长江口环境要素的空间尺度选择对刀鲚(Coilia nasus)分布预测的影响

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由于人类活动、气候变化等多方面的影响,海洋环境及生态系统发生了巨大的变化,并受到了许多的破坏。河口区域作为河流与海洋的交界处,为海岸带的重要组成部分,拥有着特殊的生物特性,并承担着多种生态职能。河口区域的河流进口段的生态特性与河流的生态特性接近,而口外海滨则以海洋特性为主,因此河口区域是一个淡水-咸淡水-咸水过渡的复杂环境,所以部分海洋环境要素会在较小的范围内发生剧烈的变化,了解空间尺度选择对于河口栖息物种的分布预测影响具有重要意义。长江口作为中国最大的河口,位于长江末端与东海的交界处,具有重要的生态地位,其不仅是多众多物种的产卵场、索饵场和洄游通道,栖息有大量的仔稚鱼与洄游性鱼类;而且曾经是著名的渔场,水质肥沃,为多种经济鱼虾提供了优渥的生存环境,如中国花鲈(Lateolabrax maculatus)、葛氏长臂虾(Palaemon gravieri)等;并且还是多种珍稀物种的栖息区域,如著名的中华鲟(Acipenser sinensis)、江豚(Neophocaena phocaenides)、花鳗鲡(Anguilla marmorata)等都在此处繁衍生活。在我们的实地调查中,刀鲚(Coilia nasus)为拖网调查中最常见的渔获物,并且刀鲚不仅是长江口主要经济鱼类之一,也是著名的江海洄游物种。使用环境因子进行建模,然后将建好的模型用于对渔业资源的预测是一种很常见的研究。GAM(Generalized additive models,GAM)模型是多元回归模型中的一种,可以用来描述因变量与多个自变量之间的非线性关系,其具备较好的响应变量时空分布预测能力,在数据的统计分析方面具有很高的灵活性,因此在分析渔业资源密度分布及其与环境因子的关系时具有良好的性能,并被广泛应用于渔业资源量的预测。空间插值是获得小区域海洋环境要素的重要途径,插值过程中选择不同的空间尺度可能会对某些环境要素的预测特征造成影响,环境特征的变化又会潜在地影响生物分布的预测结果,因此研究不同空间尺度环境因子插值对生物时空分布模式的影响是十分重要的。所以本文以长江口重要经济鱼类刀鲚作为研究对象,使用二阶广义加性模型,研究使用不同空间尺度(1′×1′,2′×2′,3′×3′,4′×4′,5′×5′)处理环境要素时物种空间分布发生响应的潜在差异。本研究的结果显示:(1)根据方差膨胀因子(variance inflation factor,VIF)分析,所有环境变量的值都小于3,因此在在进行向后逐步回归前不需要删除任何环境因子;(2)第一阶GAM的最佳模型包含年(Year)、月(Month)、纬度(Lat)、水温(Tem)、盐度(Sal)、化学需氧(COD)六个变量,第delta-GAM的最佳模型包含年、纬度、酸碱度(pH)、叶绿素a浓度(Chla)四个变量,其中,年份与纬度这两个变量都被保留,表明这两个时空因素都既会影响刀鲚存在也会影响刀鲚的丰度;(3)在不同空间尺度下,3′×3′的Chla的预测值的均值比其它空间尺度显著要低,5′×5′的Sal的预测值均值高于其它空间尺度,说明空间尺度的不同对最终的插值结果确实有明显的影响;(4)对于在河口区域变化不大,最高值与最低值差异较小的环境因子,如酸碱度,其小尺度上的插值结果能够很好地看出其细微的变化,但是对于在河口区域变化剧烈,最高值与最低值差异较大的环境因子,如盐度,所有尺度下的分布特征都较相似,这说明不同的环境因子对于空间尺度的敏感性是不同的;(5)在丰度的空间分布上,绝大多数情况下同一时期各种空间尺度的预测结果都较相似,但并不是所有尺度预测出的刀鲚分布的模式都十分接近,2012年冬季5′×5′下的预测的分布模式与其它尺度有明显差异。因此,本研究认为时空尺度的选择会对环境因子的插值结果造成影响,尤其是对一些对空间尺度较为敏感的环境因子,将不同的环境因子的插值结果代入模型后,又进一步对刀鲚的空间分布预测造成一定的影响,但是这种影响的具体原因和过程还尚未清晰,建议今后的研究需要继续深入评估时空尺度的潜在影响。
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