环境参数对高纬度北极峡湾中大型底栖生物种群底栖和浮游生命周期阶段的影响：一种建模方法

《Regional Studies in Marine Science》：Influence of environmental parameters in modulating benthic and pelagic life cycle stages of macrobenthic population in high Arctic fjords: A modelling approach

北极峡湾宏底栖生物群落结构及环境驱动机制研究，通过分析Kongsfjorden和Krossfjorden的浮游幼虫、早期定居者和成体生物，发现沉积物粒度、总有机碳和表面叶绿素a显著影响群落组成，其中外峡湾因高TOC和细粒沉积物支持多样多毛类群落，HMSC模型显示环境过滤解释了88.3%的物种丰度方差。

　　这篇研究聚焦于北极峡湾中宏体底栖生物的生命周期阶段及其与环境变量之间的关系。研究对象包括两个位于斯瓦尔巴的高北极峡湾——Kongsfjorden 和 Krossfjorden，旨在通过生态模型揭示这些区域宏体底栖生物群落的组成变化及其背后的环境驱动因素。研究者认为，宏体底栖生物在底栖生态系统中扮演着关键角色，不仅参与能量传递、物质循环，还影响着底栖与浮游生物之间的相互作用，因此，理解其生命周期阶段的动态变化对于评估北极峡湾生态系统的功能和稳定性具有重要意义。

研究发现，外峡湾和开阔海域区域由于总有机碳（TOC）含量较高以及细粒淤泥沉积物的分布，支持了以多毛类为主的多样化生物群落。这些区域的早期定居者，包括幼年多毛类、软体动物和甲壳类，表现出较高的丰度。而在这些区域中，Meroplankton（一种仅在浮游阶段出现的生物）主要由甲壳类幼虫，特别是藤壶类（Cirripedia）组成。研究者采用“物种群落层次建模”（Hierarchical Modelling of Species Communities, HMSC）方法，分析了环境变量对不同生命周期阶段的生物多样性的影响。结果表明，沉积物颗粒大小、TOC 含量以及表层叶绿素 a 是影响物种丰度变化的主要因素。其中，沉积物中的沙含量与成年软体动物和节肢动物的丰度呈正相关，而 TOC 含量则对早期定居者和成年环节动物、囊羽虫类具有显著影响。HMSC 模型表现出较强的解释能力（R2 = 0.883）和良好的拟合效果，说明环境因素在塑造北极峡湾底栖生物群落方面具有重要作用。

研究还强调了生态建模在整合宏体底栖生物不同生命周期阶段（如浮游阶段、早期定居者阶段和成年阶段）中的价值。这种整合方式提供了一个统一的框架，用于揭示定居过程的动态变化以及环境因素如何塑造宏体底栖生物群落的结构。通过这种方式，研究者能够更全面地理解这些生物在不同环境条件下的分布规律，以及它们在生态系统中的功能作用。此外，研究指出，当前许多研究仅关注宏体底栖生物的某一特定生命周期阶段，如浮游阶段或早期定居者阶段，而忽略了整个生命周期的相互作用，导致对生物群落动态变化的理解不够全面。因此，整合多个生命周期阶段的研究对于获得更准确的生态预测具有重要意义。

研究背景指出，北极地区，尤其是峡湾，受到全球气候变化的显著影响。这些区域的生态环境具有高度的动态性，其碳循环过程受到较高的沉积速率和海洋洋流的影响。来自冰川的融水流入峡湾，带来了丰富的有机物质，从而显著影响了初级生产力和沉积物的特性。这些过程进一步影响了冰川湾区域的宏体底栖生物定居模式。此外，冰川融水还在峡湾系统中产生了显著的非生物因素梯度，例如温度、盐度和营养盐含量的变化，这些梯度对底栖和浮游生物的分布产生了重要调控作用。因此，研究者认为，有必要探索这些区域中浮游生物与底栖生物之间的联系，以及环境因素如何塑造它们的定居过程。

研究中提到的 HMSC 方法是一种新兴的生态研究工具，它能够提供一个强大的统计框架，用于揭示生物多样性变化的机制。与传统方法不同，HMSC 不仅可以分别建模物种的出现或丰度，还允许在一个统一的框架中同时分析这些因素。这种方法可以将生态变化分解为环境过滤、物种间相互作用以及随机过程等不同组成部分，从而更全面地理解生物群落的动态变化。HMSC 的层次结构还能够评估生物群落组成的变化与环境变量之间的关系，为研究者提供从物种到群落层面的机制性见解。

研究的目的是通过 HMSC 方法，分析北极峡湾中宏体底栖生物群落的结构变化，探讨环境变量如何影响宏体底栖生物的定居过程，并连接底栖和浮游生物的生物成分，以理解 Meroplankton 和早期定居者在塑造成年宏体底栖生物群落中的作用。研究者认为，这种整合方法能够克服以往描述性研究的局限性，提高对生态系统如何响应环境变化的预测能力。此外，该研究还旨在加深对峡湾生态系统中调控宏体底栖生物定居过程的机制的理解。

研究区域部分提到，Kongsfjord 是一个位于斯瓦尔巴西海岸 Ny-?lesund 的开放冰川峡湾，其长度约为 20 公里，宽度在 4 到 10 公里之间。外峡湾的水文条件受到入侵性温暖大西洋水和寒冷北极水相互作用的影响。冰川输入的淡水和沉积物在向内峡湾方向形成了环境参数的梯度。此外，研究还指出，相邻的 Krossfjorden 也具有类似的生态特征，但由于其地理位置和水文条件的不同，可能会表现出不同的生物群落组成。

环境参数部分提到，研究者通过箱形图展示了高北极峡湾中水文和沉积物参数的空间变化。所有表层水参数（除了磷酸盐）都表现出较大的四分位距（IQR），其中铵、亚硝酸盐、叶绿素 a 和类黄物质的分布呈现正偏态。相比之下，底层水参数的分布相对稳定，其中硝酸盐表现出最大的变化。沉积物相关参数如沉积物深度、叶绿素 a 和类黄物质含量的变化也表现出显著的空间差异，这可能与水文条件和沉积物输入有关。

讨论部分指出，宏体底栖无脊椎动物表现出多样的浮游幼虫扩散策略，以确保成功的定居，这些策略通常包括不同的摄食方式，如浮游营养型（planktotrophy）和卵黄营养型（lecithotrophy）。较长的浮游幼虫期增加了扩散和定殖的可能性，从而影响了成年个体的分布模式。研究者认为，仅研究宏体底栖生物的底栖阶段，很难全面理解其种群动态变化。因此，该研究强调了整合不同生命周期阶段的重要性，以获得更完整的生态视角。

结论部分总结了研究的主要发现，指出宏体底栖生物的分布与环境因素密切相关。外峡湾和开阔海域区域支持了较高的成年和定居者丰度，而中峡湾区域则表现出较高的浮游幼虫密度，这可能与水动力的滞留效应有关。HMSC 模型揭示了 TOC 含量和表层叶绿素 a 是影响物种丰度变化的主要因素，这些环境变量在塑造宏体底栖生物群落结构方面起到了关键作用。研究者认为，这种整合方法能够更准确地理解宏体底栖生物在不同环境条件下的分布规律，并为未来的生态研究提供重要的理论支持。

此外，研究还提到了一些未引用的参考文献，包括国际海洋学委员会（Intergovernmental Oceanographic Commission）和 Syvitski 等人的研究，这些文献可能对研究提供了背景支持。在作者贡献声明部分，研究者详细列出了每位作者在研究中的具体贡献，包括撰写、数据分析、数据管理、可视化、监督、资源协调、项目管理、方法设计、调查研究、资金获取等。这种明确的贡献声明有助于读者理解研究的组织和分工。

最后，研究者还声明了他们没有已知的与本研究相关的竞争性利益，这表明研究的客观性和公正性。研究者对所有参与采样工作的团队成员表达了诚挚的感谢，并对匿名评审者的建设性意见表示了赞赏。研究的数据为未来的生态研究提供了重要的基础，有助于进一步探索北极峡湾生态系统的动态变化及其对全球气候变化的响应。