海洋底栖无脊椎动物采样调查设计的比较研究：系统性与随机化方法在扇贝资源评估中的性能分析

为解决海洋资源调查中采样设计对评估精度的影响问题，研究人员比较了GRTS（广义随机镶嵌分层）、简单随机、分层随机（三种变体）及系统性采样在西北大西洋扇贝（Placopecten magellanicus）光学调查中的性能。通过实证数据与模拟分析，发现所有方法均能保持准确性，但分层随机在小样本区域表现不佳，而系统性采样和GRTS在精度估计上存在局限性。该研究为海洋生物资源调查设计提供了关键方法论参考，成果发表于《Fisheries Research》。

　　

海洋底栖无脊椎动物的资源评估是渔业管理的核心环节，但如何高效分配有限的采样资源始终是难题。扇贝（Placopecten magellanicus）作为西北大西洋的重要经济物种，其聚集性分布和随机性补充特征使得传统采样方法面临严峻挑战。现有调查多采用系统性或随机化设计，但关于不同方法在精度、准确性及适应性上的优劣缺乏系统比较。

美国马萨诸塞大学达特茅斯分校海洋科学与技术学院（SMAST）的研究团队基于长期运行的“落相机调查”（drop camera survey）数据，首次综合比较了六种采样设计：简单随机、三种分层随机变体（基于先验数据、深度/纬度分层）、系统性网格采样及GRTS（广义随机镶嵌分层）。研究结合2017年后的高分辨率光学数据（覆盖2.3?m²视场）与模拟仿真，评估了各方法在扇贝密度估计中的表现。

关键技术包括：1）光学采样系统（数字静态相机与辅助设备）；2）基于GRTS算法的空间平衡采样；3）克里金（kriging）插值法构建密度分布图；4）蒙特卡洛模拟生成真实扇贝分布场景；5）方差分析比较不同设计的统计性能。

实证数据结果

• 系统性采样与简单随机在扇贝密度估计上无显著差异，但前者的置信区间更窄（表3，图3）。
• 分层随机在低样本量区域（如某小型海区）出现明显偏差，反映其对先验数据质量的依赖性。

模拟分析结果

• 所有方法均保持总体准确性，但分层随机变体在空间异质性区域表现不稳定（图1-2）。
• GRTS和系统性采样对真实精度的估计能力较弱，可能与其强制空间平衡特性有关。

讨论与意义
该研究揭示了采样设计与目标物种空间特性的强关联性：

1. 系统性采样适用于动态分布的扇贝种群，其规则网格便于后续地统计学分析；
2. 分层随机的性能高度依赖分层逻辑，在缺乏可靠先验数据时风险显著；
3. GRTS虽能兼顾随机性与空间覆盖，但算法复杂性可能限制其实际应用。

研究团队特别指出，加拿大海域曾通过优化分层设计将评估精度提升28%，而本研究表明系统性设计在美国扇贝调查中的稳定性可能源于其年际补充变异特性。这一发现为全球渔业调查的方法选择提供了实证依据，尤其对具有聚集性分布特征的底栖物种具有普适参考价值。

论文结论强调，没有“放之四海皆准”的最优设计，需结合物种分布模式、采样强度及历史数据质量进行定制化选择。未来研究可进一步探索混合设计（如系统性-GRTS杂交）在资源评估中的潜力。