[论文解读] Meeting yield and conservation objectives by balancing harvesting of juveniles and adults

Niklas L. P. Lundström, Nicolas Loeuille+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2017

Ecosystem dynamics and resilience参考文献 57被引用 3

一句话总结

本研究探讨了分阶段收获策略，通过调整幼体和成体的捕捞率，在最大可持续产量（MSY）与保护之间实现平衡。研究发现，对幼体和成体实行相等的捕捞率通常能实现‘相当理想的产量’（PGY），同时带来显著的保护效益，且韧性指标始终支持均衡捕捞优于仅捕捞成体的策略。

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.

研究动机与目标

• 识别能实现高产量（至少达到MSY的80%，即PGY）同时支持保护目标的捕捞策略。
• 评估产量与四项保护指标之间的权衡：生物量影响、体型结构影响、韧性以及基本再生率。
• 在两种不同的种群模型——年龄结构模型与阶段结构模型之间进行比较，以评估研究结果的稳健性。
• 确定对幼体和成体实行相等捕捞率是否在产量与保护结果方面优于仅捕捞成体的策略。
• 评估稳定性指标（如韧性、基本再生率）作为种群崩溃风险代理指标的可靠性。

提出的方法

• 使用具有年龄依赖性存活率、繁殖力及密度依赖性补充率的年龄结构种群模型，模拟鱼类种群动态。
• 采用具有食物依赖性生长、成熟及繁殖力的阶段结构消费者-资源模型，以体现个体发育过程中的不对称性及资源反馈机制。
• 通过在大范围参数空间内应用独立的捕捞致死率（F_J表示幼体，F_A表示成体）引入选择性捕捞。
• 将产量量化为随时间累计的总捕捞量，并通过四项指标评估保护效果：种群生物量影响、体型结构影响、韧性及基本再生率（R₀）。
• 利用雅可比矩阵的特征值分析与吸引域方法计算韧性，对年龄模型则通过解析方法推导R₀。
• 在不同模型间比较结果，以检验在不同生态假设下研究发现的稳健性与一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 PGY捕捞策略能否同时实现高产量与显著的保护效益？
• RQ2 不同捕捞策略（改变F_J与F_A）如何影响产量与保护指标之间的权衡？
• RQ3 对幼体与成体实行相等捕捞是否是在不同种群模型中平衡产量与保护的稳健策略？
• RQ4 如韧性与基本再生率等稳定性指标与生物量与体型结构影响等可观测影响之间存在何种相关性？
• RQ5 在参数变化下，年龄结构模型的预测结果相较于阶段结构模型的敏感性如何？

主要发现

• PGY捕捞策略可带来显著的保护效益，尤其当幼体与成体捕捞率保持平衡时。
• 在两种模型中，对幼体与成体实行相等捕捞率在韧性与保护指标方面始终优于仅捕捞成体的策略。
• 年龄结构模型的预测对参数变化更为敏感，表明其稳健性较低。
• 如主特征值的实部与吸引域动力学等韧性度量，与生物量及体型结构影响系统性负相关。
• 生物量与体型结构影响可作为种群稳定性和崩溃风险的可靠综合指标，可能在实地应用中替代难以测量的韧性指标。
• 对年龄模型推导出的基本再生率（R₀）表明，相等捕捞可维持比仅捕捞成体更高的繁殖潜力，尤其在成体高死亡率条件下。