ISOMED：地中海海洋食物网稳定同位素数据库的构建与应用

《Scientific Data》：ISOMED - A Stable ISOtope database of MEDiterranean marine food web components

为应对地中海生态系统评估中稳定同位素数据分散、缺乏整合的挑战，研究人员开发了ISOMED数据库，系统收录了1997–2020年间地中海海域有机碳（δ13C）和氮稳定同位素（δ15N）数据及元素组成（C/N）的4959条记录。该数据库涵盖从基础有机质来源（如浮游植物、悬浮有机物）到高营养级消费者（如鱼类、海洋哺乳动物）的完整食物网组分，并通过地理编码和标准化分类（WoRMS）支持空间分析与模型构建。ISOMED为研究地中海食物网结构、能量流动及人类压力（如过度捕捞、气候变化）的影响提供了关键工具，直接助力欧盟海洋战略框架指令（MSFD）中描述符4（食物网评估）的实施。

　　

地中海作为全球生物多样性热点区域，拥有超过1.7万种海洋生物，却同时面临着气候变化、过度捕捞和沿海污染等多重压力。如何科学评估这些人为活动对海洋生态系统的累积影响，成为实施生态系统管理（如欧盟海洋战略框架指令MSFD）的核心挑战。其中，食物网作为能量流动和物种相互作用的载体，其结构与功能的解析至关重要。传统食性分析方法（如胃含物分析）难以适用于所有类群，而碳（δ¹³C）和氮稳定同位素（δ¹⁵N）技术可通过同位素分馏效应追溯营养来源与层级，成为研究食物网的有力工具。然而，地中海地区的稳定同位素数据长期存在分布零散、标准不一的问题，限制了区域尺度的生态评估。

为此，由Daniela Berto、Emanuela Fanelli、Salvatrice Vizzini等来自意大利多家研究机构的研究团队在《Scientific Data》发表了题为“ISOMED-A Stable Isotope DATA DESCRIPTOR database of MEDiterranean marine food web components”的论文，构建了首个覆盖地中海全海域的稳定同位素数据库ISOMED。该数据库整合了1997–2020年间发表的4959条地理编码记录，涵盖从基础有机质（如悬浮有机物、沉积有机物）到顶级捕食者（如僧海豹Monachus monachus）的完整食物网组分，每条记录均包含δ¹³C、δ¹⁵N值、碳氮元素比（C/N）及采样位置、时间、生物样本信息（如体长、组织类型）等38项标准化参数。

研究方法的关键技术路线

研究团队通过系统性文献检索（Web of Science关键词组合）筛选出331篇相关论文，并依据数据原创性、样本一致性和地理可溯源性标准提取数据。所有数据经标准化处理：物种分类统一参照海洋物种名录（WoRMS），地理坐标转换为十进制并关联至国际海区（IHO）、MSFD子区域和FAO渔业分区。样本预处理信息（如脱脂、酸处理）与同位素值误差类型（标准偏差、标准误）均被记录，异常值通过交叉核对原文剔除。数据库最终以Excel格式存储，符合FAIR数据原则，并通过SEANOE平台开放获取。

数据覆盖与结构

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  空间分布：ISOMED的4959条记录覆盖地中海四大MSFD子区域，其中西地中海子区域（MWE）数据量最丰富（3674条），其次为亚得里亚海（619条）、爱琴海-黎凡特海（431条）和伊奥尼亚海-中地中海（235条）。
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  食物网层级构成：基础有机质来源与低阶消费者（如浮游生物、大型藻类）占比29%（1429条），高阶消费者（如鱼类、无脊椎动物）占比71%（3530条）。
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  关键类群统计：
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    基础来源（图2）：悬浮有机物（Suspended Organic Matter）、沉积有机物（Sedimentary Organic Matter）和浮游植物（Phytoplankton）为主要功能类别，西地中海区域数据覆盖度最高。
    
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    高阶消费者（图3、4）：脊椎动物（主要为硬骨鱼类和海洋哺乳动物）占52%，无脊椎动物中以节肢动物（如甲壳类）和软体动物（如双壳类）为主。稀有类群（如腕足动物、纽虫）记录不足1%。
    

数据质量与控制

数据库通过多重质控确保可靠性：重复记录与拼写错误被剔除；δ¹³C和δ¹⁵N异常值经原文核对后修正或删除；样本预处理信息（如脱脂、酸处理）标准化标注；缺失元数据以“Not applicable”标识。所有记录经SEANOE平台同行评审后发布。

结论与意义

ISOMED数据库首次实现了地中海海域稳定同位素数据的系统整合，其空间明确性与标准化结构为多维度研究提供支撑：

1. 1.1.
   生态模型构建：可精准估算物种营养级（Trophic Level），支持质量平衡模型（如Ecopath with Ecosim）中的食性矩阵参数化；
2. 2.2.
   环境评估应用：直接服务于MSFD描述符4（食物网指标）和联合国可持续发展目标14（水下生物）的监测需求；
3. 3.3.
   压力响应解析：通过关联人类活动数据（如养殖区、污染梯度），可揭示气候变化、渔业捕捞等压力对食物网结构的影响机制。
   未来，ISOMED将通过持续纳入新数据扩展时空与类群覆盖，推动地中海生态系统管理的科学决策。