建立五年后，一个深水全保护海洋保护区的有效性

《Marine Environmental Research》：Effectiveness of a deep water fully protected marine reserve five years after establishment

海洋热浪（MHWs）对底栖群落招募的影响：基于自主礁监测结构（ARMS）和线粒体COI高通量测序，研究发现在撒丁岛两个不同基线温度的站点，MHWs训练后底栖生物群落α多样性未显著变化，但β多样性降低，表明群落组成趋同。移动性强的甲壳类（如Decapoda）增加，而底栖缓慢移动的类群（如Bryozoa、Nudibranchia、Rhodophyta）减少，可能与温度耐受性差异有关。研究提示短期MHWs可能通过改变优势类群比例影响生态系统功能，但需长期监测和功能分析验证。

　　海洋温度的持续上升是近年来全球气候变化的重要表现之一，其对海洋生物多样性和生态系统功能的影响已引起广泛关注。海洋热浪（Marine Heat Waves, MHWs）作为极端气候事件的一种，近年来在全球范围内呈现出频率增加、持续时间延长和强度增强的趋势。这种现象对海洋生态系统构成了显著威胁，尤其在生物群落的组成和结构上可能引发深刻变化。本研究通过在意大利撒丁岛南部的海洋保护区（Marine Protected Area, MPA）内设置标准化采样单元——自主礁监测结构（Autonomous Reef Monitoring Structures, ARMS），并结合高通量测序技术对线粒体细胞色素c氧化酶亚基I（mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I）进行分析，探讨了连续海洋热浪对底栖生物群落招募（recruitment）的影响。

研究选取了两个基线温度不同的地点，即Berni和Santa Caterina，分别进行采样。这些地点位于撒丁岛的Capo Carbonara海洋保护区，其海底地形主要由花岗岩和相关的火成岩构成。Berni是一个几乎露出海面的孤立花岗岩地形，位于Simius湾的轴心位置，靠近Capo Carbonara和Cavoli岛之间的通道。该地点拥有海草床和珊瑚礁红藻平台。而Santa Caterina则位于Simius湾的另一侧，同样由花岗岩构成，并且覆盖着丰富的大型底栖生物。两个地点的基线温度存在差异，这为研究海洋热浪对不同环境条件下的底栖生物群落的影响提供了理想条件。

研究团队在2022年7月3日将四个改良型ARMS安装在两个地点的水平岩基上，深度为9米。在2023年7月3日和9月28日分别回收了两组ARMS样本，其中第一组样本代表热浪发生前的时期（T0），第二组则代表热浪结束后的时期（T1）。回收后，对ARMS上的生物进行处理，包括在实验室中拆解并使用环境DNA（eDNA）提取和测序技术进行分析。这种方法不仅能够快速评估物种多样性，还能揭示物种之间的相互作用和生态功能的变化。

研究发现，两个地点的底栖生物群落共招募了241个真核生物科，涵盖22个不同的门类。在热浪发生前，Porifera（海绵动物门）是两个地点中最丰富的门类，占21%至37%。其次是Bryozoa（苔藓虫门）和Cnidaria（刺胞动物门），分别占27%至16%和15%至18%。其他贡献超过3%的门类包括Annelida（环节动物门）、Mollusca（软体动物门）、Echinodermata（棘皮动物门）、Rhodophyta（红藻门）和Arthropoda（节肢动物门）。然而，在热浪事件之后，这些门类的组成发生了显著变化。Porifera和Arthropoda的丰度增加，而Bryozoa、Nudibranchia（海蛞蝓科）和Rhodophyta（红藻门）的丰度则显著减少。这一变化表明，热浪事件对某些特定的、对温度变化较为敏感的生物群落产生了强烈影响，而另一些更具热耐受性的生物则在热浪后更加活跃。

值得注意的是，尽管热浪事件导致了某些门类的丰度变化，但两个地点的α多样性（即物种丰富度）并未发生显著变化。这表明，虽然某些物种可能因为温度升高而消失或减少，但整体的物种数量保持稳定。然而，β多样性（即不同地点间生物组成的差异）却显著下降，表明两个地点的生物群落趋向于同质化。这种现象可能源于热浪事件导致某些物种的减少，而其他更具适应性的物种的增加，从而改变了生物群落的组成结构。例如，Bryozoa（苔藓虫门）和Nudibranchia（海蛞蝓科）等缓慢移动且对温度变化敏感的生物群落受到显著影响，而Decapoda（十足目）等移动性更强且更具热耐受性的生物则在热浪后更加活跃。

从生态功能的角度来看，这种群落结构的变化可能对整个生态系统产生深远影响。尽管α多样性没有显著变化，但β多样性的减少意味着生物群落的异质性降低，可能导致生态系统功能的转变。例如，某些具有关键生态功能的生物群落，如悬浮过滤者、食草动物和分解者，可能在热浪事件后减少，而更具竞争优势的生物则可能占据主导地位。这种“赢家”与“输家”的比例变化可能影响到生态系统的稳定性和功能，如物质循环、能量流动和生物间的相互作用。

研究还发现，某些特定的科级生物群落的丰度在热浪前后发生了显著变化。例如，在Santa Caterina地点，Diogenidae和Plumnidae（十足目）的读数显著增加，而在Berni地点，Terebellidae（环节动物门）的读数也有所上升。相反，Champiaceae（红藻门）和Pinnulariaceae（硅藻门）的读数显著下降，Facelinidae（海蛞蝓科）则完全消失。这些变化反映了不同生物对热浪的适应能力存在显著差异。例如，某些生物可能通过生理适应或行为调整来应对温度升高，而另一些则可能因无法适应而减少或消失。

此外，研究还指出，热浪事件可能通过改变生物间的相互作用来影响群落结构。例如，某些生物可能在热浪期间表现出更强的捕食行为，从而对其他生物产生更大的影响。在本研究中，观察到一些中型食草动物（如Gastropoda中的Bittium sp.和Ocinebrina sp.）的丰度在热浪后显著增加，这可能意味着热浪事件导致了捕食压力的增加，进而影响了其他生物的分布和丰度。这种“交互效应”可能进一步加剧生物群落的同质化趋势，使某些生物的优势地位更加突出。

研究还强调了β多样性变化的重要性。β多样性是衡量不同地点间生物组成差异的指标，其变化可能反映生态系统对环境变化的响应。在本研究中，两个地点之间的β多样性从16%下降至10%，表明生物群落的差异性降低。这一变化可能意味着热浪事件对两个地点的生物群落产生了相似的影响，或者某些生物在两个地点中都表现出较强的适应能力。同时，同一地点内不同ARMS之间的β多样性也有所增加，这可能与局部环境条件、物种的扩散能力和生物间的相互作用有关。

研究还讨论了热浪事件对生态系统功能的潜在影响。尽管α多样性未显著变化，但β多样性的降低可能意味着某些关键生态功能的丧失或转变。例如，悬浮过滤者（如Bryozoa）的减少可能影响到水体中的营养物质循环，而红藻门的减少可能影响到底栖生物的栖息地结构和初级生产力。这些变化可能对整个生态系统的稳定性和功能产生连锁反应，进而影响到更高层次的生物群落和生态系统服务。

研究的局限性在于未能完全排除季节性变化对生物群落的影响。例如，温度波动、有机物输入、氧气供应和生物间相互作用的变化都可能对底栖生物产生影响。此外，虽然ARMS采样方法在一定程度上能够标准化生物多样性数据，但其在小尺度上的应用仍需进一步优化。因此，未来的研究应考虑更长时间尺度和更广泛的空间范围，以更好地理解海洋热浪对底栖生物群落的长期影响。

总之，本研究揭示了连续海洋热浪对底栖生物群落的影响，特别是对某些特定门类和科级生物的丰度变化。这些变化不仅反映了生物对环境变化的适应能力，还可能对生态系统的结构和功能产生深远影响。未来的研究需要进一步探讨这些变化背后的生态机制，包括生物的生理适应、行为调整和生态功能的变化，以便更好地预测和应对海洋热浪对海洋生态系统的影响。