北海底层鱼类种群生产力时变特征与参考点动态评估研究

这篇综述创新性地构建了连续时间随机剩余产量模型(SPM)框架，系统评估了北海7种经济性底层鱼类种群的内在增长率(r)和环境容纳量(K)的时变规律。研究通过半系统文献综述揭示了时变参数模型在渔业管理中的应用现状，采用模拟实验验证了协变参数模型(PKRM/LKRM)在估算精度上的优势，并结合环境因子解析了生产力衰退与海底温度/盐度的非线性关联。该研究为动态参考点(MSYt/BMSY,t)估算提供了无协变量方法，对气候变化背景下的适应性渔业管理具有重要指导价值。

　　

文献综述与研究方法

通过系统性检索Web of Science核心合集，筛选出38篇符合标准的文献，揭示时变生产力建模主要采用三种方式：时变参数的补充群体模型(16篇)、剩余产量模型(10篇)和年龄/体长结构模型(9篇)。其中Ricker模型最常用，68%的研究显示时变模型优于常数模型，58%的种群呈现生产力长期下降趋势。研究创新性地开发了六种SPM变体：常数模型(CM)、时变r模型(RM)、时变K模型(KM)、比例协变模型(PKRM)、幂律关联模型(LKRM)和独立时变模型(IKRM)，通过Ornstein-Uhlenbeck过程描述参数动态。

模型性能验证

模拟实验显示当时变模型与数据生成模型匹配时，参考点估计误差低于5%。特别值得注意的是，PKRM和LKRM在跨模型测试中表现稳健，平均绝对百分比误差(MAPE)控制在15%以内。当应用于北海鳕鱼等7个种群时，时变模型的AIC_c值显著低于常数模型(ΔAIC_c达36-76)，其中RM对圆鳍鱼类(鳕鱼/黑线鳕)、PKRM对鲽形目鱼类表现最优。模型残差分析证实，常数模型存在显著自相关(p<0.05)，而时变模型有效消除了时间序列依赖性。

生产力时变规律

北海圆鳍鱼类展现出明显的长期衰退趋势：鳕鱼内在增长率(r_t)在过去40年下降68%，黑线鳕环境容纳量(K_t)降低60%，对应最大净生产力(MSY_t)平均下降56%。这种衰退与海底温度呈显著负相关(R²=0.33-0.59)，温度每升高1°C导致生产力下降17-56%。鲽形目鱼类则呈现高频波动特征，平均逆转速率(κ)比圆鳍鱼类快75%，表明其对环境变化响应更迅速。幂律关联模型(LKRM)揭示r与K存在次比例关系(β=0.5-0.8)，验证了MacCall盆地理论预测的栖息地选择机制。

管理启示与创新

研究突破性地实现了参考点动态重建：鳕鱼的B_MSY,t从1970s的48万吨降至2021年的11万吨，同期F_MSY,t从0.36降至0.22。与传统年龄结构模型(EqSim)相比，时变模型对圆鳍鱼类给出更保守的管理建议，如黑线鳕的F/F_MSY估计值(0.27)比常规评估低63%。提出的协变参数框架能同时捕捉密度制约(如生长补偿效应)和环境驱动变化，为《欧盟共同渔业政策》的生态系统方法提供了量化工具。

局限与发展方向

当前模型尚未解决渔业选择性的时变影响，且已知生物量模型(KBPM)未考虑评估输出的协方差结构。未来研究需整合年龄结构信息，开发能同时处理参数时变性和数据不确定性的贝叶斯层次模型。值得注意的是，当生产力波动呈现平稳特征(如鲽鱼)时，简单常数模型仍具优势，说明模型选择应基于生态系统动态特征。

生态学意义

时变参数轨迹与环境因子的强关联性(如鳕鱼生产力与盐度正相关r=0.71)证实了气候驱动的栖息地改变是北海鱼类衰退的主因。研究首次在种群水平验证了"基础-海岸线"理论：当种群密度降低时，鱼类收缩至高产核心栖息地，导致观测到的r与K协同下降。这一发现为理解气候变暖下的种群崩溃机制提供了新视角，如2010年后北海鳕鱼的持续低补充量现象。

该研究通过创新性地将随机过程理论与传统渔业模型结合，为动态参考点估算建立了方法论框架，其开发的SPiCT模型扩展包已被国际海洋勘探理事会(ICES)采纳为正式评估工具。研究强调在持续环境变化下，渔业管理需从静态基准转向适应性策略，这对实现联合国可持续发展目标(SDG14)具有重要实践意义。