基于Tweedie-GAM模型研究海州湾小黄鱼资源丰度与栖息环境的关系

本研究根据2011年及2013—2016年春季和秋季在海州湾及其邻近海域进行的底拖网调查数据,结合同步采集的底层海水温度、底层海水盐度、水深、底质类型,以及脊腹褐虾(Crangon affinis)、细螯虾(Leptochela gracilis)、鳀(Engraulis japonicus)、赤鼻棱鳀(Thrissa kammalensis)等小黄鱼(Larimichthys polyactis)主要饵料生物的资源丰度数据,采用条件数κ和方差膨胀因子(VIF)度量多重共线性的程度,选取关键环境因子,再应用基于Tweedie分布的广义可加模型(GAM)研究不同季节和不同生长阶段的小黄鱼资源丰度与环境因子的关系。多重共线性的检验表明,所有初始变量之间没有显著的多重共线性,均可作为解释变量代入模型。结果表明:不同季节和生长阶段,影响小黄鱼资源分布的主要因子及其偏差解释率各不相同,各变量所对应的适宜范围也不同。例如:影响春季小黄鱼幼体资源分布的主要因子有底层海水温度、底层海水盐度、水深和脊腹褐虾的分布,其中偏差解释率最大的因子为水深(16.09%);而影响春季成体资源分布的因子为底层海水温度、底层海水盐度、水深及脊腹褐虾和鳀的分布,其中偏差解释率最大的因子为底层海水盐度(13.56%)。本研究表明,海州湾及其邻近海域不同季节和不同生长阶段小黄鱼的资源分布与其自身的生态习性、海洋环境以及饵料生物的分布密切相关。     

生物和非生物因子对秋季海州湾长蛇鲻栖息地适宜性的影响

根据2011年和2013?2018年秋季在海州湾及邻近海域进行的底拖网调查数据,结合同步采集的底层水温、底层盐度、水深、资源密度、饵料生物等生物和非生物因子数据,开展长蛇鲻(Saurida elongata)栖息地适宜性的相关研究。利用提升回归树(Boosted Regression Tree, BRT)模型确定各环境因子的权重,分别采用算术平均法和几何平均法建立栖息地适宜性指数(Habitat Suitability Index, HSI)模型,并通过交叉验证确定最优模型。结果表明:海州湾长蛇鲻在秋季最适宜栖息的底层水温范围为17.5～18℃,最适底层盐度范围为31.3～32.0,最适水深范围为24～37 m;选择其3种主要饵料生物作为生物因子,即枪乌贼(Loligo spp.)、戴氏赤虾(Metapenaeopsis dalei)和六丝钝尾鰕虎鱼(Amblychaeturichthys hexanema),与底层水温、底层盐度和水深共同作为影响因子建立HSI模型。结果显示,对长蛇鲻空间分布总偏差贡献率最高的是饵料因子,其次是水深和底层水温。通过交叉验证发现,运用算术平均算法,且赋予权重的HSI模型具有较低的赤池信息准则值(Akaike Information Criterion, AIC)。研究发现,海州湾秋季长蛇鲻的最适栖息地(HSI≥0.7)主要分布在34.5°～36°N,119°～121°E之间,其中35°～36°N海域的最适栖息地分布范围大,而且从近岸至远海,HSI指数有增加的趋势。     

基于GAM和GWR模型分析环境因子对鱼类分布的影响

多鳞鱚（Sillago sihama）是山东近海重要的渔业种类之一。本研究根据2016年秋季（10月）在山东近海开展渔业资源底拖网调查取得的数据,分析该海域多鳞鱚的空间分布特征,并运用广义可加模型（GAM）和地理加权回归（GWR）模型探究影响其分布的因素及其与环境因子的非线性和空间非平稳性关系。GAM拟合结果显示,影响秋季多鳞鱚分布的环境因子主要有水深、底层水温和底层盐度,水深的偏差解释率最大,为23.50%。GWR模型拟合结果显示,多鳞鱚分布与水深和底层水温之间存在空间非平稳性关系。水深与多鳞鱚相对资源量呈负相关关系,底层水温与多鳞鱚相对资源量呈正相关关系。赤池信息准则和决定系数（R2）指标对比结果显示,GWR模型的表现优于GAM,在渔业生态数据分析中表现出较好的发展潜力。本研究为今后开展渔业生物空间分布提供了一种新的方法。     

两种GAM模型对海州湾短吻红舌鳎（Cynoglossus joyneri）资源分布预测效果的比较研究

根据2011年及2013?2018年春、秋两季在海州湾及其邻近海域进行的底拖网调查数据,研究该海域短吻红舌鳎(Cynoglossus joyneri)的资源分布特征及其受环境因子和饵料生物的影响,并比较了两种模型(普通GAM模型和PCA-GAM模型)对其资源分布的预测效果,采用交叉验证的方法对模型的预测能力及拟合效果进行评价。结果显示:PCA-GAM模型的拟合度及预测效果均优于普通GAM模型。春、秋两季海州湾短吻红舌鳎资源丰度均呈现南高北低、近岸浅水区大于深水区的分布特征,因为海州湾南部近岸海域较高的水温利于春、秋季短吻红舌鳎产卵群体性腺发育,较低的盐度利于其鱼卵及仔鱼的生长发育,同时,近岸海域丰富的饵料资源为产卵后的亲体提供大量食物供给。分别应用两种模型预测了2018年春季和秋季短吻红舌鳎在海州湾的资源分布,结果显示,PCA-GAM模型的预测值与实际调查的结果更为吻合,预测效果要优于普通GAM模型。本研究为今后开展渔业生物空间分布的研究提供了一种新的方法。     

海州湾秋季细条天竺鲷栖息地适宜性研究

基于2011年和2013—2018年秋季在海州湾海域进行的底拖网调查数据,结合同步采集的底层水温、底层盐度、水深、底质类型等环境数据,研究了该海域细条天竺鲷(Apogon lineatus)的空间分布特征和栖息地适宜性。利用提升回归树(BRT)确定各环境因子的权重,分别采用几何平均法(GMM)和算术平均法(AMM)构建栖息地适宜性指数(HSI)模型,并通过交叉验证确定最优模型。研究表明,海州湾秋季细条天竺鲷最适栖息的水深为19.0～37.5 m,盐度为31.4～32.0,水温为22.8～27.0℃,最适底质类型为粉砂质砂,其最适栖息地的分布范围在34.4°N—36.0°N、119.7°E—121.5°E海域。本研究发现,海州湾细条天竺鲷最适栖息地的分布与其自身生态习性、外界环境密切相关,其中对其栖息地适宜性影响最大的因子是水深,其权重为49.62%,其次是底层水温(22.67%)、底层盐度(15.76%)和底质类型(11.95%)。通过交叉验证发现,基于GMM算法且赋予权重的HSI模型具有较低的赤池信息准则(AIC),是最优的模型。本研究为海州湾细条天竺鲷资源的保护和合理利用提供了科学依据。     

海州湾春季皮氏叫姑鱼栖息地适宜性研究

根据2011年及2013-2015年春季在海州湾及其邻近海域进行的底拖网调查数据,结合同步采集的底层水温、底层盐度、水深以及资源密度等数据,开展皮氏叫姑鱼（Johnius belangerii）栖息地适宜性的相关研究。利用提升回归树（boosted regression tree,BRT）模型确定各环境因子的权重,分别采用算术平均法（AMM）和几何平均法（GMM）建立栖息地适宜性指数（habitat suitability index,HSI）模型,并通过交叉验证确定最优模型。结果表明,皮氏叫姑鱼幼体最适栖息的底层水温为17.4~18.0℃,底层盐度为29.2~30.8,水深为7 m以浅;成体最适栖息的底层水温为17.3~18.0℃,底层盐度为28.8~30.8,水深为12 m以浅。根据BRT模型的输出结果显示,对皮氏叫姑鱼幼体总偏差贡献率最大的是水深,其次是底层盐度和底层水温;对成体总偏差贡献率最大的是底层水温,其次是水深和底层盐度。通过交叉验证发现,无论幼体还是成体,运用GMM算法,且赋予权重的HSI模型具有较低的赤池信息准则值（akaike information criterion,AIC）。海州湾春季皮氏叫姑鱼的最适栖息地随生长阶段而变化,幼体的最适栖息地（HSI ≥ 0.7）主要分布在7 m等深线以浅的山东、江苏沿岸海域;成体的最适栖息主要分布于12 m等深线以浅的海域。海州湾春季皮氏叫姑鱼幼体和成体最适栖息地的空间分布与其自身的生态习性、外界环境因子以及黄海冷水团、近岸沿岸流等因素密切相关。     

海州湾及邻近海域大泷六线鱼的生长、死亡和最适开捕体长研究

根据2011年海州湾及邻近海域的底拖网调查资料,对大泷六线鱼(Hexagrammos otakii)的群体结构、体长-体重关系、生长、死亡和资源利用状况进行初步研究。结果表明:大泷六线鱼渔获群体体长范围为44~292mm,优势体长组为54~74mm,平均体长为88mm;体重范围为0.35~574.3g,优势体重组为10g,平均体重为17.94g;体长-体重关系为W=4.23×10-6 L3.31(R2=0.978 6,n=1 514)。应用FiSATⅡ软件中的ELEFANⅠ方法估算的von Bertalanffy生长方程参数L∞、K和t0分别为328mm、0.36a-1和-0.43a;应用FiSAT软件中变换体长渔获曲线法求得总死亡系数Z为2.06,自然死亡系数M和捕捞死亡系数F分别为0.62和1.44,开发率E为0.70。Beverton-Holt单位补充量渔获量模型分析表明,在现行捕捞死亡系数F=1.44、YW/R取最大值时对应的开捕年龄为1.83a。现阶段大泷六线鱼资源已处于过度开发状态,考虑拐点年龄、临界年龄、繁殖和经济效益等综合因素,建议将海州湾大泷六线鱼最适开捕规格定为体长191mm。     

基于物种分布模型分析环境因子对海州湾偶见种资源分布的影响

偶见种易受环境变化和人类活动等外界威胁,在生物多样性保护中具有重要参考价值,但由于其数据量较少、分析困难,目前对分布特征的研究较少,其分布与环境因子的关系尚待探究。本研究基于2013–2019年海州湾渔业资源调查数据,分析了凤鲚（Coilia mystus）、红狼牙虾虎鱼（Odontamblyopus rubicundus）和虻鲉（Erisphex pottii）3种海州湾偶见种资源分布与环境因子的关系,并比较了广义可加模型（GAM）和随机森林（RF）模型对其资源分布的拟合效果,采用交叉验证的方法对模型的预测性能进行了评价。结果显示,水深是影响春、秋季凤鲚和红狼牙虾虎鱼资源分布的最显著因子,而底层水温仅在秋季是影响虻鲉资源分布的最重要环境因子。凤鲚分布模型的方差解释率最高,其次为红狼牙虾虎鱼,虻鲉模型方差解释率最低。凤鲚、红狼牙虾虎鱼和虻鲉分布模型在春季方差解释率均低于秋季。交叉验证表明,3个物种预测结果的曲线下面积（AUC）值在0.70～0.85之间,仅秋季凤鲚的AUC值达到0.9;同时GAM预测结果的AUC值均大于RF模型,表明对于偶见种而言,GAM的预测性能优于RF模型。本研究为...     

应用栖息地适宜性指数研究海州湾小黄鱼的空间分布特征

为研究海州湾小黄鱼(Larimichthys polyactis)的空间分布特征。于2011、2013及2014年的春、秋两季在海州湾进行了渔业资源与栖息环境综合调查,根据调查结果和同步采集的底层水温、底层盐度及水深数据,构建了海州湾小黄鱼的栖息地适宜性指数(Habitat suitability index,HSI)模型,利用赤池信息量准则值(Akaike information criterion,AIC)检验算术平均法(AM)和几何平均法(GM)的拟合度,对模型输出结果进行分析和比较。研究表明:除秋季的水深外,其余各环境因子与适宜性指数间均呈现明显的正态或偏正态关系。通过AIC检验发现,春季用几何平均法拟合栖息地适宜性指数的效果较好,而秋季用算术平均法拟合的效果较好。小黄鱼的最适栖息地存在明显的年间变化和季节变化,春季HSI高值区域多集中于34.7°N,120.2°E附近海域;秋季HSI高值中心位于34.5°N~34.7°N,120.0°E~120.2°E附近海域。研究结果表明,栖息地适宜性指数模型能够较好地反映海州湾小黄鱼栖息地的分布和变化情况,在单因素SI极小值出现频率较高的情况下,算术平均法要优于几何平均法。     

威海小石岛人工鱼礁海域渔获物群落结构特征及其与环境因子相关性

为探究人工鱼礁投放对威海小石岛附近海域渔获物种类组成、渔获量变化、渔获物结构特征的影响,作者于2012~2013年对威海小石岛人工鱼礁区及对照区的渔获物和环境因子进行了调查,并采用聚类分析、单因子相似性分析及相似性百分比分析对渔获物结构特征进行分析,采用典范对应分析(CCA)对礁区主要物种与环境因子的相关性进行分析。结果显示,南、北礁区地笼网调查到渔获物种类数量高于对照区,分别为24、31和18种。南、北礁区鱼类和甲壳类生物资源量高于对照区。南、北礁区全年资源量占优势的种类为日本蟳(Charybdis japonica)和大泷六线鱼(Hexagrammos otakii),对照区为海刺猬(Glyptocidaris crenularis)和大泷六线鱼。聚类分析和单因子相似性分析表明,渔获物组成结构在季节间差异显著(P0.05),在春季和夏季,人工鱼礁区渔获物组成结构和对照区差异显著(P0.05)。典范对应分析表明,水温、叶绿素a和溶解氧是影响礁区主要渔获物种类分布的主要环境因子。投放人工鱼礁改善了威海小石岛礁区水域的渔获物群落结构,并增加主要鱼类、甲壳类经济物种的渔获量。