南极磷虾捕捞船与需氧捕食者的声学数据映射：渔业生态互作的大尺度解析

这篇研究创新性地利用渔船声学数据（U-Net模型分析30,000小时记录），首次量化了南极磷虾（Euphausia superba）渔业与需氧捕食者（鲸类、企鹅等）的时空重叠规律。研究发现现有保护措施（如VRZs）未能有效减少企鹅繁殖季的船舶接触，反而将冲突转移至南奥克尼群岛，为CCAMLR（南极海洋生物资源养护委员会）的小尺度管理单元（SSMUs）设计提供了关键数据支撑。

　　

研究背景

南极磷虾（Euphausia superba）作为南大洋生态系统的基石物种，支撑着数百万只企鹅、海豹和鲸类的生存，同时是全球最大的甲壳类渔业目标。随着渔业规模的扩大（年捕获量达62万吨）和鲸类种群的恢复，CCAMLR亟需低成本、大范围的生态监测手段。本研究首次利用渔船声呐数据，通过深度学习解析磷虾捕食者与渔船的时空交互。

研究方法

团队训练了卷积神经网络（U-Net），从3艘挪威渔船（FV Antarctic Endurance等）6个渔季的声学数据中识别三类信号：磷虾群、哺乳动物（鲸类）潜水轨迹和气泡轨迹（企鹅/海豹）。数据覆盖CCAMLR 48.1-48.3分区，时空分辨率达10分钟/500米。模型对气泡轨迹和鲸类识别的F1分数分别为0.79和0.61，虽存在低估但能可靠反映宏观规律。

关键发现

鲸类与渔船的秋季高峰重叠
在南极半岛，鲸类（以长须鲸和座头鲸为主）接触率在秋季显著上升，与其迁徙前脂肪积累期吻合。声学信号高度分析（4-5米和9-13米峰值）证实了鲸类主导的交互模式，而体型较小的南极毛皮海豹（2米）因分辨率限制未被有效捕获。

企鹅保护的“地理转移”悖论
2018年实施的自愿限制区（VRZs，距岸30公里）虽减少了南极半岛夏季捕捞，却导致渔船集中至南奥克尼群岛——该区域栖息着超过100万只帽带企鹅。数据显示，50%的企鹅接触发生在距繁殖地15公里内，且2017年后该区域渔获量增加10万吨，相当于当地磷虾生物量的1-7%。

地形驱动的生态热点
水下峡谷（如南奥克尼群岛北部的科罗内申岛峡谷）是捕食者-渔船共现的热点区域。这些区域同时是磷虾高密度区（声学回波>?20 dB）和企鹅关键觅食场，但现有保护网络（如海洋保护区MPAs）未完全覆盖。

管理启示

研究揭示了区域性保护措施的局限性：

1. 小尺度管理单元（SSMUs）的迫切性：当前SSMU仅设计于南极半岛（48.1区），但南奥克尼群岛（48.2区）和南乔治亚岛（48.3区）同样需要精细化分区管理；
2. 监测盲区的填补：CCAMLR生态系统监测计划（CEMP）未覆盖接触率最高的科罗内申岛企鹅群落；
3. 数据驱动的快速响应：2024年12月渔船意外进入南极半岛VRZs的事件，可通过本方法实时评估生态影响。

技术优势与局限

声学数据作为渔业副产品，能以0.5米/秒的分辨率实现低成本广域监测，但存在物种鉴别模糊（如企鹅与海豹气泡轨迹）和近船盲区（回避船舶的个体未被记录）等局限。未来需结合追踪数据（如企鹅GPS标记）提升分类精度。

未来展望

随着磷虾渔业向印度洋扇区扩张，该方法可为新兴渔区提供基线生态数据。研究团队建议将声学监测纳入CCAMLR的适应性管理框架，以平衡渔业发展与南大洋生态韧性。