伊利湖及其相连水道中海七鳃鳗的扩散与生存情况

《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》：Dispersal and survival of sea lamprey in Lake Erie and connected waterways

海鲈鱼入侵种群扩散与存活特征研究，采用声学遥测结合连续时间多状态捕获-再捕获模型，揭示其扩散受距离限制和环境异质性驱动，预测预产卵死亡率34%，扩散至伊利湖支流45%、底特律河19%、安大略湖2%，提出非空间模型评估偏差问题。

　　在北美五大湖的拉乌伦蒂安地区，入侵性海灯鱼（Petromyzon marinus）已成为一个长期的生态挑战。为了有效控制这些入侵物种，全球最长的脊椎动物入侵控制项目已在该地区实施。然而，对于这些海灯鱼在湖内不同栖息地之间的生存与扩散机制，科学界仍然缺乏深入理解。本研究通过结合声学追踪技术与连续时间多状态捕捉-再捕捉模型，对湖 Erie 中的海灯鱼进行了系统分析，旨在填补这一知识空白。研究结果不仅有助于揭示海灯鱼的扩散与生存规律，也为未来构建更精确的生态模型提供了数据支持。

海灯鱼的生命周期包含多个阶段，其中湖内阶段是其生存与扩散的关键时期。在这一阶段，它们的活动模式受到多种因素的影响，包括个体的生理特性、栖息地的异质性以及环境线索。这些因素共同决定了海灯鱼在不同水道间的移动倾向。例如，海灯鱼的幼体在湖内生存期间可能会经历显著的自然死亡率，而成年个体则在迁徙过程中表现出对某些水道的偏好。这种偏好可能与水道的物理特征、水流速度、化学成分或生物活动有关。研究团队通过在湖 Erie 及其连接水道中布置多个声学接收器，记录了海灯鱼的活动轨迹，并据此分析其扩散行为。

研究过程中，科学家们对海灯鱼进行了声学标记，标记数量达到 619 条，涵盖了多个关键的水道。这些水道包括底特律河（连接 Lake Erie 与 Lake Huron）、通往 Lake Ontario 的支流以及一些连接 Lake Erie 与 Lake Ontario 的渠道。通过这种布置，研究团队能够获取海灯鱼在湖内不同区域之间的移动数据。研究发现，海灯鱼的扩散行为受到距离限制的影响，同时也受到水道吸引力的显著影响。某些水道因具有较高的吸引力，成为海灯鱼繁殖的主要场所，而其他水道则因条件较差，接收的繁殖个体较少。

在分析数据时，研究团队采用了连续时间多状态捕捉-再捕捉模型，该模型能够更准确地反映海灯鱼在不同栖息地间的动态变化。传统的捕捉-再捕捉方法通常需要将数据划分为多个时间点，而这种方法在处理连续时间的声学追踪数据时可能无法全面捕捉到个体的移动模式。相比之下，连续时间模型能够更好地处理不规则的检测数据，并提供更精确的生存与扩散估计。研究团队还通过模拟方法验证了模型的有效性，结果显示模拟数据与实际观测数据之间存在较高的匹配度，这表明该模型在预测海灯鱼的扩散与生存方面具有较高的可靠性。

研究结果表明，海灯鱼的扩散行为在很大程度上受到距离的限制。例如，当假设海灯鱼的初始分布位置不同时，它们最终进入不同水道的百分比会发生显著变化。这种变化在某些水道中尤为明显，例如底特律河，其接收的繁殖个体比例远高于其他较小的水道。此外，水道的大小和水流速度也被认为是影响海灯鱼扩散的重要因素。研究发现，水道的年均流量与繁殖个体比例之间存在正相关关系，这表明较大的水道可能更容易吸引海灯鱼进行繁殖活动。

然而，距离限制并不是唯一的决定因素。研究还发现，海灯鱼在湖内的扩散模式受到环境线索的显著影响。这些线索可能包括水道的化学特征、水流的稳定性以及周围生态系统的复杂性。例如，某些水道可能因具有特定的化学成分或水流模式，成为海灯鱼更倾向于选择的繁殖地点。此外，海灯鱼的生理状态和生命周期阶段也可能影响其扩散行为。幼体阶段的海灯鱼可能更倾向于在湖内停留，而成年个体则可能在迁徙过程中表现出更高的活动性。

为了进一步验证这些假设，研究团队采用了一种非参数的 Kolmogorov-Smirnov（KS）检验方法。这种方法能够比较两个样本是否来自相同的分布，从而判断海灯鱼的扩散是否受到距离限制的影响。结果显示，成年个体的扩散确实受到距离的显著影响，而幼体的扩散则相对有限。这表明，在湖内不同区域之间的扩散模式可能因个体的生命周期阶段而有所不同。这种发现对于制定针对性的控制策略具有重要意义，因为它表明不同阶段的海灯鱼可能需要不同的管理措施。

研究还发现，海灯鱼的生存率在湖内阶段存在显著差异。例如，研究团队预测，假设海灯鱼在湖内均匀分布，其在湖内阶段的自然死亡率约为 34%。这一死亡率在不同水道之间也有所不同，其中一些水道的死亡率较高，而另一些则相对较低。这些差异可能与水道的环境条件、水流速度以及个体的生理状态有关。此外，研究还发现，海灯鱼在湖内阶段的扩散行为可能受到多种生态因素的影响，包括水道的物理结构、水流的季节性变化以及生物活动的频率。

为了更好地理解这些因素如何影响海灯鱼的扩散行为，研究团队还进行了模拟实验。通过模拟不同假设下的海灯鱼扩散模式，他们能够评估模型的预测能力，并验证其在实际应用中的有效性。模拟结果显示，模型能够较好地再现实际观测数据，这表明该方法在分析海灯鱼的扩散行为方面具有较高的准确性。此外，模拟还揭示了某些水道在海灯鱼扩散中的关键作用，例如底特律河，它可能是连接 Lake Erie 与 Lake Huron 的重要通道。

研究团队还发现，海灯鱼的扩散行为可能对管理策略产生重要影响。例如，传统的管理框架通常假设每个湖内的海灯鱼种群是均匀混合的，而这一假设可能并不适用于实际的生态情况。如果海灯鱼的扩散受到距离和环境线索的显著影响，那么不同湖内的种群可能表现出不同的动态特征。这种发现意味着，管理机构在制定控制措施时，需要考虑种群的结构和分布特征，而不能简单地将整个湖内的海灯鱼视为一个统一的群体。

此外，研究还强调了声学追踪技术在生态研究中的重要性。该技术能够提供连续的个体活动数据，使得科学家能够更精确地分析种群的动态变化。然而，这种技术的应用仍然面临一些挑战，例如如何处理不规则的检测数据、如何评估模型的准确性以及如何在不同研究场景中优化模型参数。研究团队通过结合连续时间多状态捕捉-再捕捉模型与声学追踪数据，提供了一种新的分析框架，这可能为未来的研究提供重要的方法论支持。

研究结果还表明，海灯鱼的扩散行为可能对湖内的生态系统产生深远影响。例如，如果某些水道的吸引力较高，那么这些水道可能会成为海灯鱼繁殖的主要场所，进而影响整个湖内的种群结构。这种结构的变化可能会对其他物种的生存和繁衍产生连锁反应，尤其是在湖内生态系统的复杂性较高时。因此，理解海灯鱼的扩散模式不仅有助于制定有效的控制措施，还能够为其他物种的管理提供参考。

总的来说，本研究通过结合声学追踪技术和连续时间多状态捕捉-再捕捉模型，对海灯鱼的扩散与生存行为进行了深入分析。研究结果表明，海灯鱼的扩散行为受到多种因素的影响，包括距离限制、水道吸引力以及环境线索。这些发现不仅有助于构建更精确的生态模型，还能够为未来的管理策略提供科学依据。此外，研究还强调了声学追踪技术在生态研究中的重要性，并指出未来的研究需要进一步探索该技术在不同研究场景中的应用潜力。通过这些努力，科学家们希望能够更好地理解和控制这一入侵物种，从而保护五大湖的生态系统。