基于空间梯度的指标阈值效用：生态系统渔业管理（EBFM）在夏威夷近岸珊瑚礁的应用研究

这篇综述创新性地将空间梯度分析应用于生态系统渔业管理（EBFM），通过梯度森林（gradient forests）和广义加性混合模型（GAMMs）揭示了夏威夷近岸珊瑚礁中6种生态指标与5类环境驱动因子（如波浪强迫、栖息地复杂度）的非线性阈值关系，为多物种渔业管理提供了量化决策依据。

　　

引言：海洋生态管理的范式转变
海洋生态系统的复杂性源于环境变异性和人类活动的双重压力。传统单物种渔业管理难以捕捉生态互作和环境因子的动态影响，而生态系统渔业管理（EBFM）通过整合生态指标与驱动因子的非线性关系，为热带珊瑚礁等多物种渔业系统提供了新思路。夏威夷近岸硬底质海域（0-30米深度）作为研究区域，其环境梯度（如波浪能量、水温）和人类影响梯度（从人口密集的欧胡岛到无人岛礁）为阈值研究提供了理想场景。

方法学创新：多模型框架下的阈值识别
研究采用三阶段分析流程：

1. 数据筛选：聚焦夏威夷珊瑚礁战略优先的10个鱼种（如刺尾鱼¹Ctenochaetus strigosus、鹦嘴鱼²Scarus rubroviolaceus）及其所属科（刺尾鱼科Acanthuridae、舵鱼科Kyphosidae）和功能群（食藻者、食碎屑者），匹配10类环境驱动因子（如波浪异常频率、粗糙度rugosity）。
2. 非线性筛查：梯度森林模型显示6个驱动因子（波浪异常频率、粗糙度等）的R²加权重要性>0.01；GAMMs进一步验证32对指标-驱动因子的非线性关系，其中18对获多模型支持。
3. 阈值界定：通过99%置信区间的二阶导数分析，最终确定9个稳健阈值，如刺尾鱼科在粗糙度8.5-27.6区间呈现显著正阈值响应。

关键发现：环境驱动的生态阈值

• 栖息地复杂度主导：粗糙度对总鱼类生物量（阈值18.9）、刺尾鱼科（8.5）和食碎屑功能群（16.5）均呈现正向阈值，反映复杂生境对资源鱼类的聚集效应。
• 波浪能量的双峰响应：舵鱼科生物量在波浪异常频率0.11（年比例）和最大波浪能100.8 kW/m处达峰值，契合该科偏好高能生境的生态特性。
• 温度敏感带：浏览者功能群在长期平均海温25.61°C处出现负阈值，暗示升温可能抑制其分布。

管理应用：从阈值到决策
研究将粗糙度阈值（>18.9）转化为管理指标，发现各岛达标面积比例与鱼类生物量显著正相关（rho=0.78）。例如无人岛卡霍奥拉韦（Kaho‘olawe）达标面积占比高且生物量丰富，而人口密集的欧胡岛（O‘ahu）两项指标均最低，印证人类活动对阈值效应的干扰。

讨论与展望
本研究创新性地将加州海流生态系统的时序阈值分析方法空间化，但需注意：

1. 当前模型未整合人类驱动因子（如捕捞压力）与环境因子的交互作用；
2. 贝叶斯框架可能提升阈值识别的稳健性；
3. 功能群阈值（如食藻者）与物种水平（刺尾鱼）的响应一致性，支持将科级分类单元作为EBFM的可行指标。

未来需探索多驱动因子耦合模型，并建立阈值预警系统，使EBFM在数据有限的珊瑚礁渔业中实现从理论到实践的跨越。

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¹ 学名更正：原文为Ctenochaetus strigosus
² 学名示例：原文涉及多个鹦嘴鱼物种