开发并应用一套评估指标体系，用于评价南大洋生态重要区域

《Ocean & Coastal Management》：Development and application of an evaluation indicator system for assessing Areas of Ecological Significance in the Southern Ocean

南极海洋生态重要性区域系统性评估及保护规划研究

　　

吴文|于佳禾|谢振杰|徐俊如|马志远|谢斌|于伟伟|陈斌|宋德海

中国海洋大学物理海洋学国家重点实验室，青岛，中国

摘要

南大洋在全球气候调节中发挥着关键作用，并拥有独特的生物多样性，但这些生物多样性正日益受到气候变化和渔业扩张的威胁。本研究通过综合评估海洋环境、生物多样性和生态功能指标，建立了一个系统框架来识别具有生态意义的区域（AESs）。结合文献计量分析、专家咨询（德尔菲法）和地理空间建模，我们确定了10个关键评估标准，重点关注底栖生物分布、叶绿素-a浓度、海鸟存在以及磷虾丰度等主导因素。单因素和多因素分析显示，罗斯海、威德尔海、阿蒙森海和科斯莫纳乌特海的沿海地区存在AES热点区域。这些区域具有极高的生产力，但面临严重的保护缺口。尽管与罗斯海等现有的海洋保护区（MPAs）相吻合，我们的研究结果强调了目前缺乏正式保护的、易受气候影响的区域的紧迫保护需求。这种三层评估框架（环境-生物多样性-功能）推动了大规模海洋空间规划，但仍需要改进数据整合，特别是在鲸类、浮游动物和碳酸盐化学方面，以解决现有数据偏差问题。本研究为国际海洋保护区的划定提供了科学依据，同时指出了在快速环境变化背景下保护南大洋生态完整性的关键知识空白。

引言

南大洋正面临着气候变化和渔业扩张带来的日益严峻的压力，这是对该地区生态完整性和生物多样性最主要的人类影响（张等人，2024年）。南极磷虾的捕捞量持续大幅增加（川口和尼科尔，2007年；南极海洋生物资源保护委员会（CCAMLR），2018年）。渔业的生态连锁反应包括企鹅种群数量骤减（艾因利和布莱特，2009年）以及海鸟兼捕改变了物种动态（巴尔布罗德等人，2012年）。使用eDNA宏条形码的研究表明，环境因素加剧了这些影响：水温升高和初级生产力的变化导致浮游动物群落发生变化，尽管生产力增加，但生物多样性却可能下降（张等人，2024年）。这些相互关联的压力因素正在从根本上改变南大洋的生态系统（吴等人，2023年）。尽管近年来一些鳍足类动物种群（如海豹和鲸鱼）从历史上的过度捕捞中基本恢复（图洛奇等人，2018年；贝斯特利等人，2020年），但它们仍面临新的威胁，如猎物减少（魏默斯基尔希等人，2003年），这凸显了持续保护的必要性。

南大洋的生态危机要求迫切识别和保护关键栖息地。虽然中国2007年的国家规划框架首次将“生态重要性”正式定义为生态系统的调节功能和保护价值（中华人民共和国国务院办公厅，2007年），但目前全球尚未达成共识。以往的研究主要从生态系统服务功能的角度来探讨生态重要性，计算生态系统对人类社会的供给作用和利用价值（例如，孙等人，2000年；于等人，2004年；牛等人，2009年；池等人，2020年）；而本研究则强调生物多样性、生态功能和生物生产力作为核心指标。

多个国际框架为生物多样性保护确定了具有生态意义的区域（AESs），包括：《生物多样性公约》（CBD）的生态/生物重要海洋区域（EBSAs）、国际自然保护联盟（IUCN）的关键生物多样性区域（KBAs）、国际海事组织（IMO）的特别敏感海域（PSSAs）以及联合国粮食及农业组织（FAO）的脆弱海洋生态系统（VMEs）。中国的2014年生态红线政策也建立了重要的生态功能区。遵循Hindell等人（2020年）的方法，本研究将AESs定义为支持多种捕食者物种的区域，同时这些区域具有较高的营养生物量和生物多样性，并应用这一框架来识别南大洋生态系统中的关键保护区域。

作为识别AESs的核心组成部分和基础，评估指标的选择仍然具有挑战性，因为缺乏标准化的全球准则。 various国际组织根据其特定的保护目标开发了区域尺度的评估指标。例如，FAO使用了五个VME指标，IUCN使用了七个EBSA标准，CBD应用了11个KBA指标，而IMO的13个PSSA指标独特地纳入了文化维度（郑等人，2018年）（表S1）。本研究综合了七个关键评估指标，基于这些广泛认可的标准：独特性/稀缺性、功能重要性、脆弱性、恢复难度、生物多样性、生物生产力和生态系统服务（表S1）。虽然这些指标主要是定性的，因此操作精度有限，但它们提供了一个不同于现有分类系统的聚焦框架。

现有的海洋生态研究主要通过指标系统和定量分析来评估环境状况和生态系统健康（Rapport等人，1998年；李等人，2015年；赵等人，2020年；陈等人，2021年；杨和余，2021年），很少有研究关注像南大洋这样的区域生态重要性评估。当前的方法过度强调生物多样性和生态系统服务，而忽视了调节功能、支持功能和文化功能。此外，大多数评估仅限于小规模、研究充分的区域，没有考虑大规模的海洋过程，因此不适用于南大洋，其AESs仍处于探索阶段。

本研究开发了一个综合评估框架，整合了多层次因素来识别南大洋的AESs，旨在建立大规模海洋评估的方法论。研究结果将有助于识别生物多样性热点和生态关键区域，同时为海洋保护区（MPA）的选择和管理提供信息，推动保护理论和实践的发展。

本文首先探讨了南大洋的物理和生态特征（第2节），然后通过文献计量分析、现有南极MPA提案的比较以及专家咨询（第3节）开发了一个新的AES评估指标系统。基于德尔菲方法和数据可用性的权重确定程序，以及评估标准和相关数据集也在本节中详细说明。第4节展示了指标权重、单因素和多因素分析的空间分布模式，以及对南大洋保护区的管理建议。第5节总结了研究对南大洋保护的启示。

研究区域

南大洋被全球公认为“七大海域”之一（即北大西洋、南大西洋、北太平洋、南太平洋、印度洋、北冰洋、南冰洋）。2021年，美国国家地理学会正式将其指定为地球的第五大洋，范围从南极海岸线延伸至南纬60度（不包括德雷克海峡和斯科舍海）。2011年，南极海洋生物资源保护委员会（CCAMLR）采纳了FAO的标准

指标系统的建立

为像南大洋这样的广阔海洋系统构建生态评估框架面临重大挑战，尤其是在跨学科合作和数据获取方面。本研究结合了文献计量分析、比较评估和德尔菲方法，开发了一个科学严谨且易于操作的指标系统。对7491篇同行评审文献的分析揭示了五个核心研究主题（浮游植物、海洋生物、生物地理学等）

评估指标的权重和分布

根据德尔菲方法的共识（表S7），底栖生物分布在南大洋AES评估指标中获得了最高的权重。极地底栖生物适应了极端寒冷的环境，由于其栖息地的稳定性和对温度及盐度变化的敏感性，它们成为敏感的气候哨兵（Brandt等人，2009年）。南大洋的底栖物种生活在地球上一些最寒冷的海洋环境中，研究这些生物为更广泛的生态研究提供了宝贵的见解

结论

本研究开发了一种系统方法来识别AESs，以支持南大洋的海洋保护区划定和可持续管理。通过文献计量分析和专家咨询，我们建立了一个加权评估系统，将38个候选指标整合为10个关键标准，其中底栖生物分布、叶绿素-a浓度、海鸟分布和磷虾丰度最具影响力。

根据AES识别标准，

CRediT作者贡献声明

吴文：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督，资金获取，正式分析，数据管理。于佳禾：撰写——初稿，可视化，调查，正式分析。谢振杰：撰写——初稿，软件开发，方法论，调查，正式分析，数据管理。徐俊如：撰写——初稿，调查，正式分析。马志远：撰写——审阅与编辑，监督，资金获取，数据管理，概念构思。

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时，作者仅使用了Deepseek服务来提高手稿的可读性和语言表达。使用该服务后，作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对手稿内容负全责。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（41806132、U1706215）、海岸科学与综合管理重点实验室基金（自然资源部，2025COSIMZ004）、海洋生态保护与恢复重点实验室基金（自然资源部/福建省海洋生态保护与恢复重点实验室，EPR2023004），以及南极海域对气候变化的影响与响应（CN）的支持