利用环境与非目标数据验证北长额虾（Pandalus borealis）渔业独立调查

《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》：Using environmental and nontargeted data for the validation of a fishery-independent survey for northern shrimp (Pandalus borealis)

　　

渔业管理依赖于准确的种群评估，通常来源于渔业独立调查。受后勤与资金限制，许多调查在空间上受限，分析人员因此需假设局部采样可代表整体种群。加拿大新斯科舍省的北长额虾（Pandalus borealis）调查即为一例，仅每年对核心区域进行采样。研究人员利用雪蟹（Chionoecetes opilio）调查中收集的虾类数据，基于物种分布模型（Species Distribution Model, SDM）构建指数，并将其趋势与利用虾类调查数据的资源评估产出进行对比。结果表明，雪蟹调查中的虾类数据趋势与虾类资源评估一致，且绝大多数北长额虾分布于这些核心区，可代表整体种群丰度。研究强调，这种聚焦核心区的策略虽能为管理提供准确信息，却可能遗漏与水温变化相关的明显分布范围收缩现象。本研究介绍了利用非目标数据验证其他调查的方法，并为重要经济种的资源评估提供了外部验证。

论文解读：利用环境与非目标数据验证北长额虾（Pandalus borealis）渔业独立调查

一、研究背景与意义

渔业管理需要确保长期可持续性，这依赖于对种群规模与生产力的可靠估计，通常基于渔业依赖数据（如捕捞日志）或渔业独立科学调查数据。后者通过严谨的抽样设计（如分层随机设计）与标准化协议，旨在减少时变偏差，提供更客观的基础。然而，受限于物流与经费，许多渔业独立调查仅覆盖局部的“核心（core）”区域，并默认这些区域能代表整体种群动态。加拿大新斯科舍东岸斯科舍陆架东部（Eastern Scotian Shelf, ESS）的北长额虾（Pandalus borealis）调查即每年仅对4个核心 stratum（13、14、15、17）进行采样。检验这一代表性假设在实践中十分困难，因为核心区外的虾密度数据极为有限。与此同时，北长额虾的分布式、生长、成熟及补充强烈受环境温度影响，偏好0–5 °C底层水温，气候变暖可能引致分布范围向适温区收缩。另一项针对雪蟹（Chionoecetes opilio）的年度科学调查（雪蟹调查）使用改良Nephrops trawl，在更广的空间域（涵盖虾核心区及边缘海岸、远海）执行固定站点采样，常年记录底层水温，并将北长额虾作为兼捕（bycatch）计数。鉴于雪蟹调查具一致protocol与gear，其兼捕数据虽非目标，却在空间覆盖与年际一致性上具备作为外部验证工具的潜力。本研究由《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》发表，旨在通过雪蟹调查的非目标虾数据构建模型化丰度指数，与虾调查驱动的操作性资源评估模型产出比较，以验证核心区调查的代表性，并探测潜在的范围收缩信号。

二、主要关键技术方法

研究人员选取2005–2024年雪蟹调查数据（剔除2020 COVID-19未 Survey及2022部分缺失年份），聚焦于ESS区域。以雪蟹调查固定站点的虾捕获数（多零值）为响应，结合站点深度（D_i）与底层温度（T_i）及空间-时间坐标，拟合6种Delta-负二项（Negative Binomial, NB）广义线性混合模型（Generalized Linear Mixed Model, GLMM），其中最优者为深度-温度时空随机游走（Depth Temperature Spatio-Temporal Random Walk, DT ST-RW）模型：遇见概率与正捕获量分别用二项与截断负二项分量，纳入年固定效应、深度与温度固定系数、Matérn协方差高斯随机场的空间（ω）与时空（α_s,t）效应，时空效应按random walk结构α_s,t=α_s,t?1+ν_t, ν_t～N(0,σ²_ν)演化。模型通过sdmTMB实现，利用INLA-SPDE近似。经AIC、BIC、cAIC及10折交叉验证RMSE、MAE遴选最佳模型后，在6.5×6.5 km网格（仅雪蟹调查域）上预测虾密度r_i=p_i×μ_i/a_i（a_i为扫掠面积），温度以反距离加权插值。基于2000次参数Bootstrap得到网格化丰度与不确定度。进而定义四个指数：Total Index（全调查域）、Shrimp Strata Index（仅虾调查strata格网）、Coast Index（西经61.7°以西近岸）、Sable Index（Sable岛外远海核心域外）。将模拟密度×格网面积加和，与虾资源评估模型（基于虾调查数据的时空延迟-差分模型）预测的总生物质对比。

三、研究结果

Results

所有模型除DT ST-AR均收敛，DT ST-RW综合指标最优。该模型估得：二项分量深度系数0.050(SE=0.003)、温度?0.150(SE=0.056)；正量分量深度0.008(SE=0.001)、温度?0.108(SE=0.037)，印证低温与适中深层促进虾出现与丰度。

预测显示最高虾密度位于雪蟹调查域中部窄深沟壑，与虾调查strata大体重叠；Sable岛北侧曾存次高热点，约2014年后锐减。全区域后期呈普遍下降。

Total Index与Shrimp Strata Index趋势镜像，2009–2010达峰后陡降（2014短暂回升）。两指数年际比例变化几乎一致，但虾strata内占比随时间升近20%。指数下降滞后平均底层升温数年，互相关函数（Cross-Correlation Function, CCF）显示当年低底层温领先高指数3–4年。

Coast Index与Sable Index亦于2010–2011达峰，而后近归零：2012起岸区密度≤1.7 ind./km²，2017起远海≤2.5 ind./km²。岸区底层温多数年偏高，Sable区2022与2014双峰。

Total与Shrimp Strata指数分别同资源评估模型预测生物质强相关（r²=0.81、0.75），差异主要在初期几年评估生物质平稳而指数略升。

四、讨论与结论总结

Discussion

雪蟹调查兼捕指数与操作性资源评估趋势吻合，支持雪蟹gear对虾的选择性与可捕系数虽未知但年际稳定，且核心区秋、春密度趋势一致，为“核心区代表整体”提供外部证据。在物流受限下，核心区年际变动主导种群信号，可继续作为管理焦点。

然而核心区指数未捕捉边际区局地动态：Coast与Sable区虾近乎消失，尤其Sable区曾具可比密度，2014左右崩溃，恰继Gulf of Maine北长额虾崩溃之后，反映分布南缘的范围收缩（range contraction）。收缩与近十年底层升温同步，Sable区后期温超5 °C甚至12 °C历史上限。负温度系数支持高温抑制虾存在与丰度，但CCF显示虾丰度领先低温，生物学不合理，可能为Fall水温非生活史关键期、平均温尺度粗、兼捕可捕/代表不确定性及CCF仅用前15年数据所致。

仅加空间组分已大幅改善性能，说明温度不是唯一因子，食物可得性、捕食、盐度等或更细尺度过程亦需考量，但区域食物基底与捕食定量数据尚缺。

可捕系数与选择性仍未知，比较丰度与生物质存在尺度转换；深度、温度效应线性假设可能平滑真实“虾洞”极高密度，不过这会进一步强化核心区集中趋势。

综上，研究外部验证了ESS北长额虾调查及分层核心区方案适用于追踪种群健康，支撑既有科学建议。同时，兼捕指数首次给出种群分布范围收缩及可能温控关联的证据，气候变暖或加剧此过程。聚焦小域的管理获得效率与准确性，但可能漏失分布边缘变迁。本研究示范了利用适宜的环境与非目标数据，既可支撑资源评估结论，亦能识别其盲点。

五、研究结论部分翻译

讨论核心结论可译为：雪蟹调查兼捕与资源评估产出趋势一致，支持核心区调查代表性；核心区聚焦适合管理但也掩盖了与升温相关的分布范围收缩。非目标数据可为渔业独立调查提供外部验证并补充评估盲区。