的计算，绘制主要渔获逃逸率随网囊网目尺寸的变化曲线，并分析各网目尺寸下网囊对主要经济鱼种的释放效果。
1.2.4 生态效益与经济效益 根据实际意义，规定逃逸占比分别指逃逸产量占比 (W)和与所对应的逃逸产值占比 (M)，并定义二者的关系如下:
其中:Wn、Wc分别为网囊产量和套网产量 (kg)；Mn、Mc分别为网囊产值和套网产值 (元)。
生态效益与幼鱼的释放及生产上的逃逸产量有关，本研究中将鱼种分为幼鱼和成鱼两部分，通过对主要渔获的释放效果、网囊内外渔获的产量和逃逸产量占比的分析，讨论各网囊网目的选择性，从而确定某一网囊网目尺寸更有利于生态保护。
经济效益指的是渔获物的产值情况，本研究中通过分析各网囊网目尺寸下网囊内外渔获的产值及逃逸产值占比的变化，探讨各网囊网目尺寸对于渔民经济损失的影响。
要真正解决网囊网目尺寸的管理问题，需综合考虑生态效益与经济效益。本研究中运用数学建模的方法来解决生态效益和经济效益的权衡问题[21]。由于网囊内外的产量与产值相对易于计算，通过数学方法来建立函数模型，找到M与W两者的函数关系，以及W与网目尺寸Ms两者的函数关系，从而使实际问题转化为函数问题，以求得满足权衡条件时所对应的网目尺寸。由于W随Ms的增大而增加，其中逃逸鱼种的个体随之增大，其价格也随之增高，即M也在呈增大趋势。根据数学中的指数函数与对数函数的性质，与该实际意义相符合，故预测M与W、W与Ms的关系分别符合指数函数模型和对数函数模型[22]，模型分别为
其中:a、b均为系数；Ms为网目尺寸 (mm)。
通过Excel作出模型对数据的趋势预测图，并找到函数关系式。指数函数的斜率k可使用求导方法求得，表示M随W变化的程度大小，当k＞1时变化相对显著，对应的渔民产值损失较大；当k＜1时变化相对较小，对应的释放效果显著。因此，为了权衡M与W，选取k＝1时所对应的值W0，再将W0代入对数函数关系式中得到对应的Ms。
2 结果与分析
2.1 拖网渔获组成
2017年拖网试验的总渔获产量 (含网囊和套网)共17 863 kg，总渔获组成见表2。蓝点马鲛、银鲳、带鱼和小黄鱼4种经济鱼种占总渔获产量的75.4%，其他鱼种所占比例均小于10%。
表2 总渔获种类组成
Tab.2 Species composition of total catches
占总质量比例/%ratio in total weight蓝点马鲛Scomberomorus niphonius 2798 15.7银鲳Stromateoides argenteus 4196 23.5带鱼Trichiurus lepturus 4268 23.9小黄鱼Pseudosciaena polyactis 2197 12.3赤鼻棱鳀Thrissa kammalensis 1677 9.4鳀鱼Engraulis japonicus 309 1.7其他others 2418 13.5鱼种species质量/kg weight
2.2 幼鱼比例
结合2015年10月和2016年9月调查数据，作出4种主要经济鱼种的幼鱼比例图 (图2)。从图2可知，随着月份的推后，蓝点马鲛、银鲳幼鱼比例明显降低，而带鱼、小黄鱼幼鱼比例居高不下。
图2 4种渔获幼鱼的比例
Fig.2 Proportion of juveniles of four commercial fishes
2.3 逃逸率
根据逃逸率公式，计算各网囊网目尺寸下主要渔获的逃逸率，并作出逃逸率变化图 (图3)。从图3可知:不同网囊和套网中的渔获逃逸率变化明显；各网目尺寸下，鳀鱼、赤鼻棱鳀等小型鱼类，均有较大的逃逸率，而4种主要经济鱼类随着网目尺寸的增大，其逃逸率也逐渐增加。
图3 不同网囊网目尺寸下主要渔获的逃逸率
Fig.3 Escape rates of main catches in cod－end with
different mesh sizes
2.4 释放效果
根据逃逸率公式，计算各网囊网目尺寸下4种主要经济鱼种总体、幼鱼和成鱼的逃逸率，来分析各网目尺寸的网囊对于经济鱼种的释放效果 (图4)。
从蓝点马鲛逃逸率图 (图4－A)可知:蓝点马鲛成鱼仅在网囊网目尺寸为90 mm时发生逃逸，但逃逸尾数仅有1尾，可能是由于收集渔获时或者生物学测定时的失真值；蓝点马鲛的逃逸率反映的是其幼鱼的逃逸，在网目尺寸为70、90 mm时幼鱼的逃逸率分别在10%和20%左右，随着网目尺寸的增大，有利于蓝点马鲛幼鱼的释放。
从银鲳逃逸率图 (图4－B)可知:银鲳成鱼在各网囊网目尺寸下均未发生逃逸；银鲳的逃逸与其幼鱼有关，在网目尺寸为40、54 mm时，幼鱼几乎未能发生逃逸，在网目尺寸为60、70 mm时逃逸率分别为2%、7%，在网目尺寸为90 mm时逃逸率接近50%，对银鲳幼鱼的释放效果显著。
从带鱼逃逸率图 (图4－C)可知:带鱼成鱼在网目尺寸为60 mm以下时未能发生逃逸，在网目尺寸为70、90 mm时逃逸率为100%；但从带鱼总体逃逸率曲线与其幼鱼逃逸率曲线的变化趋势可知，带鱼的逃逸主要取决于其幼鱼的逃逸，随着网目尺寸的增大，亦有利于带鱼幼鱼的释放。
从小黄鱼逃逸率图 (图4－D)可知:小黄鱼成鱼在网目尺寸为40、54 mm时未发生逃逸，在网目尺寸为60、70、90 mm时逃逸率分别为2%、16%和36%；但由于其幼鱼比例较高，成鱼比例较小，因此，其总体逃逸与幼鱼有关，从逃逸率的曲线变化趋势可明确看出，小黄鱼总体逃逸率曲线与幼鱼逃逸率曲线几乎一致，在网目尺寸为40 mm时小黄鱼幼鱼逃逸率为0%，在网目尺寸为54、60、70 mm时逃逸率分别为28%、70%和76%，而在网目尺寸为90 mm时逃逸率达到了93%，随着网目尺寸的增大，小黄鱼幼鱼的释放效果更加显著。
图4 主要经济鱼种的逃逸率
Fig.4 Escape rates of comercially important principal fishes
2.5 生态效益与经济效益
根据逃逸产量占比公式与逃逸产值占比公式，通过对各网目尺寸下网囊及套网中渔获的产量与产值的计算，得出各网目尺寸下的产量与产值情况(表3)。其中，产量与产值为单位时间 (1 h)的渔获产量与渔获产值。
表3 单位时间的渔获产量和产值Tab.3 Catch yield and value per hour
网目尺寸/mm mesh size逃逸产值占比/%M 40 294 3883 31 63 9.7 1.6 54 275 4257 105 318 27.6 7.0 60 267 4573 85 380 24.1 7.7 70 175 2595 119 679 40.5 20.7 90 173 2625 153 1379 46.8 34.4套网 cover－net产量/(kg·h－1)yield网囊cod－end产值/(元·h－1)value产量/(kg·h－1)yield产值/(元·h－1)value逃逸产量占比/%W
从表3可看出，随着网目尺寸的增大，W与M逐渐增加。运用Excel软件将W与M进行曲线拟合 (图5)，函数关系式为M＝0.0083e8.0277W(R2＝0.9801)，然后运用数学求导法求出拟合曲线在斜率k＝1时所对应的横坐标值W0＝34%。
图5 逃逸产值占比 (M)与逃逸产量占比 (W)的关系
Fig.5 Relationship between escape value percent(M)and escape yield percent(W)
注:拟合曲线在W0＝34%处斜率为1
Note:the slope of fitting curve is 1 when W0is 34%
同理，将W与Ms进行曲线拟合 (图6)，函数关系式为 W＝0.3852 ln Ms－1.2125(R2＝0.9659)，将W0代入该关系式即可求出所对应的网目尺寸为56 mm。
图6 逃逸产量占比 (W)与网目尺寸 (Ms)的关系
Fig.6 Relationship between escape yield percent(W)
and mesh size(Ms)
3 讨论
3.1 试验的优化
相比尤宗博等[13]的研究，本试验中将试验时间、拖网时长与网囊网目尺寸进行了优化调整，试验时间提前至8月，禁渔期间的鱼体相对较小，且鳀鱼群体还未洄游至海州湾近岸渔场[1，23－24]，更适合进行网目选择性研究；缩短拖网时长至1～2 h，可相对减少水母或者大量渔获的堵塞效应，选择性研究更加精确[6－13]；针对蓝点马鲛、银鲳等体型较大鱼体的选择性研究，增设了一个网囊网目尺寸为90 mm[25]的网具来进行试验。
本研究中对每种规格的网囊分别进行10网次试验，每网次均进行抽样取样，试验数据与结果具有一定的代表性和科学性，可较真实地反映实际情况，但也存在一定的缺点[26]，比如带鱼成鱼在70、90 mm时出现了100%的逃逸，抽样测定生物学时，网囊中未测到肛长为250 mm以上的带鱼成鱼，而套网中也只各测得1尾，通过加权回归计算尾数后，使得套网中成鱼数量的统计误差较大。故在今后的研究中，抽样方法还需优化。
3.2 最小网目尺寸的探讨
本研究表明:随着网囊网目尺寸的增大，主要渔获逃逸率逐渐增加 (图3)；4种主要经济鱼种的总体逃逸率曲线与幼鱼逃逸率曲线几乎一致，说明经济鱼种的逃逸主要取决于幼鱼的逃逸 (图4)，随着网目尺寸的增大，对于经济鱼种幼鱼的释放效果显著；在90 mm网目尺寸下，蓝点马鲛和银鲳等大个体鱼种，均未发生成鱼逃逸，带鱼成鱼发生100%逃逸，小黄鱼成鱼逃逸率为36%。但通过分析近3年的调查数据可看出，近年来带鱼和小黄鱼幼鱼的渔获比例居高不下 (图2)，说明黄海海区小黄鱼和带鱼低龄化严重[27－28]，需得到更多的释放和保护，使其资源生长压力得到一定的缓解。因此，在目前资源状况下，如果从生态保护方面考虑，并根据 《渤海生物资源养护规定》中最小可捕标准体长来进行管理，黄海双船有翼单囊拖网网囊网目尺寸需放大到80 mm(实测值)以上，这样网囊将可以释放更多的幼鱼。本研究表明，该网目尺寸下蓝点马鲛、银鲳、带鱼和小黄鱼的幼鱼逃逸率分别为20%、49%、82%和94%(图4)，这将对蓝点马鲛、银鲳等资源的保护，以及小黄鱼、带鱼等资源的恢复具有重大的意义，对黄海海区渔业资源的可持续利用具有巨大的促进作用。
而对于渔民来说，主要考虑的是经济效益，由表3可看出，随着网目尺寸的增大，渔民损失的产量及产值也在增加。生态保护强调的是更多幼鱼的逃逸，而经济效益强调的是更少产值的损失。本研究中将这种矛盾关系，通过数学建模方法将逃逸产值占比M与逃逸产量占比W、逃逸产量占比W与网目尺寸Ms分别函数化，由图5可看出，M与W的函数关系式M＝0.0083e8.0277W为凹函数。该函数的几何意义表示:在曲线斜率k＝1即W＝W0时，W的增加幅度与M的增加幅度相同；在W＜W0时，W的增加幅度相对M的增加幅度较快；而在W＞W0时，M的增加幅度相对W的增加幅度较快。该实际意义表示，在W＝W0时，渔民损失产量和损失产值变化程度相同；在W＜W0时，随着逃逸产量的增加，损失产值变化较小，此时释放效果显著；当W＞W0时，随着逃逸产量的增加，损失产值变化较大，故选择W0作为有效的权衡点。再将W＝W0代入W与Ms的函数关系式W＝0.3852 ln Ms－1.2125中，即可求出所对应的网目尺寸为56 mm。本研究结果中网囊网目尺寸为56 mm与黄灿星等[29]的结果相同，略小于王明彦等[30]建议的60 mm，其结果的差异可能与取样时间、试验网具及数据处理分析方法的不同有关，也与资源的衰退、经济鱼体的小型化有关[3，7，13，30]。 因此， 既从保护生态同时又从维护渔民经济利益角度考虑，可将56 mm作为黄海双船有翼单囊拖网网囊最小网目尺寸的参考依据，这将有利于黄海海区拖网渔业的繁荣发展，达到生态效益与经济效益双赢的渔具管理目标。
3.3 模型的评价
黄海海区是一个多鱼种混栖的渔场，各鱼种的生长与繁殖均有较大的差别，网目对各鱼种的选择性能是不相同的[13]。在这种复杂的鱼群结构条件下，要想找到适合各鱼种的网囊网目尺寸显然是困难的。本研究中运用数学建模的方法，将多鱼种看成一个整体，通过分析逃逸产值占比M、逃逸产量占比W与网目尺寸Ms之间的函数关系，来进行生态效益与经济效益的权衡，使所研究的问题更易于理解。本研究中使用的方法是根据数学函数的几何意义，并与实际问题相结合，选用斜率为1时所对应的这一特殊点，具有一定的现实意义。本研究结果得出，56 mm应为最小网囊网目尺寸，这一结果与国内其他学者所建议的结果[7，13，30]相近似，可认为本研究方法比较合理。对于渔业上生态效益与经济效益间存在的实际问题，本研究中运用数学方法，将问题转化为数学函数问题，属首次尝试，在今后的研究中有待于进一步完善。
致谢:本研究在试验船 “鲁日渔61065/鲁日渔61066”船长及各位船员的大力配合下顺利完成，得到了中国水产科学研究院黄海水产研究所孙珊、逄志伟、朱建成、于小涛、王新良、应一平、张吉昌的支持与帮助，在此深表感谢!
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