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新的声学技术有助于保护南极生态系统

随着渔业开始收获磷虾资源来养活全世界的人口,必须在准确,科学的观察基础上以可持续的方式做到这一点。

美国NOAA的科学家们现在正在使用先进的新型声学技术来真正“看到”南大洋磷虾。这项科学研究将如何帮助保护南部海洋生态系统?

如今,海洋中三分之一的商业上重要的海洋鱼类资源正遭受过度捕捞的影响。随着磷虾正成为寻求收获新资源的渔业的重要补充,磷虾渔业的可持续管理已成为人们关注的焦点。

美国国家海洋与大气管理局(NOAA)西南渔业科学中心的科学家正在努力了解磷虾,其捕食者与渔业之间的相互作用。这是通过使用将声学多普勒电流分布图和回声测深仪的功能结合在一个设备中的技术来完成的。

Signature100 ADCP被用于确定磷虾的可持续收获,而磷虾是南极生态系统的重要组成部分。

这是必不可少的研究,因为在海洋中,即使最小的生物也会产生巨大的影响。单个南极磷虾的长度只有6厘米,在南大洋的广阔地区中似乎微不足道,但它们共同形成了巨大的聚集体,聚集体的长度可达几公里,厚达数百米。南极磷虾对于南部海洋生态系统至关重要,它喂养了许多海洋动物,其中包括鲸鱼,海豹,企鹅和乌贼,这些动物要么常年生活在南大洋中,要么迁移到那里以这些微小的甲壳类为食。

观看有关NOAA的科学家如何估算南极磷虾资源的视频。

磷虾渔业的平衡法

在南极,成年的Gentoo企鹅通常会整天狩猎,其饮食包括鱼,乌贼和磷虾。(照片©:NOAA AERD)*

在过去的几十年中,南大洋发生了一些重大变化。随着气候危机,海水正在变暖,失去氧气和盐分并酸化,所有这些都对磷虾造成了压力。该地区的磷虾商业捕鱼也有所增加。对于负责管理南大洋的管理机构CCAMLR(南极海洋生物资源保护委员会)来说,这是在允许渔业捕捞足够的磷虾以使其在商业上可行并留给捕食者足够捕捞的平衡之间的一种平衡行为。在快速变化的环境中进食-并让足够的磷虾生存以继续繁殖。

为明智的管理决策奠定基础

美国国家海洋与大气管理局(NOAA)西南渔业科学中心的渔业科学家克里斯蒂安·赖斯(Christian Reiss)博士是一个团队的成员,该团队在南极的研究专门为管理决策提供支持。

Reiss解释说:“我们在南极半岛进行研究,这里的磷虾渔业最大。”“我们试图做的是在管理磷虾方面采取预防措施。”

为了研究磷虾的生物学,丰度和分布,Reiss及其同事使用轮船进行了声学和网状调查。尽管他们对磷虾有了很多了解,但基于船的研究并非没有挑战。它的价格昂贵,并且在时间和持续时间方面通常不灵活-尤其是在南极等偏远地区操作时。

从历史上看,磷虾调查通常在南方夏季进行,与渔业同时进行。但是,渔业现在在南极花费更多的时间,并已转移到调查未涵盖的其他地区。此外,舰船研究的某些方面限制了科学家对磷虾动力学的了解。

南极海狗以磷虾,鱿鱼,鱼和企鹅为食。(照片©:NOAA AERD)*

“我们在一个空间中待了一个小时,然后移到40英里外的下一个空间,我们又取了一个样本,我们将其进行数周。我们占用的空间不多了,”赖斯解释说。

从管理的角度来看,定义什么是预防措施,什么是“好渔获物”需要在适当的时间和空间范围内获得数据。从经济上讲,扩大基于船只的研究的时间和期限在经济上是不可行的,因此Reiss和同事们寻找了一种不同的方式来调查南极。解决方案一直是采用自主技术。

使用新颖的ADCP技术改善数据收集

去年,在另外两个CCAMLR国家(挪威和英国)和美国国家科学基金会的帮助下,一套配备了Signature100 ADCP和滑翔机的系泊设备被部署在南极半岛的水域中。

“我们为该程序设计的多个简单系泊设备,即使在固定位置,也会在捕鱼区附近产生几乎完整的生物状况时间序列。滑翔机虽然移动缓慢,但可以提供空间背景来解释系泊数据,并且可以在几个月内进行采样,而费用仅为舰船研究费用的一小部分。”赖斯说。

收集的数据将有助于保护南部海洋生态系统。例如,它将回答以下问题,例如一旦渔业将其转移到某个区域后,磷虾会以多快的速度返回,以及渔业和捕食者之间发生了多少重叠,将有助于研究人员了解捕食者,渔业和磷虾之间的相互作用。

根据《国家地理》杂志的资料,豹海豹的饮食中大约有一半是由鱼和磷虾组成的。反过来吃磷虾的巴布亚企鹅(Gentoo penguin)则是豹海豹最喜欢的菜单,它们在其殖民地周围的水域中巡逻。(照片©:NOAA AERD)*

如果渔业将磷虾作为捕食者使用的相同地点,那么捕捞少量磷虾对捕食者的影响可能比在其他地方捕捞大量磷虾的影响大。

对于这个小型研究团队而言,Signature100 ADCP至关重要。从后勤的角度来看,由于该仪器是一个集成的ADCP和一个设备中的回声测深仪,因此与单独使用相比,维护和部署它们所需的人数更少。

位于圣地亚哥的NOAA西南渔业科学中心的南极生态系统研究部(AERD)的研究人员正在使用Signature100 ADCP。

此外,该仪器能够在几个月内收集大量数据(每台仪器约100 GB),这意味着前往地球偏远地区的旅行次数减少了。

由于研究将持续多年,因此校准和标准化非常重要。

年复一年,“如果一台仪器测量10克磷虾,另一台仪器应测量10克磷虾以获得相同的回声能量。标准化对于了解系统中的磷虾数量至关重要。” Reiss说。

以更高的精度估算磷虾生物量

事实证明,Signature100 ADCP在水流中穿过水柱移动时,能够非常有效地捕获磷虾:

使用Signature100 ADCP和其他工具收集的数据将有助于保护南部海洋生态系统。

“到目前为止,我们收集的数据是非常高质量的数据,具有良好的信噪比。这使我们充满信心,可以估计对我们的工作至关重要的磷虾生物量。” Reiss解释说。

Reiss和他的研究人员还于2019年夏季在南极部署了系泊设备和滑翔机。

“在两到三年内,CCAMLR将使用我们使用这些仪器收集的数据来了解磷虾,其捕食者与渔业之间的各种相互作用方式,” Reiss说。

他总结说:“您可以说我们通过这些仪器在南极看到了海洋。”

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