《SCIENCE ADVANCES》：Abrupt declines in fish productivity often precede stock collapses in marine fisheries
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海洋生物正承受着多重压力，包括气候变化与过度捕捞，这些压力可能威胁渔业的可持续性，尤其是当其导致鱼类生产力发生大规模、急剧且持久的转变时。关于海洋系统急剧转变的报道并不罕见，但对其发生频率及驱动因素的全球性评估严重缺乏。本研究系统分类了全球机构评估渔业中鱼类种
海洋生物正承受着多重压力，包括气候变化与过度捕捞，这些压力可能威胁渔业的可持续性，尤其是当其导致鱼类生产力发生大规模、急剧且持久的转变时。关于海洋系统急剧转变的报道并不罕见，但对其发生频率及驱动因素的全球性评估严重缺乏。本研究系统分类了全球机构评估渔业中鱼类种群生产力的时间动态。在分析的315个鱼类种群中，超过四分之一检测到生产力急剧转变。急剧下降在升温速率最高的海洋区域显著过度呈现，而急剧上升则更可能出现在捕捞强度较低的情形下。研究还证明，在发生转变的种群中，约四分之一的种群其生产力急剧下降先于种群崩溃约十年。总体而言，本研究结果强调了考虑生产力急剧转变对于预防变暖海洋中鱼类种群崩溃风险日益增加的重要性。
**论文解读：全球海洋鱼类生产力急剧转变的普遍性、驱动因素及其与种群崩溃的关联**
**一、 研究背景与科学问题**
海洋生态系统正面临气候变化与过度捕捞等多重人为压力，这严重威胁着海洋物种的可持续性，并波及依赖渔业资源的粮食安全与沿海地区经济。尽管部分管理策略取得成效，但过度开发与种群崩溃仍是重大威胁，且气候变化的背景下，渔业可持续性的改善能否维持尚无保障。渔业管理面临的一个核心挑战是如何避免被捕捞种群发生急剧、高振幅且持久的变动，这类现象常被称为“体制转移”（regime shift）。尽管此类事件在渔业中早有记录，但尚未被广泛纳入资源评估与管理框架。正式定义的体制转移通常涉及从鱼类到浮游植物等多个营养级的同步变化，或群落组成的永久性改变。虽然种群层面的急剧变化不等同于生态系统体制转移，但常被视为潜在体制转移的标志。然而，除少数著名案例外，全球渔业中体制转移的发生率及其驱动因素仍缺乏系统的量化理解。
当前将体制转移纳入渔业管理存在两大障碍：其一，体制转移的检测方法常依赖于单一的断点检测算法，缺乏与非突变模型的对比，降低了结论的可靠性；其二，资源评估模型通常忽略可能引发体制转移的机制与反馈。此外，衡量管理策略可持续性的标准仍多依赖于固定的生物学参考点（如最低生物量或最大捕捞死亡率），难以应对动态变化。值得注意的是，生产力（productivity）的急剧转变并不必然导致种群崩溃，但两者之间的关系尚未被系统探索。同时，气候与捕捞对种群崩溃的相对贡献仅在少数数据丰富的种群中有所研究，缺乏全球尺度的综合评估。因此，亟需对全球鱼类种群生产力急剧转变的发生率、驱动因素及其与种群崩溃的潜在联系进行全面评估，以填补这一关键认知空白。
**二、 研究技术与方法概述**
研究人员利用RAM Legacy Stock Assessment Database（RAMLDB v4.61）数据库，获取了全球315个海洋鱼类种群的渔获量与生物量时间序列数据，并据此估算生产力（即剩余产量，surplus production）。为系统分类生产力时间序列的轨迹形态，研究人员采用了基于模型拟合的信息准则（AICc）比较方法，将轨迹划分为无变化、线性、二次和急剧变化四种类型，并辅以独立的断点检测方法（asdetect）对急剧轨迹进行验证。研究还整合了物种生活史特征（来自FishLife数据库）、环境变量〔海表温度（sea surface temperature, SST），来自HadISST1数据集〕和捕捞强度〔开发率（exploitation rate, ER），即渔获量与生物量之比〕等潜在驱动因素，运用广义加性混合模型（generalized additive mixed model, GAMM）和分层分区（hierarchical partitioning）方法分析急剧转变的驱动因子。种群崩溃被定义为生物量低于历史平均生物量的25%。此外，研究还利用大海洋生态系统（Large Marine Ecosystem, LME）尺度分析了升温速率与急剧下降及种群崩溃比例的关系。
**三、 主要研究结果**
**PAS普遍性与分布**
通过对315个鱼类种群生产力时间序列（1950-2020年）的系统分类，研究发现超过四分之一的种群（25.7%，N=81）经历了生产力急剧转变（productivity abrupt shift, PAS），其中负向PAS（13.3%，N=42）与正向PAS（12.4%，N=39）比例大致相当。空间分布上，不同FAO主要渔区之间各类轨迹的比例无显著差异，但转变方向存在显著不均衡性，例如西北大西洋和西北太平洋区域负向PAS比例较高，而西南太平洋正向PAS比例最高。在分类群层面，不同目之间的PAS比例存在显著差异，如鲈形目（Perciformes）正向PAS比例较高，而鲱形目（Clupeiformes）负向PAS比例较高。时间分布上，正向PAS从1960年代至2010年代均有发生，而负向PAS在1980年代出现聚集现象。
**PAS驱动因素**
通过GAMM模型分析，研究人员发现负向与正向PAS的驱动因素存在差异。负向PAS主要受环境条件影响，其发生与转变前海表温度上升趋势显著相关（比值比=1.75），表明快速升温区域更容易出现生产力急剧下降。正向PAS则主要受捕捞强度和生活史特征影响，与开发率上升趋势显著相关（比值比=2.95），并与较低的海表温度趋势及较高的性成熟年龄有一定关联。分层分区分析确认了上述关键预测因子。然而，模型仅解释了总方差的17-21%，表明还有许多未捕获的因素在起作用。
**PAS与种群崩溃的关系**
研究结果显示，并非所有负向PAS都会导致种群崩溃（42个负向PAS种群中仅11个，占26%）。但崩溃种群中负向PAS的比例（23%）显著高于未崩溃种群（12%）。崩溃种群经历的负向PAS幅度通常更大。时间上，大多数负向PAS发生在种群崩溃前4至12年。在LME尺度上，负向PAS比例与升温速率呈显著正相关，负向PAS比例与崩溃种群比例也呈显著正相关，但升温速率与崩溃种群比例之间的关系仅为边缘显著。
**四、 讨论与结论**
研究讨论指出，所识别的PAS与整个生态系统的体制转移有所区别，但可能与之相关。研究发现的PAS发生率（25.7%）低于先前研究，这得益于采用了更严格的分类确认步骤，以避免过度拟合。在驱动因素方面，海表温度趋势是解释负向PAS发生的最佳变量，但模型的解释力有限，提示存在其他特定驱动因素和情境依赖效应。在管理方面，研究发现负向PAS常领先于种群崩溃数年，这为管理者采取预防措施提供了一个关键的时间窗口。将PAS作为预警信号纳入收获控制规则，可能有助于实现更早和更具适应性的管理响应，从而在变暖海洋中提升渔业的可持续性。
研究结论：全球超过四分之一的鱼类种群经历过生产力急剧转变，其中负向转变在快速升温区域显著过度呈现，并往往先于种群崩溃约十年发生。该结果表明，在气候变化背景下，传统的基于崩溃阈值的管理参考点可能不足以及时应对风险，将生产力急剧转变监测纳入渔业管理框架，是预防种群崩溃、保障渔业可持续发展的关键。
