日本濑户内海东部环境营养盐减少对西侧玉筋鱼种群动态响应的建模研究

针对濑户内海富营养化下降导致玉筋鱼资源锐减问题，研究人员构建了耦合拉格朗日个体模型、欧拉水动力模型与低营养级生态模型的综合系统，模拟了不同营养盐与温度情景下玉筋鱼生活史动态。结果表明提升水体营养盐水平对恢复种群补充量效果显著，温度影响次之，为封闭海域渔业资源管理提供了量化依据。

　　

濑户内海——这个被誉为日本"地中海"的半封闭海域，正面临着一场无声的生态危机。近年来，随着陆源营养盐输入持续减少，海域富营养化水平不断降低，曾经丰富的海藻和玉筋鱼(Ammodytes japonicus)资源急剧衰退。以濑户内海东部的播磨滩为例，玉筋鱼年捕捞量从上世纪90年代的3万吨暴跌至2017年后的不足2000吨，这种小型鱼类作为重要渔业资源和经济链基础，其衰退直接威胁着当地渔民生计。更令人担忧的是，长期监测数据显示水体溶解无机氮(DIN)浓度与玉筋鱼胃含物指数同步下降，而水温却逐年上升，暗示着环境变化与资源衰退间存在复杂关联。

为破解这一生态谜题，日本研究人员开发了一套创新的建模系统。该研究通过耦合三维拉格朗日个体模型(Lagrangian individual-based model)、欧拉水动力模型(Eulerian hydrodynamic model)和低营养级生态系统模型(lower-trophic ecosystem model)，首次实现了从营养盐-浮游生物-玉筋鱼的完整物质循环模拟。研究团队选取2014-2016年（玉筋鱼捕捞量从1万吨锐减至2000吨的关键期）进行模型验证后，设计系列情景模拟分析了不同营养盐水平和水温条件下玉筋鱼生活史动态响应。

关键技术方法包括：1) 构建个体发育模型，划分玉筋鱼6个发育阶段（卵黄囊幼体2-4mm至成体>100mm）；2) 耦合水动力模型再现播磨滩潮汐流场，特别是明石海峡东西分流效应；3) 生态系统模型量化DIN-浮游植物-浮游动物营养级联；4) 设计营养盐梯度实验（50%-150%历史水平）与温度变化（±2°C）情景。

【个体发育拉格朗日种群动态模型】
模型精确模拟了玉筋鱼从12月产卵到次年补充完成的完整生活史：沙床产卵→10天孵化→幼体被动漂流→10天后获得游泳能力（10-30m水层）→3月成为渔业目标（30-50mm幼体）→夏季发育至成体→7月水温>20°C时夏眠→12月水温<13°C苏醒产卵。通过量化各阶段摄食率、生长率和死亡率，揭示了营养盐减少导致浮游生物量下降，使幼体胃含物指数降低35%，直接制约种群补充。

【水动力场验证】
模型成功再现了明石海峡东西向分流特征，验证数据显示幼体向东（大阪湾）和向西（播磨滩）的分布比例与实测吻合度达82%。潮汐流对早期被动扩散阶段的分布格局起决定性作用，这解释了主要产卵场（播磨滩东部）营养条件对整体资源量的关键影响。

【玉筋鱼种群响应对比实验】
情景模拟显示：将DIN恢复至1990s水平可使补充量提升210%，显著优于温度调节（±2°C仅引起15%波动）。空间分析表明，针对性提升播磨滩东部产卵场营养盐浓度，能使幼体存活率提高3倍，这与其作为主要浮游生物繁殖区的位置特征相符。

该研究首次量化证明了环境营养盐减少是濑户内海玉筋鱼资源衰退的主控因素，温度上升影响相对次要。模型预测恢复历史营养水平可望使年捕捞量回升至1.5万吨级，为制定靶向营养盐管理策略提供了科学依据。更深远的意义在于，建立的耦合模型框架为其他封闭海域的"富营养化-渔业响应"研究提供了范式，尤其对东亚类似生态系统（如渤海、东京湾）的资源恢复具有重要参考价值。研究结果发表在《Journal of Marine Systems》，为全球富营养化逆转背景下的渔业资源管理敲响了警钟。