优化便携式遥控潜水器在社区基础底栖调查中的应用：以北极育苗场周围海参种群分布为案例的研究

《Polar Science》：Optimizing the use of portable ROVs for community-based benthic surveys: A case study on the demographics of sea cucumbers around nursery habitats in the Arctic

密度与体长随深度变化关系：利用ROV视频和虚拟方格校正技术，揭示了刺参Cucumaria frondosa在加拿大北极Qikiqtait海域的垂直分布规律。研究发现，体长和密度均呈现随深度增加的趋势，其中浅水区（<3m）为高密度苗礁，中深层（3-11.5m）存在明显的体长分异和密度峰值，支持个体从苗礁向深处迁移的生态模型。该研究为寒区刺参资源评估提供了新方法。

　　在加拿大北极地区，靠近Qikiqtait的近岸区域被识别为海参*Cucumaria frondosa*的育幼栖息地，这种海参在当地不仅被当作食物来源，还正在被研究用于小规模商业捕捞。本研究利用了一种便携的迷你类遥控潜水器（ROV）对这三个地点的海参种群进行了详细调查，涵盖了从浅水育幼地到较深区域的深度梯度（约0.5至11.5米）。为了减少视角偏差对图像分析的影响，研究团队开发了一种新的技术，即通过叠加虚拟样方来校正数据。总体来看，Katak和Kataaluk的海参密度明显低于Sanikiluaq，这表明环境条件在不同区域存在空间差异。研究发现，在Sanikiluaq的浅水区域，体型较小的海参（约5厘米）主要分布在1到3米的碎石区域；而在Kataaluk的较深区域，体型较大的海参（约10厘米）则集中在2到7米的砾石区域；而Katak的区域则同时存在两种体型的海参，它们分布在3到11米之间的砾石、碎石、巨石和岩石基底上。全球范围内的研究显示，海参的体型似乎随着水深的增加而增大，这种趋势暗示了海参可能在成长过程中经历了一种分阶段向深水迁移的现象。

为了更好地理解这种垂直分布模式，研究团队使用了视频数据进行分析。他们开发了一种标准化的虚拟样方叠加技术，这种技术能够在没有ROV具体位置和角度信息的情况下，更准确地估算密度。这项技术的核心在于利用一对激光点和一个已知尺寸的基准物体来确定样方的实际尺寸，从而减少由于视角造成的测量偏差。通过这种方式，他们能够在各种不同的水深和底质条件下进行统一的比较。此外，为了验证该方法的有效性，团队还对比了未校正和校正后的样方，发现校正后的样方能够更真实地反映海参的密度分布。

在对三个地点的海参进行形态测量时，研究人员发现不同地点之间的海参体型存在显著差异。Sanikiluaq的海参平均长度为6.0厘米，而Kataaluk的海参平均长度则达到了11.1厘米。Katak的海参则表现出双峰分布，这可能与其复杂的底质结构有关。在Katak的浅水区域，体型较小的个体（约5厘米）集中在大约9米的深度，而较大的个体则分布在更深层。这一现象可能表明，Katak是一个特殊的区域，可能因为地形或底质特征而成为幼体聚集的场所。同时，研究还发现，海参更倾向于栖息在砾石或碎石等硬质底质上，这种偏好可能与它们的生存策略和环境适应性有关。

除了体型分布，研究还揭示了海参在不同深度的密度变化。Sanikiluaq的密度最高，约为24.8个每平方米，而Katak和Kataaluk的密度则较低，分别为3.4和3.1个每平方米。这种差异可能与水深和底质条件有关，因为Sanikiluaq是一个浅滩，而Katak和Kataaluk则为水道，底质更为复杂。在Katak和Kataaluk的浅水区域，海参几乎不存在，但在某些深度出现了明显的密度峰值。这种分布模式可能反映了海参在不同阶段的迁移行为，尤其是在达到性成熟时，它们会向更深的水域移动，以寻找更稳定的环境。

本研究的成果不仅为理解*C. frondosa*的生态特性提供了基础数据，还为在冰覆盖区域开展社区主导的生态调查提供了新的工具。传统的潜水调查方法在这些环境中存在诸多挑战，如冰层的阻碍和对潜水员安全的威胁。而迷你类ROV则具备较高的机动性和较低的成本，能够在冰层上开设的开口处进行操作，从而扩大了调查的范围和深度。此外，该技术还可以帮助研究团队更准确地评估海参的种群密度，为未来的可持续管理提供科学依据。

在北极地区的渔业管理中，识别和保护育幼地对于维持种群数量至关重要。由于海参在成长过程中会经历垂直迁移，这种迁移行为可能影响到其分布和密度的变化。因此，了解这些迁移模式不仅有助于评估海参的生态需求，还能够为制定有效的渔业管理政策提供支持。研究结果表明，随着水深的增加，海参的体型也有所增加，这可能意味着它们在成长过程中会逐渐迁移到更深的水域。此外，研究还发现，海参在特定深度（如9米）出现聚集现象，这可能与当地环境条件（如水温、盐度、水流等）以及捕食者的分布有关。

在分析不同底质类型对海参分布的影响时，研究团队发现，海参在砾石和碎石等硬质底质上更为常见。这可能与海参的摄食习惯和生存策略有关，因为它们作为底栖滤食者，依赖于水流带来的食物颗粒。在某些情况下，海参甚至可能选择暴露在岩石基底上的位置，以获取更多的食物资源。然而，尽管它们偏好硬质底质，但在这些区域的密度通常较低，这可能与捕食者的存在有关。研究还指出，某些捕食者（如海星和海胆）对海参的幼体和小个体具有较强的捕食压力，而较大的个体则可能在更深的水域中得以生存。

通过本研究，团队不仅揭示了海参在不同深度和底质类型下的分布模式，还为未来的生态研究提供了新的方法。迷你类ROV的使用，使得在冰覆盖区域进行详细的生态调查成为可能，这对于保护北极地区的海洋资源具有重要意义。同时，研究结果也表明，海参的垂直迁移可能受到多种生态因素的影响，包括水深、底质类型、水流速度以及捕食压力等。这些因素共同作用，塑造了海参的种群结构和分布模式。未来的研究可以进一步探讨这些生态过程如何影响海参的种群动态，以及如何通过科学手段来优化渔业管理策略，以确保海参资源的可持续利用。