[논문 리뷰] Meeting yield and conservation objectives by balancing harvesting of juveniles and adults

Niklas L. P. Lundström, Nicolas Loeuille외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 29.

Ecosystem dynamics and resilience참고 문헌 57인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 최대지속수확량(MSY)과 보존을 균형 있게 유지하기 위해 청소년기 및 성체기 어획률을 다양하게 조절하는 단계구조 어획 전략을 조사한다. 연구 결과, 청소년기와 성체기 어획을 동일하게 하는 전략이 종종 '매우 좋은 수확량'(PGY)을 달성하면서도 강력한 보존 효과를 제공하는 것으로 나타났으며, 복원력 측정치는 항상 균형 잡힌 어획 전략이 성체 전용 어획보다 유리한 것으로 나타났다.

ABSTRACT

Sustainable yields that are at least 80% of the maximum sustainable yield are sometimes referred to as pretty good yield (PGY). The range of PGY harvesting strategies is generally broad and thus leaves room to account for additional objectives besides high yield. Here, we analyze stage-dependent harvesting strategies that realize PGY with conservation as a second objective. We show that (1) PGY harvesting strategies can give large conservation benefits and (2) equal harvesting rates of juveniles and adults is often a good strategy. These conclusions are based on trade-off curves between yield and four measures of conservation that form in two established population models, one age-structured and one stage-structured model, when considering different harvesting rates of juveniles and adults. These conclusions hold for a broad range of parameter settings, though our investigation of robustness also reveals that (3) predictions of the age-structured model are more sensitive to variations in parameter values than those of the stage-structured model. Finally, we find that (4) measures of stability that are often quite difficult to assess in the field (e.g.~basic reproduction ratio and resilience) are systematically negatively correlated with impacts on biomass and impact on size structure, so that these later quantities can provide integrative signals to detect possible collapses.

연구 동기 및 목표

• 최대지속수확량(MSY)의 최소 80% 이상을 달성하는 고수확 전략(PGY)을 동시에 확보하면서도 보존 목표를 지원하는 어획 전략을 규명하는 것.
• 수확량과 네 가지 보존 지표인 생물량 영향, 크기 구조 영향, 복원력, 기본생식율 간의 상충관계를 평가하는 것.
• 연령 구조 모델과 단계 구조 모델 두 가지 다른 인구 모델 간의 결과를 비교하여 발견의 탄력성 평가.
• 청소년기 및 성체기 어획률을 동일하게 설정하는 것이 수확량 및 보존 결과 측면에서 성체 전용 어획 전략을 능가하는지 여부를 판단하는 것.
• 안정성 지표(예: 복원력, 기본생식율)가 인구 붕괴 위험을 예측하는 데 얼마나 신뢰할 수 있는 지표인지 평가하는 것.

제안 방법

• 연령에 따라 달라지는 생존율, 번식율, 밀도에 의존하는 번식율을 고려한 연령 구조 모델을 사용하여 어류 인구 역학을 시뮬레이션한다.
• 식량 의존적 성장, 성숙, 번식율을 포함한 단계 구조 모델 기반의 소비자-자원 모델을 활용하여 체계적 비대칭성과 자원 피드백을 표현한다.
• 넓은 매개변수 공간에서 청소년기(F_J)와 성체기(F_A) 어획에 대해 별도의 어획 사망률을 적용하여 선택적 어획을 도입한다.
• 수확량은 시간에 따른 총 어획량으로 측정하고, 보존 효과는 네 가지 지표를 통해 평가한다: 인구 생물량 영향, 크기 구조 영향, 복원력, 기본생식율(R₀).
• 유전적 행렬의 고유값 분석 및 안정성 영역 방법을 사용하여 복원력을 계산하고, 연령 모델의 경우 R₀를 해석적으로 유도한다.
• 다양한 생태학적 가정 하에서 발견의 일관성과 탄력성을 평가하기 위해 모델 간 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PGY 어획 전략은 동시에 고수확량과 상당한 보존 효과를 달성할 수 있는가?
• RQ2 다양한 어획 전략(F_J 및 F_A 변화)은 수확량과 보존 지표 간의 상충관계에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 청소년기 및 성체기 어획을 동일하게 설정하는 것이 다양한 인구 모델에서 수확량과 보존을 균형 있게 유지하는 데 탄탄한 전략인가?
• RQ4 복원력 및 기본생식율과 같은 안정성 지표는 생물량 및 크기 구조 영향과 같은 관측 가능한 영향과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ5 매개변수 변화에 따라 연령 구조 모델의 예측은 단계 구조 모델에 비해 얼마나 민감한가?

주요 결과

• PGY 어획 전략은 청소년기 및 성체기 어획률을 균형 있게 유지할 경우 상당한 보존 효과를 제공할 수 있다.
• 청소년기 및 성체기 어획률을 동일하게 설정하는 것은 두 모델 모두에서 복원력 및 보존 지표 측면에서 성체 전용 어획 전략을 뛰어넘는 일관된 성과를 보였다.
• 연령 구조 모델의 예측은 단계 구조 모델에 비해 매개변수 변화에 더 민감하여 낮은 탄력성을 보였다.
• 복원력 측정치인 주요 고유값의 실수부 및 안정성 영역 역학은 생물량 및 크기 구조 영향과 체계적으로 반비례하는 경향을 보였다.
• 생물량 및 크기 구조 영향은 인구 안정성과 붕괴 위험을 종합적으로 반영하는 신뢰할 수 있는 지표로 기능하며, 현장 적용에서 측정이 어려운 복원력 지표를 대체할 수 있다.
• 연령 모델에서 유도된 기본생식율(R₀)은 청소년기 및 성체기 어획을 동일하게 설정할 경우 성체 전용 어획에 비해 더 높은 번식 잠재력을 유지함을 보여주었으며, 특히 성체 어획률이 높을 경우 두드러졌다.