Sesgo y precisión de una modificación del modelo de jolly-seber para incluir el tamaño inicial de la población y conteos parciales de mortalidad

Abstract

La estimación de los inventarios de peces es crucial en la producción acuícola, pues permite un manejo apropiado de las tasas de alimentación y de la programación de las cosechas. Los métodos de captura y recaptura han sido ampliamente utilizados para estimar parámetros demográficos en poblaciones animales silvestres. Específicamente, el modelo de Jolly-Seber (JS) modela la abundancia y sobrevivencia de la población; sin embargo, es restrictivo en cuanto asume probabilidades iguales de captura y sobrevivencia para todos los individuos. Adicionalmente, en la acuicultura comercial se tiene información del número de peces sembrados y conteos parciales de mortalidad que podrían ayudar a generar modelos más robustos y precisos. Considerando lo mencionado anteriormente, el presente trabajo busca determinar el sesgo y precisión de estimadores de sobrevivencia y abundancia de JS a partir de diferentes tamaños de muestra, para la estimación de sobrevivencia y tamaño instantáneo, en poblaciones artificiales con capturabilidad desigual, tamaño inicial conocido y conteos parciales de mortalidad, usando simulación. Para ello, se simuló el crecimiento y mortalidad de 36 ciclos de producción de tilapia nilótica (Oreochromis niloticus) que se muestrearon para probar en cada una, dos diferentes números de ocasiones de muestreo (4 y 6) y tres diferentes tamaños de muestra en cada captura (n = 50, 100 y 150, equivalentes aproximadamente al 5, 10 y 15% de la población inicial), por lo cual se obtuvieron 909 estimaciones de abundancia y 680 de sobrevivencia y recuperabilidad. Como factores a nivel de ciclo productivo, se incluyó la forma de la relación entre sobrevivencia aparente y sobrevivencia observada, así como la época del año. Los datos simulados se analizaron mediante un modelo bayesiano de captura y recaptura que permite probabilidades desiguales de captura y la inclusión de conteos de mortalidad. Las estimaciones obtenidas de abundancia, sobrevivencia y recuperabilidad se analizaron por su nivel de sesgo y error estándar relativo. viii Los resultados obtenidos para las estimaciones de abundancia mostraron una concordancia adecuada con los tamaños poblacionales reales, con bajos niveles de sesgo (<7%) y error estándar relativo (<3%). Se evidenció un sesgo importante si el estanque presenta pérdida o robo, pero no se vieron severamente afectadas por la época de siembra. Las estimaciones de sobrevivencia mostraron incluso menor nivel de sesgo y error estándar relativo, pero la distribución de las estimaciones tendió a mostrar una importante asimetría, que podría indicar falta de convergencia. Las estimaciones de recuperabilidad presentaron elevados niveles de sesgo y error estándar relativo, pero ambos disminuyen al aumentar la edad del estanque. Si bien el modelo bayesiano de captura y recaptura presentado es innovador y tiene potencial para ser implementado, debe ser mejorado para reducir el tiempo que dura en converger y aumentar la calidad de las estimaciones, a fin de que pueda ser útil en situaciones de acuicultura industrial.

Fish inventory estimation is a vital task in aquaculture because it allows an appropriate management of feeding rates and harvesting programs. Capture-recapture methods have been widely utilized to estimate demographic parameters in wildlife populations. Specifically, Jolly-Seber (JS) model estimates abundance and survival rates of a population, however, it has some restrictive assumptions like homogeneity in catchability and survival probabilities. In addition, in commercial aquaculture there is information about the fish stocking and partial mortality counts that may help to generate more robust and precise models. For these reasons, the aim of this work is to determine the bias and precision of JS survival and abundance estimators with different sample sizes, for the estimation of survival and instantaneous population size, in artificial populations with unequal catchability, known stocking size and partial mortality counts, via simulation. The growth and mortality of 36 production cycles of nile tilapia (Oreochromis niloticus) were simulated and sampled to test two different number of sampling occasions (4 and 6 per cycle) and sample sizes (n = 50, 100, and 150; or approximately 5, 10 and 15% of initial population) on each cycle, thus 909 abundance and 680 survival and recuperability estimations were obtained. The form of the apparent survival vs observed survival and season were evaluated as external factors. A Bayesian capture-recapture model allowing unequal catchability and inclusion of partial mortality counts was generated. Relative bias and standard error for abundance, survival and recuperability estimates were analyzed. In general, abundance estimates showed good concordance with real data, showing low bias (<7%) and relative standard error (<3%). Estimates showed significant bias if production cycle presented fish loss/theft, but there was no significant effect of stocking season. Survival estimates showed even lower relative bias and standard errors, but the distribution of estimates showed x important asymmetry, indication of lack of convergence. Recuperability estimates showed unacceptable levels of relative bias and standard error. Although our Bayesian capture-recapture model is innovative and has some potential to be implemented, it must be enhanced to reduce convergence time and estimation quality, to be useful in industrial aquaculture.