2021年山东长岛毗邻海域底层渔业生物监测数据集 - 中国科学院计算机网络信息中心

生态系统国家野外站历史数据整编专题 II 区论文（已发表） • 版本 ZH2 Vol 9 (1) 2024

2021年山东长岛毗邻海域底层渔业生物监测数据集

A dataset of observing bottom fishery stocks in the adjacent waters of Changdao Islands, Shandong Province, 2021

李娜，张雨轩，栾青杉，韦超，赵永松，张婉茹，单秀娟

LI Na, ZHANG Yuxuan, LUAN Qingshan, WEI Chao, ZHAO Yongsong, ZHANG Wanru, SHAN Xiujuan

DOI: 10.11922/11-6035.csd.2022.0104.zh
CSTR: 32001.14.11-6035.csd.2022.0104.zh
: 10.57760/sciencedb.o00119.00022

： 2022 - 10 - 31

： 2023 - 06 - 15

： 2022 - 11 - 08

： 2024 - 02 - 28

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4544 45 0

摘要&关键词

摘要：近岸岛屿毗邻海域作为陆架边缘海中最具代表性的区域之一，是重要的海–陆过渡区域。在自然环境变动与人类活动的双重影响下，其生态系统具有多样性和复杂性。长岛毗邻海域具有典型的海岛生态环境特征，为渤黄海渔业种类的洄游通道和关键栖息地，对该海域生态系统食物网结构和能流过程具有重要意义。2021年3月至12月，山东长岛近海渔业资源国家野外科学观测研究站在长岛毗邻海域开展10航次，每航次10站的底层渔业生物逐月调查与样品测定。通过对渔获物的生物学测定数据进行计算，获得相对重要性指数（index of relative importance，IRI）、物种更替率、单位捕捞努力量渔获量（catch per unit effort，CPUE）以及包含Margalef丰富度指数（D）、Shannon-Wiener多样性指数（H′）和Pielou均匀度指数（J′）在内的生物多样性指数，构成了本数据集。基于多人全样本交叉复核完成审查与校对过程，确保数据集的规范性与准确性。本数据集可为渤黄海底层渔业生物时空格局和海岛生态系统研究提供数据支撑。

关键词：底层渔业生物；长岛毗邻海域；群落结构；海岛生态系统；生物多样性

Abstract & Keywords

Abstract: As one of the most representative areas of the shelf-edge sea, the waters adjacent to offshore islands are important sea-land transition areas. The ecosystems in these areas are diverse and complex due to the dual regulation of natural environmental variabilities and human activities. The adjacent waters of the Changdao Island are characterized by typical island ecology and are key migration channels, spawning grounds and habitats of fishery resources in the Bohai Sea and Yellow Sea, which are of great significance to the food web process of fishery organisms in this area. From March to December 2021, the Shandong Changdao Fishery Resources National Observation and Research Station conducted a month-by-month survey of bottom fishery stocks with 10 stations per cruise and sample measurements in the waters adjacent to the Changdao Island. Afterwards, the index of relative importance (IRI), species replacement rate, catch per unit effort (CPUE), D (Margalef richness index), H′ (Shannon-Wiener diversity index) and J′ (Pielou evenness index) were calculated from the biological measurement data of the catches that formed the present dataset. The review and proofreading of this dataset was thoroughly conducted through extensive full-sample cross-checks by multiple reviewers to guarantee the standardization and accuracy. This dataset can provide data support for the study of spatial and temporal patterns of bottom fishery stocks in the Bohai Sea and Yellow Sea and the study of special island fishery ecosystems with migratory passage characteristics.

Keywords: bottom fishery stocks; adjacent sea areas of Changdao Island; community structure; Island ecosystems; biodiversity

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称	2021年山东长岛毗邻海域底层渔业生物监测数据集
数据通信作者	单秀娟（shanxj@ysfri.ac.cn）
数据作者	李娜，张雨轩，栾青杉，韦超，赵永松，张婉茹，单秀娟
数据时间范围	2021年3–12月
地理区域	山东长岛毗邻海域，地理范围为120°34′30″–120°46′30″E，37°50′30″–38°02′30″N
数据量	41.7 MB
数据格式	.xlsx, .jpg
数据服务系统网址	http:// doi.org/10.57760/sciencedb.o00119.00022 http://www.ysfri.ac.cn/info/2112/38069.htm
基金项目	科技基础资源调查专项（2021FY100704）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（20603022022006）。
数据库（集）组成	本数据集包含6个数据文件，其中有5个“.xlsx”格式表格文件和1个“.zip”格式压缩文件。“.xlsx”文件包含5个数据表，分别为：底层渔业生物种群表、相对重要性指数表、群落生物多样性指数表、CPUE重心坐标表、物种更替率表。其中，“底层渔业生物种群表”包含各类群中在每个月份出现过的种群，共计5张工作表页面；“相对重要性指数表”包含2021年3–12月各月优势度数据，共计10张工作表页面；“.zip”文件包含18张“*.jpg”格式图件，分别为：各类群CPUE站位比例分布图、鱼类种群CPUE站位比例分布图、软体动物种群CPUE站位比例分布图、节肢动物种群CPUE站位比例分布图、棘皮动物种群CPUE站位比例分布图、腕足动物种群CPUE站位比例分布图、总CPUE重心时空分布图、鱼类CPUE重心时空分布图、软体动物CPUE重心时空分布图、节肢动物CPUE重心时空分布图、棘皮动物CPUE重心时空分布图、腕足CPUE重心时空分布图、物种更替率折线图、渔业生物多样性指数折线图、鱼类生物多样性指数折线图、软体动物生物多样性指数折线图、节肢动物生物多样性指数折线图、棘皮动物生物多样性指数折线图。

Dataset Profile

Title	A dataset of observing bottom fishery stocks in the adjacent waters of Changdao Islands, Shandong Province, 2021
Data authors	LI Na, ZHANG Yuxuan, LUAN Qingshan, WEI Chao, ZHAO Yongsong, ZHANG Wanru, SHAN Xiujuan
Data corresponding author	SHAN Xiujuan (shanxj@ysfri.ac.cn)
Time rang	March to December, 2021
Geographical scope	Adjacent waters of the Changdao Island, Shandong (120°34′30″–120°46′30″E, 37°50′30″–38°02′30″N)
Data volume	41.7 MB
Data format	.xlsx, .jpg
Data service system	<http:// doi.org/10.57760/sciencedb.o00119.00022> <http://www.ysfri.ac.cn/info/2112/38069.htm>
Sources of funding	Special Survey Funds for Basic Scientific and Technological Resources (2021FY100704); Special Scientific Research Funds for Central Non−profit Institutes, the Yellow Sea Fisheries Research Institute (20603022022006).
Dataset composition	This dataset contains 6 data files, 5 of which are in ".xlsx" table file and one ".zip" compressed file. The ".xlsx" files includes 5 data tables, namely: table of bottom fishery populations, table of the index of importance relative, table of community biodiversity indices, table of CPUE centers coordinates, table of species turnover rates. The table of bottom fishery populations contains a total of 5 sheets of populations of each taxon that had been appeared in each month. The table of the index of importance relative contains a total of 10 sheets of dominance data for each month from March to December 2021. The ".zip" file contains 18 graphs in "*.jpg" format, namely: map of CPUE proportion distribution of each taxon at each station, map of CPUE proportion distribution of fish populations at each station, map of CPUE proportion distribution of mollusk populations at each station; map of CPUE proportion distribution of arthropod populations at each station; map of CPUE proportion distribution of echinoderm populations at each station; map of CPUE proportion distribution of brachiopod populations at each station; map of the spatio-temporal distribution of total CPUE centers, map of the spatio-temporal distribution of CPUE centers of fish taxon, map of the spatio-temporal distribution of CPUE centers of mollusk taxon, map of the spatio-temporal distribution of CPUE centers of arthropod taxon, map of the spatio-temporal distribution of CPUE centers of echinoderm taxon, map of the spatio-temporal distribution of CPUE centers of brachiopod taxon, line graphs of species turnover rates, line graphs of fishery resources biodiversity indices, line graphs of fish taxon biodiversity indices, line graphs of mollusk taxon biodiversity indices, line graphs of arthropod taxon biodiversity indices, line graphs of echinoderm taxon biodiversity indices.

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引言

海岛毗邻海域生态系统作为海洋生态系统的一种重要类型，不同于以海水为基质的一般的海洋生态系统，既对全球气候变化、海平面上升等自然干扰的响应敏感，又受临近大陆和海岛人类活动的影响，是典型的海岸带复合生态系统，是认识海洋和经略海洋的重要支点，同时具有丰富的自然资源和生态价值，是陆海统筹生态文明建设的纽带。海岛毗邻海域生态系统区位特殊，生态系统复杂，在人类活动和气候变化等多重压力下更具有脆弱性^[1]。

山东长岛毗邻海域位于渤黄海交汇处，属于典型的温带近岸岛屿毗邻水域生态系统类型，周围有黄河、潍河、小清河等多条河流入海，不仅具有复杂多变的生态系统结构，也是渤黄海渔业生物的洄游通道和关键栖息地。在人类活动与气候变化相互叠加产生的多重压力下，该海域近几十年渔业资源结构发生明显变化，资源衰退严重，生物多样性下降^[2]。近年来，我国海洋监测数据集覆盖海洋气象^[3]、海洋水文^[4-5]、海水化学^[6-7]等多个方面，但针对近岸海岛毗邻水域的小区域、多站位观测数据集较少，针对海洋渔业生物群落的逐月调查数据集亦较少。本数据集为山东长岛近海渔业资源国家野外科学观测研究站于2021年3–12月在长岛毗邻海域开展的底层渔业生物定点逐月观测数据资料，可反映长岛毗邻海域底层渔业生物群落结构及生物量时空格局，为近岸岛屿毗邻海域生态系统研究提供底层生物群落数据基础，为长岛毗邻海域渔业管理策略规划提供可靠的数据参考。

1 数据采集和处理方法

1.1 样品采集

2021年3–12月在山东长岛毗邻海域开展10航次大型底栖生物逐月调查，采集鱼类、软体动物、节肢动物、棘皮动物和腕足动物的生物量数据，调查区域覆盖南五岛（大黑山岛、小黑山岛、庙岛、北长山岛和南长山岛）近岸海域，具体调查日期如表1。长岛毗邻海域为黄海与渤海的重要关卡，故每航次基于不同的地理区位及离岸特征设置10个站位。于南五岛南部设置CD01、CD02与CD03站位，于南五岛北部设置CD08、CD09与CD10站位，以分别调查庙岛海峡、渤海海峡的东部、中部与西部水域；设置CD04与CD07站位，以分别调查庙岛海峡与渤海海峡海流作用下的海岛近岸水域；设置CD05与CD06站位，以分别调查渤海海峡与庙岛海峡海流共同作用下的渤海海岛近岸水域与黄海海岛近岸水域。各站位坐标如图1。

表1 2021年3–12月长岛毗邻海域底层渔业生物采样日期

调查月份	3月	4月	5月	6月	7月	8月	9月	10月	11月	12月
起始日期	03.17	04.16	05.27	06.20	07.18	08.23	09.18	10.29	11.24	12.20
结束日期	03.24	04.19	05.29	06.22	07.20	08.28	09.20	10.31	11.25	12.22

图1 2021年3–12月长岛毗邻海域底层渔业生物监测站位

Figure 1 Observing stations of bottom fishery stocks in the adjacent waters of Changdao Islands from March to December in 2021

每航次使用单囊无翼底层桁拖网（网口宽度2.4 m，网口高度0.4 m，网长9.0 m，网目内径2.0 cm）采样10站，每站以3 n mile/h拖速拖1网，每网拖网时长为10 min，以采集底层渔业生物，作业场景如图2。将渔获物及时装入无菌密封袋内，-20℃环境下冷冻暂存。

图2 长岛毗邻海域底层渔业生物采样作业情景（a & b: 桁拖网收网; c & d: 样品收集）

1.2 数据处理

1.2.1 生物量统计

在室温环境下，于实验室内解冻底层渔业生物样本，开展全样本生物学测定，作业场景如图3。对每站位采集的渔业生物样本进行形态学鉴定及后验，将每一生物个体识别至“种”阶元，以种群为单位计数并称重。物种学名参考WoRMS（https://www.marinespecies.org/）。

图3 底层渔业生物样本的室内测定（a & b: 样品解冻; c & d: 样品的生物学测定）

1.2.2 单位捕捞努力量渔获量（Catch per unit effort，CPUE）

将每10 min桁拖网采样获取的渔获物生物量（g/10 min）作为名义CPUE，以表征渔获量高低，计算公式如下：

\({\text{CPUE}}_{i}=\frac{{B}_{i}×\text{10}}{{t}_{i}}\) (1)

CPUE_i：i站位某物种或某类群的单位捕捞努力量渔获量，单位为g/10 min；B_i ：i站位某物种或某类群的渔获量，单位为g；t_i ：当月i站位拖网时长，单位为min。

1.2.3 CPUE时空分布格局

将各月底层渔业生物CPUE与采样站位对应制作数据矩阵，将数据矩阵导入ArcGIS for desktop 10.2软件，制作各月各站位不同物种类群CPUE分布比例图，以表示各月内各类群的站位分布格局；运用反距离权重法对各月各站位总CPUE进行空间插值，以表示总渔获群落的时空分布格局。

运用Garrison分布重心法^[8]计算鱼类、软体动物、节肢动物、棘皮动物、腕足动物5个类群各月的CPUE重心，并根据重心点坐标及其逐月直线移动轨迹，运用ArcGIS软件制作各类群CPUE重心分布图，以表示各类群CPUE重心在长岛毗邻海域内的时空变动格局。CPUE重心坐标的计算公式如下：

\(X=\frac{\sum _{i=1}^{n}\left({X}_{i}×{\text{CPUE}}_{i}\right)}{\sum _{i=1}^{n}{\text{CPUE}}_{i}}\) (2)

\(Y=\frac{\sum _{i=1}^{n}\left({Y}_{i}×{\text{CPUE}}_{i}\right)}{\sum _{i=1}^{n}{\text{CPUE}}_{i}}\) (3)

X ：CPUE重心的经度；Y：CPUE重心的纬度；X_i ：i站位的经度；Y_i ：i站位的纬度；CPUE_i：i站位的单位捕捞努力量渔获量，单位为g/10 min。

1.2.4 物种优势度

运用相对重要性指数（Index of relative importance，IRI）^[9]表示鱼类、软体动物、节肢动物、棘皮动物、腕足动物5个类群中各物种的优势度，以及总渔获物群落中鱼类、头足类、贝类、虾类（含口虾蛄）、蟹类、棘皮动物、腕足动物7个类群的优势度。IRI计算公式如下：

\(IRI_{c}=\left ( N_{C}\%+ W_{C}\% \right ) \times F\times 10^{4} \) (4)

\(IRI_{t}=\left ( N_{t}\%+ W_{t}\% \right ) \times F\times 10^{4} \) (5)

N_c %：该种群个体数占其所属类群中个体数的百分比；N_t %：该种群个体数占全类群总个体数的百分比；W_c %：该种群生物量占其所属类群生物量的百分比；W_t %：该种群（类群）生物量占全类群总生物量的百分比；F：当月该种群（类群）的站位出现频率百分比；IRI_c：该种群在其所属类群中的相对重要性指数；IRI_t：该种群（类群）在全类群中的相对重要性指数。

1.2.5 物种更替率

物种更替率（E）可表征底层渔业生物群落结构的月际变动幅度，计算公式如下^[10]：

\(E=\frac{A}{A+B}\) (6)

A ：两相邻月种类增加数与减少数之和；B：两相邻月相同种类数。

1.2.6 多样性指数

Margalef丰富度指数D^[11] 、Shannon-Wiener多样性指数H′^[12]和Pielou均匀度指数J′^[13]可判断渔业生物多样性状况，计算公式如下：

\(D=\frac{S-1}{\mathrm{ln}N}\) (7)

\({H}^{\text{'}}=\sum _{i=1}^{S}\frac{{N}_{i}}{N}\text{ln}\frac{{N}_{i}}{N}\) (8)

\({J}^{\text{'}}=\frac{H\text{'}}{\text{ln} S}\) (9)

S ：当月物种数量，单位为ind.；N_i ：当月物种i的个体数，单位为ind.；N：当月所有物种的总个体数，单位为ind.。

2 数据样本描述

本数据集为Excel表格型数据和zip压缩文件。其中，Excel表格型数据主要包括：底层渔业生物种群表、相对重要性指数表、群落生物多样性指数表、CPUE重心坐标表、物种更替率表共5个调查成果数据表，数据格式为“*.xlsx”。以上5份Excel文件的数据结构分别如表2–6所示。

表2 底层渔业生物种群表结构

序号	字段名称	量纲	数据格式	数据样例
1	节肢动物种群	/	文本型	豆形拳蟹 Pyrhila pisum
2	3月	/	二分类型	-
3	4月	/	二分类型	-
4	5月	/	二分类型	-
5	6月	/	二分类型	-
6	7月	/	二分类型	-
7	8月	/	二分类型	-
8	9月	/	二分类型	-
9	10月	/	二分类型	-
10	11月	/	二分类型	+
11	12月	/	二分类型	-

注：+: 物种出现; -: 物种未出现

表3 相对重要性指数表结构

序号	字段名称	量纲	数据格式	数据样例
1	群落分类	/	文本型	鱼类：方氏云鳚
2	W_c%	/	数值型	7.43%
3	N_c%	/	数值型	25.90%
4	F	/	数值型	70.00%
5	IRI_c	/	数值型	2332.71
6	W_t%	/	数值型	1.50 %
7	N_t%	/	数值型	0.96%
8	IRI_t	/	数值型	172.56

表4 群落生物多样性指数表结构

序号	字段名称	量纲	数据格式	数据样例
1	月份	/	文本型	3月
2	指数名称	/	文本型	丰富度指数D
3	鱼类多样性指数	/	数值型	3.65
4	软体动物多样性指数	/	数值型	1.45
5	节肢动物多样性指数	/	数值型	1.23
6	棘皮动物多样性指数	/	数值型	0.82
7	渔业生物多样性指数	/	数值型	5.10

表5 CPUE重心坐标表结构

序号	字段名称	量纲	数据格式	数据样例
1	月份	/	文本型	3月
2	鱼类CPUE重心：经度	°E	文本型	120.73
3	鱼类CPUE重心：纬度	°N	数值型	37.91
4	软体动物CPUE重心：经度	°E	数值型	120.67
5	软体动物CPUE重心：纬度	°N	数值型	37.97
6	动物CPUE重心：经度	°E	数值型	120.68
7	节肢动物CPUE重心：纬度	°N	数值型	37.87
8	棘皮动物CPUE重心：经度	°E	数值型	120.70
9	棘皮动物CPUE重心：纬度	°N	数值型	37.88
10	腕足动物CPUE重心：经度	°E	数值型	120.68
11	腕足动物CPUE重心：纬度	°N	数值型	37.84
12	总CPUE重心：经度	°E	数值型	120.69
13	总CPUE重心：纬度	°N	数值型	37.88

表6 物种更替率表结构

序号	字段名称	量纲	数据格式	数据样例
1	月区间	/	文本型	3–4月
2	鱼类更替率	/	数值型	57.14%
3	软体动物更替率	/	数值型	37.50%
4	节肢动物更替率	/	数值型	8.33%
5	棘皮动物更替率	/	数值型	16.67%
6	腕足动物更替率	/	数值型	0.00%
7	总渔获群体更替率	/	数值型	38.78%

Zip图形压缩文件主要包括：各类群CPUE站位比例分布图、鱼类种群CPUE站位比例分布图、软体动物种群CPUE站位比例分布图、节肢动物种群CPUE站位比例分布图、棘皮动物种群CPUE站位比例分布图、腕足动物种群CPUE站位比例分布图、总CPUE重心时空分布图、鱼类CPUE重心时空分布图、软体动物CPUE重心时空分布图、节肢动物CPUE重心时空分布图、棘皮动物CPUE重心时空分布图、腕足动物CPUE重心时空分布图、物种更替率折线图、渔业生物多样性指数折线图、鱼类生物多样性指数折线图、软体动物生物多样性指数折线图、节肢动物生物多样性指数折线图、棘皮动物生物多样性指数折线图共18张调查成果数据图。图件格式为“*.jpg”，图像分辨率为600dpi，示例如图4–5。

图4 棘皮动物生物多样性指数

Figure 4 Biodiversity indices of echinoderm taxon

图5 腕足动物CPUE重心时空分布

Figure 5 Spatio-temporal distribution of CPUE centers of brachiopod taxon

3 数据质量控制和评估

底层渔业生物样本采集与测定过程严格按照《海洋调查规范第6部分：海洋生物调查》（GB/T 12763.6-2007）^[14]和《海洋渔业资源调查规范》（SC/T 9403-2012）^[15]的规定执行。样本测定结果基于山东长岛近海渔业资源国家野外科学观测研究站渔业资源生物学数据模板进行整编与录入，保证数据格式的规范性与数据摘取的易操作性，从而确保原始数据的准确性。本数据集的计算及异常值检测工作由专人负责，审查与校对过程基于多人全样本交叉复核，确保数据集的规范性与准确性。

4 数据价值

长岛毗邻海域是海岛近岸水域复杂生态系统的依存区域，并且为渤黄海渔业种类生殖洄游、索饵洄游与越冬洄游的关键通道，因此该海域在渤黄海水域中具有双重特殊性。本数据集对2021年开展的底层渔业生物长期逐月调查结果进行挖掘分析，历经严格的质量控制流程，因此具有高时效性与精确性，以及很好的年内连续性与区域针对性，可准确反映渤黄海底层渔业生物种群的时空变动特征，并为具有洄游通道特性的特殊海岛渔业生态系统研究提供坚实可靠的数据支撑。

5 数据使用方法和建议

本数据集提供了2021年长岛毗邻海域底层渔业生物观测结果，经过采集、测定、整编、录入、计算、去异常值、审查校对等一系列严格规范的质量控制流程。数据集包括xlsx与jpg两种格式，xlsx数据表可使用Microsoft Excel或者WPS浏览和使用；jpg图件分辨率为600dpi，满足打印、出版、屏幕显示等多种应用情景。本数据集通过科学数据银行（http://doi.org/10.57760/sciencedb.o00119.00022）以及中国科技资源共享网（http://www.ysfri.ac.cn/info/2112/38069.htm）提供数据服务。

[1]

JACOB C, BOCHOVE J W, LIVINGSTONE S, et al. Marine biodiversity offsets: pragmatic approaches toward better conservation outcomes[J]. Conservation Letters, 2020, 13(3). DOI: 10.1111/conl.12711.