SlotLim：为那些通过捕捞配额限制进行管理的、数据有限的脊椎动物和无脊椎动物渔业提供捕捞建议

针对传统渔业评估因数据不足难以有效管理收获槽限制（HSL）的情况，本研究开发了一种基于渔业独立数据的收获控制规则。通过R包SlotLim在苏格兰球蟾虾鱼业的实证，结合生物量指数变化和合规性评估，建议减少17%的捕捞量，验证了该方法的可行性和实用性，为数据有限渔业提供了管理工具。

　　
### 中文解读：基于渔业独立数据的收获控制规则开发与应用——以苏格兰球蟾鱼为例

#### 1. 研究背景与意义
渔业管理工具的演变始终围绕如何平衡资源可持续利用与渔业经济收益。传统方法如最小 landing size（MLS）主要基于“产卵前必须放流”的生物学原则，旨在保护幼鱼和未成熟个体。然而， MLS 的局限性在于其仅关注单一年龄段的保护，而忽视了成年个体的繁殖潜力差异。例如，在 sequential hermaphrodite（如球蟾鱼）种群中，最大 landing size（MLS）可能意外排除具有高繁殖力的雌性个体，导致性别比例失衡和种群结构破坏。相比之下，收获槽限（Harvest Slot Limits, HSL）通过设定最小和最大 landing size 组合，可同时保护幼鱼和成年繁殖个体，成为替代性管理策略。但 HSL 的推广面临技术挑战：现有评估方法多依赖完整的数据集（如年龄结构、渔获努力量），而实际渔业中常因数据不足而难以应用。

#### 2. 研究目标与方法创新
本研究旨在解决 HSL 管理渔业的评估难题，通过开发 **SlotLim** R 包，构建一套仅需基础渔业独立数据（如捕捞量、长度频率分布）即可生成管理建议的方法。其核心创新在于：
- **双因子乘数模型**：将建议捕捞量（如前一年捕捞量）乘以两个调整因子：
1. **目标生物质调整因子（Targeted Biomass Adjustment）**：反映种群实际 biomass 指数的年度变化，结合 HSL 限制的捕捞范围占比，修正传统 biomass 指数（如 CPUE）的偏差。
2. **尺寸合规性因子（Size Adherence Multiplier）**：量化渔民对 HSL 的遵守程度，通过分析渔获物的长度分布与政策要求的偏差，动态调整建议捕捞量。
- **适应性生长模型**：支持 von Bertalanffy、Gompertz 和 Schnute 三类生长模型，可根据物种特征（如最大年龄、生长速率）灵活调整生存率计算，避免因模型假设与实际数据不符导致的误判。

#### 3. 关键技术解析
**3.1 目标生物质调整因子（TBA）**
TBA 的核心是解决传统 biomass 指数（如 CPUE）在 HSL 管理下的代表性不足问题。例如，若 HSL 设置为 12–24 cm，而实际渔获中仅有 5% 的个体符合此范围，传统方法可能错误推断种群数量。为此，TBA 通过以下步骤修正：
- **生存率计算**：基于年龄-长度关系模型（如 von Bertalanffy），推导各长度区间个体的生存率，分离出 HSL 范围内可捕捞生物量占总可捕生物量的比例。
- **时间序列调整**：当连续两年生物质指数可用时，采用“1over2”方法计算年变化率；若数据更充足（≥5年），则使用“2over3”方法，通过移动窗口平滑年际波动，提升趋势预测稳定性。

**3.2 尺寸合规性因子（SAM）**
SAM 评估渔获与 HSL 的匹配度，具体机制包括：
- **双阈值合规性检测**：
- **下限合规性**：计算渔获中 ≥ 最小 landing size（MLS）的个体比例。若比例低于阈值（如 95%），则降低建议捕捞量，反映幼鱼保护不足。
- **上限合规性**：计算渔获中 ≤ 最大 landing size（MLS）的个体比例。若比例低于阈值，则同样降低建议量，避免过度捕捞成熟个体。
- **动态阈值约束**：通过设置上下限（如默认 1.0），防止单一违规指标（如超额捕捞大个体）导致建议量不合理上升或下降。例如，若渔民同时违反MLS和MLS，系统会优先考虑更关键的生物学目标（如保护繁殖个体）。

#### 4. 应用案例：苏格兰球蟾鱼渔业
**4.1 背景与数据限制**
球蟾鱼是欧洲活石斑鱼贸易的主要目标物种，但苏格兰渔业数据高度依赖有限的小型捕捞船记录。传统方法因数据不足难以应用，而 HSL（12–24 cm）的引入使渔获中仅有约 75% 的个体被实际捕捞，导致传统 biomass 指数（如 CPUE）严重高估实际可捕量。

**4.2 实施流程与结果**
- **数据输入**：2021–2023 年捕捞量（年均 47.1 万尾）、长度频率分布（2022–2023年数据）、生长参数（如自然死亡率 0.19/年）。
- **计算过程**：
- **TBA 计算**：通过“1over2”方法得出生物质年变化率 -32%，反映种群数量下降。
- **SAM 计算**：渔获中 12–24 cm 个体占比 70%，但最大 landing size（24 cm）的遵守率仅 75%，导致 SAM 值降低 17%。
- **最终建议**：传统方法（如“2over3”规则）建议减少 33% 捕捞量，而 SlotLim 因综合考虑 HSL 的生物学意义（如保护雌性繁殖群体）和实际合规性，调整为更保守的 17% 减少量。

**4.3 敏感性分析**
- **自然死亡率波动**：±25% 变动使建议量波动范围从 -17% 到 -25%，显示模型对参数敏感，需结合物种生物学特性校准。
- **生长模型选择**：不同模型（如 Schnute 模型更适用于短命物种）对 TBA 的影响在 ±5% 内，验证了方法的稳健性。

#### 5. 理论贡献与实践意义
**5.1 方法论突破**
- **数据效率提升**：仅需连续两年长度频率数据即可运行，显著降低数据获取成本。例如，针对数据稀缺的深海渔业，可在初期仅通过少量长度样本估算合规性。
- **生物学适配性**：通过年龄-长度关系模型分离 HSL 的影响，避免传统方法将幼鱼与成鱼捕捞量混淆导致的误判。

**5.2 管理应用价值**
- **动态调整机制**：SAM 因子可实时反映渔民行为变化。例如，若某年渔获中 24 cm 以上个体比例骤降，系统会自动建议加强监管。
- **多目标兼容性**：除产量控制外，可嵌入性别比例保护、年龄结构均衡等指标。如针对球蟾鱼的雌性主导种群特征，可调整 SAM 的阈值权重。

#### 6. 局限性与改进方向
**6.1 当前局限**
- **数据标准化需求**：若生物质指数未经过标准化（如消除季节性努力量波动），可能导致 TBA 计算偏差。建议在数据采集阶段同步记录 effort 相关指标。
- **模型假设约束**：生长模型依赖准确的最大年龄和自然死亡率参数，但后者常因数据不足被估算为经验值（如通过历史年龄结构推算）。
- **合规性阈值选择**：默认 95% 的合规性阈值可能不适用于所有渔业。例如，在竞争激烈的小型渔业中，10% 的违规率可能已导致显著资源流失。

**6.2 未来研究方向**
- **跨模型整合**：开发混合模型，将 TBA 与传统方法（如 rfb 规则）结合，例如在 biomass 指数持续下降时自动触发更严格的捕捞限制。
- **空间异质性分析**：当前研究基于单区域数据，可扩展至多渔区场景，通过地理加权回归（GWR）识别不同区域的 HSL 效应差异。
- **人工智能优化**：利用机器学习预测未来生物质趋势，例如通过 LSTM 神经网络模拟非线性增长效应。

#### 7. 对渔业管理的启示
- **政策制定**：建议渔业管理部门在实施 HSL 时同步建立数据采集标准（如强制记录渔获长度分布），为后续评估提供基础。
- **合规性激励**：将 SAM 因子纳入渔业认证体系，对高合规性渔民给予配额奖励，形成自我强化机制。
- **技术普及**：通过开发用户友好的界面（如移动端 App），降低 R 语言使用门槛，使更多渔业管理者能自主应用 SlotLim。

#### 8. 结论
本研究成功填补了 HSL 管理渔业的评估空白，验证了 SlotLim 方法的有效性。在苏格兰球蟾鱼案例中，其建议的 17% 捕捞量减少既避免了传统方法因数据不足导致的过度保守，又通过动态调整机制平衡了生物学保护与渔业经济需求。未来需在更多物种和区域验证其普适性，同时结合遥感技术、公民科学数据等补充信息源，进一步提升模型精度。