台湾周边水域中马鲛鱼（Coryphaena hippurus）的时空动态：对资源评估和渔业管理的启示

《Regional Studies in Marine Science》：Spatio-temporal dynamics for dolphinfish ( Coryphaena hippurus) in the waters around Taiwan: Implications for stock assessment and fisheries management

宽吻海豚时空动态建模显示，基于2011-2023年台湾周边水域的VAST与sdmTMB模型均捕捉到显著季节性波动（Q2峰值，Q3下降）和空间异质性（东北部黑潮影响区热点），通过整合捕捞与未捕捞区域面积加权法生成标准化丰度指数，为西北太平洋渔业管理提供决策支持。

　　

徐文祺|王胜平|林志宇|蒋伟川|北门敏英

台湾海洋大学环境生物学与渔业科学系，基隆市202301，台湾

摘要

了解马鲛鱼（Coryphaena hippurus）的时空动态对于有效的资源评估和渔业管理至关重要。由于该物种具有迁徙性、生长迅速且寿命较短，因此需要采取能够考虑空间和时间变异性的管理方法。本研究应用了两种时空建模框架——VAST和sdmTMB，对2011年至2023年在台湾周边水域收集的长线渔业日志数据进行了分析。通过一种考虑了捕捞区和未捕捞区的加权方法，估算了相对丰度的标准化指数。通过聚类分析根据物种组成对捕鱼策略进行了分类，发现了一个以马鲛鱼为目标的主要捕捞区域，主要集中在东部近海区域。两种时空模型都检测到了一致的季节性模式：即丰度在第二季度达到峰值，然后在第三季度下降，这与已知的迁徙行为和海洋学影响相符。空间热点主要出现在受黑潮影响的东北部水域。尽管两种模型之间总体上一致，但sdmTMB在空间对比度上更高，并且在早期年份的丰度估计值略高。模型结构、空间分辨率和数据覆盖范围的差异被发现有影响预测结果的因素。同时，我们也认识到了日志数据质量、空间偏差以及缺乏环境协变量的局限性。尽管如此，研究结果仍表明时空建模在推导出可靠的丰度指数以及识别对马鲛鱼渔业具有生物学和操作意义的关键栖息地和高强度捕捞区方面具有实用性。这些发现为将空间动态纳入资源评估提供了坚实基础，并支持在西太平洋地区制定适应性强的、具有空间明确性的管理策略。

引言

了解鱼类种群的时空动态对于有效的渔业科学和管理至关重要。物种丰度的空间和时间波动不仅影响资源评估，还影响不同地区和时间段内可持续管理策略的设计和实施（Thorson和Barnett，2017；Xu等人，2019；Maunder等人，2020）。更重要的是，时空模型可以生成相对丰度的标准化指数，这些指数被广泛认为是评估资源状况的重要输入数据（Francis，2011）。忽视这种动态可能导致对种群状况的估计不准确，从而可能引发错误的政策制定和过度捕捞。因此，将空间和时间变异性纳入现代资源评估框架已成为关键组成部分，特别是对于那些具有高移动性和季节性变异性的物种（Thorson等人，2015）。

马鲛鱼（Coryphaena hippurus）是一种高度迁徙且生长迅速的物种，分布于全球的热带和亚热带水域（Palko等人，1982）。其特征是生长速度快、成熟早，寿命相对较短，约为4-5年（Oxenford，1999；Furukawa等人，2012）。这些生活史特征，加上其高繁殖能力，使其能够在中等捕捞压力下持续被捕捞，表明其具有比同区域长期捕捞的物种更大的可持续性潜力。在台湾水域，马鲛鱼是沿海和近海渔业的重要组成部分，其季节性和地理丰度与受黑潮影响的海洋学条件密切相关（Chang等人，2018；Lin等人，2020）。根据官方捕捞统计数据（渔业局，2023），马鲛鱼的捕捞量从20世纪70年代到90年代初显著增加，随后持续下降，近年来稳定在约3000-5000公吨（图1）。

可持续渔业伙伴关系（SFP）将太平洋地区的马鲛鱼渔业归类为管理不善的渔业，主要是由于缺乏支持有效决策的科学信息（Gilman等人，2013）。因此，对该地区马鲛鱼资源状况的可靠评估变得至关重要。在台湾，2015年启动了“新康马鲛鱼渔业改进项目”（FIP），资源评估主要采用基于渔业数据的“资源综合”方法（Methot和Wetzel，2013），包括捕捞量、长度组成等数据，并使用传统的广义线性模型（GLMs）进行标准化（Maunder和Punt，2004）。

然而，传统的丰度标准化方法（如GLMs）通常假设空间和时间上的独立性，因此无法解释捕捞率的细微空间变化。同样，传统的资源评估框架（包括资源综合方法）通常依赖于空间聚合的指数，这可能会掩盖物种分布中的重要时空动态。为了解决这些局限性，开发了先进的时空建模框架，如向量自回归时空（VAST）模型（Thorson等人，2015；Thorson和Barnett，2017；Thorson，2019）和sdmTMB框架（Anderson等人，2024）。这些方法通过地质统计方法纳入了空间和时间自相关结构，结合随机空间和时空效应，以考虑渔业数据的层次性，从而生成更现实且生态信息更丰富的丰度指数，用于渔业管理。

VAST已广泛应用于渔业资源评估，特别是在标准化基于渔业的CPUE数据和预测大范围空间区域的物种分布方面。相比之下，sdmTMB框架提供了灵活的模型规范和计算效率，适用于复杂的空间数据集。这两种方法的比较应用有助于评估模型的一致性和稳健性，同时更好地捕捉空间和时间复杂性。共同来看，这些方法有助于估计捕捞区和未捕捞区的鱼类密度。

由于缺乏一致的独立于渔业的调查数据以及渔业操作的显著空间和时间变异性，对马鲛鱼空间动态的理解进展受到限制。电子标记研究提供了关于个体移动行为的见解，特别是垂直迁移和短期水平迁移（Lin等人，2019；Lin等人，2020），但这些研究受到样本量小、实施时间短和空间覆盖范围有限的限制。因此，种群动态的长期或季节性迁移模式仍不甚清楚。此外，基于渔业的数据往往因空间和时间上的捕捞努力不均衡以及优先采样而存在偏差。这些偏差阻碍了对丰度趋势和空间分布模式的准确检测，而这些对于有效的资源评估和管理至关重要。

本研究的目的是利用2011-2023年间的操作日志数据，调查台湾周边水域马鲛鱼的时空动态。研究不仅旨在通过应用VAST和sdmTMB模型来估算马鲛鱼的相对丰度，还旨在探讨时空变异性如何为资源评估提供信息，并支持制定具有空间和时间适应性的管理策略。

章节摘录

渔业统计数据

本研究使用了2011年至2023年在台湾近海和沿海水域作业的长线渔船收集的操作日志数据，来分析马鲛鱼相对丰度的时空趋势。研究区域涵盖了台湾周边水域，向南延伸至南海北部相邻区域，这些区域马鲛鱼具有季节性丰富性。这些数据由台湾海外渔业发展委员会（OFDC）提供，包括

名义CPUE的时空变异性

马鲛鱼的名义CPUE在台湾周边海域表现出显著的时间和季节性变异性（图2，图3）。台湾的马鲛鱼长线渔业主要在台湾东部水域（121°E–130°E，10°N–25°N）以及西部水域（115°E–120°E，15°N–23°N）进行。数据集的覆盖范围在不同年份间差异较大。2011-2014年间，大多数捕捞区域的CPUE值相对较低。

解释时空分布和季节动态

本研究应用了两种时空建模方法VAST和sdmTMB，来研究台湾周边水域马鲛鱼的季节性和年际动态。尽管西部区域的数据覆盖范围有限，但两种模型通过纳入空间自相关结构，得出了基本一致的预测结果。

结果显示出明显的季节性变化，即第一和第二季度（1月至6月）的丰度较高

结论

本研究应用了两种时空建模框架VAST和sdmTMB，来研究台湾周边水域马鲛鱼的季节性和年际动态。两种模型均一致地识别出了空间异质性和丰度的季节性变化，其中第二季度的密度较高，第三季度的密度较低。

通过使用加权方法结合捕捞区和未捕捞区的数据，本研究生成的标准化丰度指数

作者声明

所有作者均已阅读并批准了手稿的最终版本。本工作是原创的，尚未在其他地方发表，也未被其他机构考虑。所有作者均符合作者资格标准，并对文章内容承担全部责任。

CRediT作者贡献声明

徐文祺：撰写——初稿、软件、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。王胜平：撰写——审稿与编辑、验证、软件、资源、调查、概念化。林志宇：验证、调查、数据管理。蒋伟川：验证、资源、调查。北门敏英：撰写——审稿与编辑、验证、方法论、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了台湾农业部渔业局（拨款编号：114AS-6.4.1-FA-01（3）对王胜平的支持。本研究使用的数据由台湾海外渔业发展委员会和台湾渔业局提供，作为研究项目的一部分。我们还要衷心感谢美洲热带金枪鱼委员会（IATTC）的Mark N. Maunder博士、Carolina Minte-Vera博士和Haikun Xu博士提出的建设性建议