南印度洋深海软骨鱼类脆弱性评估结果对预测分布数据源选择的敏感性分析

《Fisheries Research》：Sensitivity of assessment outcomes to predicted distributions of vulnerable deepwater chondrichthyan species in the Southern Indian Ocean

　　

摘要专业翻译 商业捕捞对深海软骨鱼类（主要分布深度大于200米的鲨鱼、鳐类和银鲛类）种群的威胁目前认知甚少，尤其是在国家管辖范围以外的区域。生态风险评估（Ecological Risk Assessment, ERA）工具，如渔业效应可持续性评估（Sustainability Assessment for Fishing Effects, SAFE），在数据有限的情况下可用于识别可能易受捕捞致死影响的种群。本研究评估了SAFE方法中可用性属性（即物种分布与捕捞努力量之间的水平重叠）对底层分布制图数据源选择的敏感性。研究比较了南印度洋渔业协定（Southern Indian Ocean Fisheries Agreement, SIOFA）区域内93种深海软骨鱼类在底拖网、中层拖网和底延绳钓三种渔具下的脆弱性分类，使用了三种成熟的物种分布制图数据源：AquaMaps、FAO GeoNetwork和IUCN红色名录（IUCN Red List），以可获得数据为准。研究发现，制图数据源的选择对三种渔具下的SAFE脆弱性分类均产生影响，其中IUCN红色名录识别出更多高或极高脆弱性物种。研究还发现，IUCN红色名录和FAO GeoNetwork所描绘的物种分布更为空间受限，因此其可用性高于AquaMaps。此外，所有制图数据源的预测物种分布与已知历史渔获数据区域之间的重叠可忽略不计，表明区域渔获数据并未被常规纳入现有分布图中。这些发现强调了在进行生态风险评估时考虑这些制图数据源预测分布适当性的重要性，并对后续渔业管理具有潜在影响。

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一、研究背景与问题

商业捕捞作业对非目标物种或兼捕物种的影响往往缺乏充分了解，尤其是在缺乏详细渔业渔获和努力量数据以及生物学信息的物种和区域。深海软骨鱼类（主要分布深度大于200米的鲨鱼、鳐类和银鲛类）由于繁殖力低、生长缓慢、性成熟晚和寿命长等生活史特征，其种群一旦被消耗便难以恢复，因此对过度捕捞尤为脆弱。在数据有限的环境下，生态风险评估（Ecological Risk Assessment, ERA）工具被广泛用于评估这些物种的潜在脆弱性。

渔业效应可持续性评估（Sustainability Assessment for Fishing Effects, SAFE）是一种定量ERA工具，适用于在数据有限且需要快速评估大量物种时识别可能易受捕捞致死影响的物种。SAFE方法通过计算四个条件易感性组分来估算年瞬时捕捞死亡率（F），其中包括可用性（物种分布与各渔具努力量足迹的水平重叠）、遭遇性（渔具深度与物种深度分布的重叠）、选择性（基于体型和行为的捕获概率）和捕获后存活率（PCS）。其中，可用性属性是SAFE方法估算物种捕捞死亡率的关键组成部分，其准确性依赖于两个主要假设：物种分布信息的准确性和鱼类密度在其水平分布范围内的均匀性。然而，在缺乏渔业独立调查、观察员计划或卫星标记计划的数据有限环境中，科学家和管理者往往需要从在线数据源获取分布图来确定物种与捕捞努力量的水平重叠。

目前全球范围内广泛使用的海洋物种分布预测数据源包括AquaMaps、IUCN红色名录和FAO GeoNetwork。AquaMaps基于环境生态位包络模型，利用温度、深度和盐度等变量预测物种在其预测范围内的相对出现概率；IUCN红色名录采用专家方法预测物种的分布范围；FAO GeoNetwork则结合FAO物种目录中的地理分布和栖息地描述生成存在-不存在地图。尽管这些数据源已被广泛使用，但很少有研究直接比较和评估所选数据集的局限性和可靠性。Georgeson等人（2020）曾在SIOFA区域对101种深海软骨鱼类进行PSA和SAFE分析时使用了IUCN红色名录和FAO GeoNetwork的分布数据，并注意到不同数据源之间的空间分布存在显著差异，但定量检验这种差异超出了该研究的范围。

基于此，本研究旨在定量检验制图数据源的选择（即AquaMaps、FAO GeoNetwork和IUCN红色名录）在多大程度上影响SAFE方法中的可用性属性，进而影响物种脆弱性评估结果，并将预测物种分布与历史SIOFA渔获数据进行比较以验证SAFE结果。

二、研究内容与主要结论

本研究对SIOFA区域内93种深海软骨鱼类应用了SAFE工具，使用2015至2019年最新的生物学和捕捞努力量数据，评估了三种渔具类型（底拖网、中层拖网和底延绳钓）下的物种脆弱性。研究发现，制图数据源的选择对三种渔具下的SAFE脆弱性分类均产生显著影响，其中IUCN红色名录识别出更多高或极高脆弱性物种。IUCN红色名录和FAO GeoNetwork所描绘的物种分布更为空间受限，因此可用性高于AquaMaps。此外，所有制图数据源的预测物种分布与已知历史渔获数据区域之间的重叠可忽略不计，表明区域渔获数据并未被常规纳入现有分布图中。这些发现强调了在进行生态风险评估时考虑制图数据源预测分布适当性的重要性，对后续渔业管理具有潜在影响。

三、主要技术方法

本研究采用的主要技术方法包括：其一，SAFE定量评估框架，通过计算可用性、遭遇性、选择性和捕获后存活率四个易感性组分的乘积估算开发率（U），再转换为瞬时捕捞死亡率（F），并与基于生活史的F参考点进行比较以判断是否发生过度捕捞；其二，三种物种分布制图数据源的获取与处理，包括从IUCN红色名录和FAO GeoNetwork下载的Esri shapefile多边形数据以及从AquaMaps下载的0.5°×0.5°网格中心点数据，所有数据均投影到Albers投影以精确测量面积；其三，零一膨胀Beta广义线性混合模型（Beta GLMM），用于评估73种可从全部三个数据源获取分布数据的物种的可用性对制图数据源选择的敏感性；其四，SIOFA秘书处提供的2015至2019年六个成员国的捕捞努力量数据，以20分钟网格分辨率提供并映射到0.1度网格进行分析。

四、研究结果

4.1 制图数据源对SAFE脆弱性分类的影响

研究比较了93种深海软骨鱼类在三种渔具和三种制图数据源下的SAFE脆弱性分类结果。在18种被识别为高和/或极高脆弱性的物种中，不同制图数据源产生了不同的脆弱性分类结果。IUCN红色名录识别出更多高或极高脆弱性物种，而AquaMaps识别的脆弱性物种数量相对较少。这表明制图数据源的选择会直接影响SAFE评估的脆弱性分类结果，进而影响管理决策。

4.2 不同制图数据源的可用性差异

通过Beta GLMM模型分析发现，IUCN红色名录和FAO GeoNetwork所描绘的物种分布更为空间受限，因此可用性高于AquaMaps。这意味着使用IUCN红色名录或FAO GeoNetwork数据时，物种分布与捕捞努力量的水平重叠更大，导致评估的脆弱性更高。AquaMaps由于采用环境生态位模型，预测的分布范围通常更广，因此相对重叠减少，脆弱性评估结果相对较低。

4.3 预测分布与历史渔获数据的比较

研究将三种制图数据源的预测物种分布与SIOFA区域的历史渔获数据进行了比较，发现两者之间的重叠可忽略不计。这一结果表明，现有的物种分布图并未常规纳入区域渔业管理组织的渔获历史数据，研究人员在进行生态风险评估时应注意这一局限性。

五、讨论与结论

本研究的讨论部分强调了制图数据源选择在生态风险评估中的重要性。不同制图数据源基于不同的方法论和假设，导致预测分布存在显著差异，进而影响脆弱性评估结果。IUCN红色名录基于专家知识的分布范围多边形，FAO GeoNetwork基于FAO物种目录的GIS方法，而AquaMaps基于环境生态位模型，三种方法各有优势和局限。研究建议研究人员在进行生态风险评估时，应仔细考虑所选制图数据源对评估结果的潜在影响，并尽可能使用多种数据源进行比较分析。

研究结论指出，制图数据源的选择对SAFE脆弱性分类结果具有显著影响，IUCN红色名录和FAO GeoNetwork的分布更为空间受限，因此可用性更高。同时，现有分布图与历史渔获数据的重叠可忽略不计，表明区域渔获数据未纳入分布图中。这些发现为研究人员和资源管理者提供了重要指导，强调在进行任何生态风险评估时都应考虑各种可用制图数据源预测分布的适当性。