划定渔业区域以进行海洋资源管理：方法与应用——以美洲北部海湾为例

《Ocean & Coastal Management》：Delineating fishing territories for marine resource management: Methodologies and applications with a case study in the northern Gulf of America

墨西哥湾北部商业礁鱼渔业领土划分及动态研究，比较七种空间分析方法，确定局部凸包法（locoh）最优，构建渔区空间重叠、年度及季节变化模型，提出群体规模、使用强度、冲突度等量化指标，为海洋资源管理提供方法论支持。

　　在海洋生态系统中，尽管海面似乎没有明确的边界，但渔民对海洋资源的提取却是高度集中的。这种空间上的聚集性不仅反映了渔民的日常活动模式，还揭示了他们对特定渔场的依赖程度。理解这些“渔业领地”（fishing territories）的概念，对于识别渔业活动的热点区域、量化特定区域的使用频率、评估管理措施的影响以及快速评估渔业依赖社区对环境冲击的脆弱性具有重要意义。本文通过借鉴景观生态学和动物行为学的研究方法，系统地探讨了如何量化渔业领地的概念，并将其应用于海洋资源管理。特别地，文章以美国墨西哥湾北部的商业礁石鱼类渔业为案例，比较了七种不同的方法，以确定哪种方法在提供足够细节的同时，又能实现有效的概括。随后，文章利用这些渔业领地的地图，识别了多个冲突区域，并量化了渔业活动在时间上的变化趋势。最后，文章通过提取描述渔业活动空间足迹的关键指标，如群体规模、使用强度、领地面积、分布不均程度、距离最近的县海岸线、竞争者数量以及重叠程度，为渔业管理提供了科学依据。

渔业领地的概念并非新事物，它已经被广泛讨论了数十年，主要源于对海洋环境中人类活动和社会经济因素的关注。然而，将这一概念量化并应用于海洋资源管理，却相对较为新颖，这与地理信息系统（GIS）和空间数据分析技术的发展密切相关。通过比较不同的量化方法，研究人员能够更精确地描绘渔业活动的空间分布，从而为政策制定者和管理者提供更有效的决策支持。例如，在美国、巴西、俄罗斯以及东太平洋地区，已有研究使用不同的方法对渔业领地进行了估算。这些方法包括经典的核密度估计（Kernel Density Estimation, KDE）以及更复杂的局部凸包（Local Convex Hull, locoh）方法。尽管这些方法在某些研究中已被采用，但它们在不同地区的适用性仍有待进一步验证和优化。

在本研究中，我们选择了七种不同的方法来估算渔业领地，并通过多个指标对这些方法进行了比较。这些指标包括领地面积、边界复杂度（以边缘与面积比衡量）、领地由多少独立区域构成、未被包含在领地内的捕鱼点比例、领地与陆地的重叠面积以及计算所需的时间。通过对这些指标的分析，我们发现一些方法在提供细节方面表现优异，但同时也可能导致领地面积过大或边界过于复杂，从而影响其在管理中的实用性。相反，一些方法虽然计算速度较快，但可能无法准确反映渔业活动的真实分布模式。因此，选择一种在细节和概括之间取得平衡的方法，对于实现渔业管理的有效性至关重要。

局部凸包方法在本研究中表现出了较好的平衡性。它不仅能够捕捉到渔业活动的空间特征，还能够识别出自然地理边界对捕鱼行为的影响。例如，该方法能够有效区分不同区域之间的生态或地理特征，从而形成具有明确边界的领地。这种方法在处理具有明显断点或不连续性的数据时，尤其显示出其优势。然而，局部凸包方法在计算上较为耗时，这在处理大规模数据集时可能成为限制因素。因此，当数据集较大时，采用基于双向参数（bivariate parameter）的核密度估计方法，如最小二乘交叉验证（Least-Squares Cross-Validation, LSCV），可能是更合适的选择。这些方法在一定程度上能够反映数据的自然分布，避免因过度平滑而导致对领地范围的错误估计。

渔业领地的研究不仅有助于理解渔民的空间行为，还能够揭示渔业活动与其他海洋使用方式之间的潜在冲突。例如，某些区域可能被多个渔业群体共同使用，从而形成所谓的“冲突区”（conflict zones）。这些冲突区的识别对于制定合理的渔业管理政策和海洋空间规划具有重要意义。通过分析这些冲突区的分布和使用频率，可以更准确地评估资源竞争的程度，并预测潜在的生态和社会经济影响。此外，渔业领地的时空变化也反映了渔业活动对环境变化的响应能力。例如，随着气候变化、环境扰动或经济条件的变化，渔民可能会调整其捕鱼范围，从而导致领地的扩展或收缩。这些变化可以作为评估渔业适应能力和可持续性的重要依据。

在本研究中，我们通过分析美国墨西哥湾北部的商业礁石鱼类渔业数据，发现该地区的渔业活动具有一定的时空稳定性。尽管不同年份和季节间存在一定的变化，但整体上，渔民的捕鱼行为仍集中在特定区域。例如，某些县的渔业领地在连续几年中表现出相似的空间分布模式，这可能与该地区资源的分布特点、地理环境的限制以及渔业管理政策的稳定性有关。然而，也有一些县的渔业领地表现出较大的变化，这可能与特定年份的环境条件、经济因素或政策调整有关。通过量化这些变化，我们可以更好地理解渔业活动的动态特性，并为未来的管理策略提供科学依据。

除了空间变化，渔业领地的特征也提供了关于渔业依赖社区的重要信息。例如，领地的大小、使用强度、分布不均程度以及距离最近的县海岸线等因素，可以用来评估渔业活动的效率和可持续性。较大的领地面积可能意味着渔民需要更广泛的区域来获取资源，而较小的领地面积则可能反映资源的集中分布和较高的使用效率。使用强度则反映了渔民对某一区域的依赖程度，高强度的使用可能意味着该区域的资源被过度开发，从而影响生态系统的健康。分布不均程度则可以揭示渔民在空间上的分散程度，较高的分布不均可能意味着渔民需要在多个地点进行活动，而较低的分布不均则可能表明资源分布较为集中。

渔业领地的研究还可以帮助识别渔业活动与其他海洋用途之间的潜在冲突。例如，某些渔业领地可能与沿海开发项目、海洋保护区或能源开发活动重叠，从而引发生态和社会经济方面的争议。通过量化这些重叠区域，管理者可以更有效地协调不同利益相关者的需求，制定更加公平和可持续的管理措施。此外，渔业领地还可以用于评估环境事件对渔业社区的影响。例如，红潮或石油泄漏等局部性环境扰动可能对特定区域的渔业资源造成严重影响，而渔业领地的分析可以帮助快速识别受影响的区域，并评估其对渔民生计的潜在威胁。

本文的研究结果表明，局部凸包方法在估算渔业领地时表现较为理想，它能够在细节和概括之间取得平衡，并准确反映自然地理边界对捕鱼行为的影响。然而，这种方法在计算上较为耗时，因此在处理大规模数据集时，需要权衡其适用性和计算资源的限制。相比之下，基于双向参数的核密度估计方法可能在某些情况下提供更高效的解决方案。此外，本文提出的渔业领地量化方法和相关指标，可以为其他渔业和地区的研究提供借鉴。这些方法不仅适用于商业渔业，也可以用于小规模渔业，尤其是那些缺乏精确地理位置数据的地区。通过结合定性和定量数据，研究人员可以更全面地理解渔业活动的空间分布模式，并为政策制定者提供更准确的决策支持。

渔业领地的研究还具有重要的社会和经济意义。它能够揭示渔业社区对特定资源的依赖程度，并帮助评估这些社区在面对环境变化或管理措施调整时的脆弱性。例如，如果一个渔业领地距离最近的县海岸线较远，那么该地区的渔民可能面临更高的运营成本，如燃料消耗和航行时间。这些因素在制定渔业管理政策时需要被充分考虑，以确保政策的公平性和可持续性。此外，渔业领地的分析还可以帮助识别潜在的竞争者，评估不同渔业群体之间的资源竞争情况，并为缓解冲突提供依据。

总的来说，渔业领地的概念为海洋资源管理提供了一个新的视角。通过量化和分析渔业活动的空间分布，管理者可以更好地理解渔民的行为模式，并制定更加科学和有效的管理措施。同时，这种方法也能够促进渔业社区与政策制定者之间的对话，使渔业管理更加贴近实际需求和当地条件。随着技术的进步和数据的丰富，渔业领地的研究将在未来发挥更大的作用，为实现更加可持续和公平的海洋治理提供支持。