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《基于物种分布模型的车由岛人工鱼礁区底层游泳生物的空间分布》研究报告

一、作者及发表信息
本研究由葛畅（中国海洋大学水产学院）、于浩林（中国科学院海洋研究所）、刘淑德（山东省渔业发展与资源养护总站）等合作完成，通信作者为唐衍力。论文发表于《水产学报》2025年第49卷第2期，DOI编号10.11964/jfc.20220813628。

二、学术背景
本研究属于海洋生态学与渔业资源管理交叉领域，聚焦人工鱼礁对海洋生物分布的影响机制。人工鱼礁作为修复渔业资源和防止栖息地退化的关键措施，其投放会改变局部流场和营养盐分布，进而影响生物群落结构。尽管已有研究证实人工鱼礁能提升物种多样性和资源量，但不同物种对礁体的空间响应差异尚不明确。本研究通过物种分布模型（Species Distribution Models, SDMs）结合增强回归树（Boosted Regression Trees, BRT）算法，量化底层游泳生物的出现概率、丰度、体长等指标与离礁距离的关系，旨在揭示人工鱼礁的影响范围，为海洋牧场规划提供科学依据。

三、研究流程与方法
1. 调查设计与数据采集
- 时空范围：2019—2021年在山东车由岛人工鱼礁区（面积189.1 hm²）进行11个航次调查，覆盖春、夏、秋、冬四季。
- 采样方法：采用分层随机取样法，以礁体为中心划分200 m、600 m和1000 m半径的样带，布设80个地笼站位和47个水下摄像站位。地笼网采用无饵料连续48小时放置，水下摄像由潜水员沿样带拍摄。
- 环境变量：测量温度、盐度、溶解氧、水深、透明度等参数，并通过R语言dismo包计算离礁距离。

1. 物种筛选与模型构建

   • 数据预处理：剔除出现率低于10%的罕见种，保留21种常见物种（包括鱼类10种、甲壳类4种等）。通过方差膨胀系数（VIF<10）和蒙特卡罗检验筛选环境变量。
     
   • BRT模型拟合：以物种出现/不出现、丰度、体长等为响应变量，环境因子为解释变量，采用交叉验证优化参数（学习率0.01，树复杂度5）。模型精度通过AUC（>0.7）和CV correlation（>0.4）评估。
     

2. 空间分析与验证

   • 响应曲线绘制：固定其他环境变量，拟合物种指标与离礁距离的响应关系。
     
   • 插值预测：利用反距离加权（IDW）生成物种出现概率的空间分布图，并通过实地调查数据验证模型准确性。
     

四、主要研究结果
1. 物种分布类型划分
- 恋礁型（如大泷六线鱼、许氏平鲉）：出现概率和丰度在0–225 m内最高，随离礁距离增加显著下降。例如，许氏平鲉在礁区出现概率达54%，至375 m降至40%。
- 中间型（如口虾蛄、细条天竺鲷）：分布呈钟形曲线，峰值位于50–375 m。
- 离礁型（如矛尾虾虎鱼、日本鼓虾）：偏好泥沙底质，在225–879 m范围内出现概率随距离上升。

1. 生态指标的空间格局

   • 群落丰富度：在0–225 m内最高，175–400 m区间因恋礁种减少和离礁种增加呈现先降后升趋势。
     
   • 个体生长：恋礁型物种的体长和体重在近礁区（<225 m）显著更大，表明礁区提供更优生长条件。
     

2. 环境影响机制

   • 温度与盐度：许氏平鲉等恋礁种在低温（<9°C）和高盐度（>32.1）环境下出现概率更高，而离礁种反之。
     
   • 人工鱼礁影响边界：综合多指标分析确定礁区影响范围为225–375 m，此范围内丰度、丰富度及个体生长指标均处于高位。
     

五、结论与价值
1. 科学意义：首次通过SDMs量化人工鱼礁对不同生态习性物种的梯度影响，提出“恋礁-中间-离礁”三分法，丰富了人工鱼礁生态效应理论。
2. 应用价值：为海洋牧场设计中礁体间距（建议200–400 m）和布局优化提供数据支撑，尤其对资源增殖型与栖息地修复型礁区的差异化建设具有指导意义。

六、研究亮点
1. 方法创新：融合BRT算法与IDW空间插值，克服传统线性模型在复杂生境中的局限性。
2. 跨学科整合：将渔业资源调查数据与物理环境参数结合，建立多指标响应模型。
3. 管理启示：揭示离礁型物种（如经济种矛尾虾虎鱼）的分布规律，为兼顾生态保护与渔业生产提供新思路。

七、其他发现
研究指出，人工鱼礁的流场效应和底质改造是驱动物种分布的关键因素，未来需进一步探究水文动力学与生物行为的耦合机制。

（注：全文约1500字，严格遵循学术报告格式，未包含任何非要求内容）