海底大型扰动事件后底栖生物群落整体响应与恢复力的综合研究——以2016年凯库拉峡谷浊流事件为例

《Progress in Oceanography》：Integrated understanding of benthic community response to disturbance from an earthquake-triggered turbidity flow event

【编辑推荐】本研究针对深海底栖群落对浊流（turbidity flow）扰动的整体响应机制这一认知空白，整合分析了2016年新西兰凯库拉地震触发的峡谷冲刷事件中巨型、大型和小型底栖动物（mega-, macro-, meiofauna）的时序数据。研究发现三类群落的恢复速度存在差异（小型>巨型>大型），揭示了生物间相互作用与生活史特征对群落恢复力的关键影响，为深海底栖生态系统韧性研究提供了重要范式。

　　

2016年11月14日，新西兰凯库拉地区发生7.8级地震，这场地震不仅改变了陆地面貌，更在深海引发了一场规模浩大的"峡谷冲刷事件"。凯库拉峡谷（Kaikōura Canyon）发生了大规模海底垮塌、碎屑流和浊流（turbidity flow），据估算此次事件将约0.9 km³的沉积物和7.2 Tg的有机碳带入深海，相当于新西兰全年河流输送沉积物总量的2-4倍。如此剧烈的物理扰动对深海底栖生态系统造成了毁灭性冲击，此前研究中丰富的底栖群落几乎消失殆尽。深海底栖生态系统是地球上最大的生物群落之一，而浊流被认为是影响该生态系统最重要的自然扰动因素之一。尽管前人对此类事件有所研究，但多数局限于单一生物尺寸等级（巨型、大型或小型底栖动物）的分析，且缺乏事件前的基线数据作对比，导致我们对底栖群落整体响应机制和恢复轨迹的认识存在显著空白。

在这一背景下，发表在《Progress in Oceanography》上的这项研究实现了重要突破。研究人员充分利用凯库拉峡谷这一"天然实验室"，首次在同一研究中系统分析了浊流事件对全部三个主要底栖生物尺寸等级（巨型底栖动物mega-、大型底栖动物macro-和小型底栖动物meiofauna）的影响及恢复过程。该研究整合了事件前后采集的时间序列图像和沉积物岩心数据，旨在评估深海底栖群落的整体响应模式，预测凯库拉峡谷完整群落的恢复时间，并探讨影响观察到的恢复模式的关键因素。

研究团队采用多技术整合的研究策略。通过遥控水下机器人（ROV）和沉积物取样器在凯库拉峡谷系统布点，获取事件前后不同时间点的海底图像和沉积物样本。利用图像分析技术量化巨型底栖动物的群落组成和丰度变化；通过沉积物样本的筛分和鉴定，分析大型和小型底栖动物的群落结构。结合环境变量（如沉积物特性、水深地形等）数据，运用多元统计方法解析群落变化与环境因子的关系，评估各类群落的恢复状态和轨迹。

方法

本研究整合了前期针对巨型底栖动物（Bigham等，2023a）、大型底栖动物（Bigham等，2023b）和小型底栖动物（Bigham等，2024）的独立研究数据，对这些数据进行了综合再分析，重点关注三类群落的整体响应模式和相互作用。具体方法包括对时间序列图像和沉积物岩心数据的整合分析，以及环境参数与群落恢复关系的多变量统计分析。

结果

研究发现凯库拉峡谷的底栖群落对浊流扰动表现出较强的恢复力，但不同尺寸等级的群落恢复速度存在明显差异。小型底栖动物恢复最快，其后是巨型底栖动物，大型底栖动物恢复最慢。这种差异模式与各类生物的生活史特征（如世代周期、繁殖方式等）以及不同尺寸等级群落间的相互作用密切相关。环境因子的分析表明，沉积物特性和有机质含量等参数对群落恢复有重要影响。

研究局限性

本研究所用数据虽在深海研究中属较为全面，但采样设计为"前后对比"而非理想的"前后控制影响"（BACI）设计。缺乏对照点数据可能无法完全排除研究期间其他环境变化对群落的潜在影响。这是深海扰动事件研究的普遍挑战。

研究结论强调，深海底栖群落对大规模自然扰动具有显著恢复力，但不同类群的恢复轨迹受其生物学特性和种间相互作用的共同调控。这一认识对预测人类活动（如深海采矿）与自然扰动叠加对深海生态系统的影响具有重要启示。该研究为理解深海底栖生态系统的韧性和恢复机制提供了全新视角，指出了未来应关注生物间相互作用跨尺寸等级研究的方向，对深海生态系统保护和管理政策的制定具有重要参考价值。