整合物种分布模型（iSDM）在深海海洋生境中的应用：挪威延伸大陆架的知识空白

《Ecological Informatics》：Application of an integrated Species Distribution Model (iSDM) for deep-sea marine habitats: Knowledge gaps in the extended Norwegian continental shelf

　　

北极洋中脊（AMOR）具有较高的物种丰富度估计值和中等偏高的相关不确定性。当前挪威大陆架的整合物种分布模型（iSDM）需要更多的生物多样性数据以降低不确定性。采样努力的空间模式需要进一步与iSDM预测的真实生物结构相区分。

**研究背景与问题**

挪威议会于2024年开放了挪威海中面积281,208 km²的区域用于商业深海采矿，该区域包括活动热液喷口、非活动硫化物矿床以及铁锰和富钴结壳，这些底质为深海底栖生物提供了栖息地。尽管采矿进程在2025年被推迟，但资源需求预示着未来开采的高度可能性。环境管理需要了解该区域的生物多样性、生态系统功能和潜在影响，以评估和减少人类活动对深海生态系统的干扰。四层缓解层级（避免、最小化、补救、抵消）为评估开采活动提供了框架。在克拉里昂-克利珀顿区（CCZ）的国际水域，国际海底管理局（ISA）曾在开采前设立特别环境利益区（APEIs），但后续研究显示一些资源丰富区域未得到充分测试，且这一过程耗时近十年。挪威迄今已有生态和生物重要区域（EBSAs）和海洋保护区（MPAs）的研究，但尚未将其系统纳入开采规划。因此，有必要在规划阶段应用环境管理工具。整合物种分布模型（iSDM）能够整合来自不同采样协议的数据，并区分真实生物模式与采样偏差，因而适用于该区域生物多样性评估和环境规划。

**研究内容与意义**

研究人员利用挪威延伸大陆架过去150年的开放数据，通过iSDM预测多毛类、软甲类、腹足类和双壳类四个主要类群的物种丰富度，旨在识别该区域的知识空白和数据不足区域，为挪威深海采矿开放区的保护和管理提供基线信息。该研究以独特的时空尺度对挪威海进行探索性分析，重点关注空间不确定性，以满足对特定地点的基线生物多样性数据的需求。其意义在于为深海采矿的环境管理提供知识基础，支持四层缓解层级中的避免和最小化策略。

**方法概述**

研究人员从全球生物多样性信息机构（GBIF）、海洋生物多样性信息系统（OBIS）、欧洲海洋观测数据网络（EMODnet）以及1876–1878年北大西洋挪威探险数据中编译生物数据，经质量筛选后识别出结构化数据集，以定义采样事件和非出现记录。环境协变量选用深水温度（DST）和深度变率（代表栖息地异质性），标准化至10 km²分辨率，并加入二次项以解释非线性关系。模型采用点过程方法整合不同采样协议，每个类群按物种分组成子模型，并加入一个共同种以共享采样过程信息，在挪威国家高性能计算设施上运行。最终模型输出为相对物种丰富度指数，同时计算了不确定性和采样密度。

**研究结果**

环境协变量效应方面，深度变率对所有四个类群的影响均为最大值；深水温度对多毛类呈正效应，而对双壳类、腹足类和软甲类呈负效应。

采样密度模式显示，四个类群的采样密度高度相似，主要集中在挪威中部和南部沿海以西，以及北部海岸以北；多毛类和软甲类在斯瓦尔巴群岛以南有零散采样。总体上，采样努力的空间分布极不均匀。

物种丰富度估计显示，在覆盖大部分开采区的海洋丘陵和山脉地带，即AMOR，物种丰富度最高，指数接近1；大陆架坡折处丰富度较高，向深海平原和斯瓦尔巴海岸方向逐渐降低。在深海平原上，软甲类的丰富度明显高于其他三个类群。

不确定性分析表明，AMOR的不确定性为中等偏低，但其中双壳类的预测不确定性较高；离岸区域普遍具有高不确定性，而挪威中部以西的陆坡和坡麓平原以及扬马延岛周围相对较低。斯瓦尔巴群岛周围大陆架区域的不确定性显著高于其他区域。

**讨论与结论**

讨论指出，丰富度分布与深度变率和深水温度的最大值区域相符，但需要更详细的数据以明确具体关系。高不确定性不一定意味着低丰富度，也可能反映采样不足。现有海洋景观类型与预测结果一致，但局部尺度的地貌元（geomorphons）数据有助于识别多样性热点和生物富集区域。研究人员建议利用遥控潜水器（ROVs）、自主水下航行器（AUVs）和滑翔机等装备环境传感器，提高数据覆盖并降低模型不确定性。关键环境变量（KEVs）如沉积物粒度、底质类型以及幼虫扩散和连通性应纳入未来模型。研究还强调遵循FAIR原则（可发现、可访问、可互操作、可重用）的数据共享，以提高模型的可重复性和保真度。结论部分指出，挪威海存在显著的知识空白，需要更多生物多样性数据来区分真实生物结构与采样努力的空间模式，并为深海采矿的环境管理提供坚实基础。该iSDM为区域物种丰富度评估提供了起点，有助于在开采前建立环境基线，支持四层缓解策略中的避免和最小化措施。