齿轮选择对监测波弗特海底鱼类群落的影响

《Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography》：Implications of Gear Selection for Monitoring Benthic Fish Communities in the Beaufort Sea

北极贝aufort海2012-2014年拖网调查显示，不同捕捞工具（海底梁拖网与奥特拖网）对鱼类群落结构、生物量及大小选择性影响显著。西部使用两种海底梁拖网，东部比较海底梁拖网与奥特拖网，发现奥特拖网捕获更大体型鱼类概率更高，且检测概率整体更优，证实工具类型对调查结果影响重大。

　　近年来，随着全球气候模式的变化，特别是北极地区的“北极放大效应”现象日益明显，以及冰盖减少后北极对工业活动的暴露度增加，科学家们对北极海洋生态系统的监测工作变得愈加重要。北极的变暖速度远高于北半球其他地区，这不仅影响了生态系统的结构和功能，也对生物多样性产生了深远的影响。随着人类活动的增加，北极生态系统面临的压力也在上升，因此需要更加系统和全面的监测措施，以评估其健康状况并预测可能的变化趋势。

在北美北极地区，对底栖和近底层鱼类的分布及其栖息地利用的了解仍然有限。相比之下，相邻的亚北极区域，如白令海、北海和亚北极大西洋，由于长期的监测活动，其生态系统的数据更为丰富。白令海和丘奇海已经进行了一定频率和一致性的采样，但贝加尔海（Beaufort Sea）的监测工作则相对较少。尽管过去几十年来，北极地区已经开展了多项拖网调查，包括贝加尔海的部分区域，但这些调查在研究范围和采样设备的使用上存在较大的差异，导致不同研究之间的可比性受到限制。因此，整合不同研究以进行区域性的生态系统评估变得困难。随着气候变化和工业活动对北极海洋生态系统的影响逐渐显现，这些区域性的评估在未来将变得越来越重要。

拖网调查是一种有效的工具，用于监测海洋生态系统中的底栖和底栖性鱼类，这种方法在全球范围内被广泛应用。拖网调查通常使用多种采样设备，而不同类型的拖网设备往往在采样效率和选择性方面存在差异。这些差异可能影响到所采集生物的种类和数量，从而影响对生态系统结构和功能的评估。拖网设备的选择性差异决定了其采样效率，这是通常称为“拖网捕获率”的一个重要组成部分。不同的鱼类可能对同一类型拖网设备的采样效率存在差异，而不同拖网设备之间的效率也各不相同。如果将不同设备的调查结果合并，这些效率差异可能导致对鱼类种群数量的估计出现偏差。然而，如果能够研究和描述不同设备之间的采样效率差异，这些偏差是可以被纠正的。

在世界范围内，已经开展了多项关于不同拖网设备捕获率的比较研究。例如，Fraser等人（2007）利用拖网数据来估算国际底拖网调查（IBTS）中使用的拖网设备的捕获率，而Reid等人（2012）则比较了IBTS拖网设备与一种常用的商业拖网设备的捕获率。在圣劳伦斯湾，Walsh（1984）和Asselin等人（2023）研究了拖网与虾网之间的相对捕获率，而在北海，Walker等人（2017）利用捕获率比值来估算几种商业拖网设备的捕获率。除了这些比较研究，一些与拖网结构相关的变量，如不同的网口（codend）、是否包含逃逸板（escape panel）以及不同的底部拖网装置（footrope）等，也已被研究其对捕获率的影响。

为了更好地理解不同拖网设备在捕获率方面的差异，研究人员在阿拉斯加渔业科学中心（Alaska Fisheries Science Center）开发了一种框架，用于比较不同拖网设备在配对拖网样本中的捕获率特征。这种方法与Walker等人（2017）所采用的类似，使用基于种类、丰度和长度的指标来评估拖网设备的相对效率和选择性。Kotwicki等人（2017）描述了一种通用的方法，用于计算两种拖网设备之间的选择性比值，该比值基于特定种类在不同尺寸下的捕获率。通过这种方法，可以在特定种类的尺寸范围内估算选择性比值，从而确定哪种拖网设备在采集不同尺寸的鱼类时更为高效。选择性比值可以使用多种方法进行估算，包括广义可加混合模型（GAMM）、广义线性混合模型（GLMM）或Beta回归。

在白令海和贝加尔海地区，已经开展了多项配对拖网调查，目的是比较不同拖网设备的性能。其中，2012年至2014年间在贝加尔海进行的两项拖网调查尤为重要。美国与加拿大联合开展的“跨边界鱼类和下层群落项目”（Norcross等人，2017）主要在贝加尔海的西部区域（WBS项目）进行，项目覆盖了从普拉德霍湾以西的151°W到马更些河三角洲附近的136°W的多个站点。在为期两年的项目中，使用两种底栖拖网设备进行了126次成功的拖网作业：一种是3米的高架底栖拖网（BBT），另一种是2.26米的垂直杆底栖拖网（PSBT）。高架底栖拖网的网口为6毫米，而垂直杆底栖拖网的网口为4毫米。两种设备均以1至2节的速度随水流拖行，拖行时间根据底质情况有所不同。

在贝加尔海东部区域，加拿大渔业与海洋部（Fisheries and Oceans Canada）也开展了类似的调查项目，称为“贝加尔海海洋鱼类项目”（EBS项目）。该项目覆盖了从美国与加拿大边境的141°W到维多利亚岛西海岸的约117°W的多个站点，采集的数据流与上述WBS项目相似。在为期两年的项目中，使用了3米的高架底栖拖网和更大尺寸的“大西洋西方IIa”拖网（Otter trawl）进行了134次成功的拖网作业。这些调查项目为研究贝加尔海不同区域的鱼类群落提供了宝贵的数据支持。

本文的研究重点在于比较2012年至2014年间在贝加尔海西部和东部区域进行的两项拖网调查的结果，以及每项调查中使用的两种拖网设备之间的差异。我们的总体目标包括：1）描述贝加尔海西部和东部区域的底栖鱼类群落；2）比较不同拖网设备采集的鱼类种类的多样性和生物量；3）估算每项调查中两种拖网设备之间的尺寸特异性选择性比值；4）估算所有拖网设备的检测函数。这些比较结果可以为未来贝加尔海及其邻近北极区域的拖网调查设计提供参考，同时也能为分析历史调查数据之间的差异提供见解。

在贝加尔海西部区域的调查中，两种拖网设备（BBT和PSBT）在55个站点都成功进行了采样，但只有41个站点记录了采样面积。两种设备的采样面积相近，其中BBT的平均采样面积略大于PSBT。在BBT和PSBT中分别记录了38种和39种不同的鱼类种类。平均单位捕获量（CPUE）在PSBT中略高，但并未达到显著水平（配对t检验，p值未达到显著）。这些结果表明，尽管两种设备在采样面积和捕获种类上有所不同，但它们在总体上对鱼类群落的捕获效率相似。

在贝加尔海东部区域的调查中，使用高架底栖拖网和大西洋西方IIa拖网进行了采样。结果显示，东部区域的鱼类群落以北极鳕为主，占总生物量的很大一部分。相比之下，西部区域的鱼类群落则更加多样化，包括鳐鱼、鳗鱼和其他物种。大西洋西方IIa拖网在尺寸范围内的检测概率显著高于高架底栖拖网，尤其是在捕获较大个体时表现出更高的效率。这一发现表明，不同拖网设备在尺寸选择性和检测概率方面存在显著差异，进而影响对鱼类群落的评估结果。

研究还发现，两种底栖拖网设备在贝加尔海西部区域的尺寸选择性相似。然而，垂直杆底栖拖网在捕获最小个体时的比例更高，且在整个尺寸范围内检测概率也高于高架底栖拖网。这种差异可能与拖网设备的设计有关，例如网口的尺寸、拖网的结构和拖行方式等。而在贝加尔海东部区域，底栖拖网与大西洋西方IIa拖网之间的选择性差异更为显著。底栖拖网在捕获较小个体时的比例更高，而大西洋西方IIa拖网则在捕获较大个体时表现出更高的效率。这一现象可能与拖网设备的捕获范围和拖行深度有关，从而影响到不同尺寸鱼类的捕获率。

这些研究结果表明，拖网调查所得到的生物多样性、生物量和尺寸分布数据，高度依赖于所使用的拖网设备类型。因此，在进行区域性的生态系统评估时，必须考虑到不同设备之间的差异，以确保数据的准确性和可比性。同时，这些结果也为未来拖网调查的设计提供了重要参考，例如如何选择合适的设备以提高对特定鱼类群落的监测效果。

在贝加尔海的调查中，研究人员还关注了不同拖网设备的检测函数。检测函数可以用来估算不同设备在不同尺寸下的捕获效率，从而为鱼类种群的监测和管理提供科学依据。在西部区域，两种底栖拖网设备的检测函数相近，但在东部区域，大西洋西方IIa拖网的检测函数显著优于底栖拖网。这可能意味着，在东部区域，大西洋西方IIa拖网能够更有效地捕获不同尺寸的鱼类，尤其是在较大个体的监测方面表现突出。这种差异可能与拖网设备的结构、拖行方式和网口设计等因素有关。

此外，研究还发现，贝加尔海的鱼类群落主要由底栖和近底层鱼类组成，且这些鱼类个体普遍较小，多在20厘米以下。这一现象可能与贝加尔海的生态环境有关，例如水温、底质类型和食物资源的分布等。同时，研究也指出，大型鳕鱼（>20厘米）在所有拖网设备的捕获中都较为罕见，这可能意味着这些鱼类在贝加尔海的分布较为有限，或者它们的活动模式与拖网设备的采样方式不匹配。

总的来说，本文的研究结果揭示了拖网设备在捕获率、选择性和检测函数方面的差异，以及这些差异如何影响对贝加尔海鱼类群落的评估。这些发现对于理解北极地区鱼类种群的变化趋势、评估不同拖网设备的适用性，以及设计更加科学和有效的监测方案具有重要意义。同时，这些研究也为未来跨边界生态系统的综合评估提供了理论基础和实践经验。