广播产卵鱼类浮游幼体(0-群)空间数量密度分布遵循普适统计规律及其生态学意义

本研究通过分析巴伦支海1980-2017年六种鱼类0-群幼体的拖网调查数据，揭示了其空间密度分布呈现右偏对数正态分布的共同统计模式。研究发现当按密度降序排列站点时，对数转换后的数据呈现近线性关系，而高密度端存在显著上翘特征，表明物理扩散与游泳集群行为的动态平衡。通过建立渐进模型y=ax/(1+bx)量化发现，14%-42%的年群个体集中在单站最高密度区，50%个体分布于前2-7个站点，为理解海洋鱼类早期生活史的空间生态过程提供了新视角。

　　

ABSTRACT

对动物种群空间丰度数据的统计分布分析可揭示其分布格局的潜在机制。基于巴伦支海1980-2017年标准化拖网调查数据，研究发现六种广播产卵鱼类（大西洋鳕Gadus morhua、黑线鳕Melanogrammus aeglefinus等）的0-群幼体密度呈现4-5个数量级的跨度，线性尺度数据呈右偏态，而对数转换后接近正态分布。站点按密度降序排列时，所有物种均呈现高密度端上翘的共性模式，表明物理扩散与生物集群行为的拮抗作用。

1 Introduction

密度是生态学核心参数，影响从藻类营养吸收到高阶捕食关系的全过程。经典Beverton-Holt和Ricker繁殖模型均隐含密度依赖调节，但早期生活史阶段的密度调控机制仍存争议。研究选取六种生态习性迥异的鱼类（含北极-寒带物种极地鳕Boreogadus saida），其共同点是采用广播式产卵策略，依赖海流完成幼体从产卵场到育幼场的运输。

2 Material and Methods

2.1 采样与处理

采用30-35海里间距的规则网格化采样，使用Harstad中层拖网采集上层60m水柱样本。通过体长特异性捕获效率函数校正后，获得单位面积个体数（ind. nmi^-2）的密度数据。最小检测限为185 ind. nmi^-2，区分表观零密度与真实零密度。

2.3 排序分布统计模式

将年序列数据按密度降序排列后，分析对数转换密度与排序位点的关系。累积分布采用线性尺度，通过渐进模型y=ax/(1+bx)拟合，其逆函数1/y与1/x呈线性。

2.6 理想化2D海洋模型

模拟采用扩散系数D=500 m² s^-1的平流-扩散方程，设置三种情景：纯扩散、扩散+向心游泳（2 cm s^-1）、扩散+中心汇（4000 m² s^-1）。

3 Results

3.1 描述性统计

线性尺度数据极右偏（偏度4.2-6.2），对数转换后趋近正态（偏度0.1-0.6）。极地鳕平均密度最高（3.5×10⁶ ind. nmi^-2），黑线鳕最低（8.0×10⁴）。

3.4 共性排序模式

所有物种在2010-2017年数据中均呈现高密度端上翘的"曲棍球杆"形态（图5），前20站累积占比达73%-96%。渐进模型拟合优度R²>0.99，参数b的倒数1/b反映50%年群聚集的站点数（红鱼仅需1.8站）。

3.7 年群强度估算

密度总和与分层法计算的年群指数高度吻合（R²=0.95-0.99），验证了网格化处理的可靠性。

3.8 模型模拟

纯扩散产生径向对称分布，添加游泳或中心汇后重现高密度端上翘（图10），证实生物行为对聚集的贡献。

4 Discussion

4.2 零密度问题

表观零（<185 ind. nmi^-2）与真实零的过渡区未被采样覆盖，导致低年群强度时分布左截断。

4.3 机制解析

高密度端上翘反映两种拮抗力：
1）物理扩散：通过500 m² s^-1扩散系数实现径向稀释
2）生物聚集：幼体游泳（0.25-0.5 BL s^-1）或涡旋汇聚作用

4.5 应用前景

该统计模式为：

• 量化摄食/被捕食的密度阈值
• 优化调查设计（核心区仅占巴伦支海1%）
• 改进年群评估误差（高密度端变异贡献主要不确定性）

研究开创性地将排序分布统计与物理-生物过程耦合，为理解海洋鱼类种群补充机制提供了新范式。