南极罗斯海夏季磷虾与晶磷虾栖息地及生态位的物种分布集成模型研究

作者及发表信息
本研究由上海海洋大学朱国平教授（通讯作者）、陈壮和彭友凤合作完成，发表于《生态学杂志》（Chinese Journal of Ecology），网络首发日期为2025年4月29日。研究依托国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项（2023YFE0104500）和上海市东方英才计划拔尖项目（BJKJ2024059）资助。

学术背景
南极磷虾（*Euphausia superba*）和晶磷虾（*Euphausia crystallorophias*）是南大洋生态系统的关键物种，其分布与生态位重叠对罗斯海生态系统功能至关重要。然而，现有研究多集中于南极半岛和大西洋扇区，对罗斯海这一高纬度边缘海的局部尺度研究较少。此外，气候变化导致的海冰动态变化可能影响磷虾栖息地适宜性。本研究旨在通过集成物种分布模型（Species Distribution Model, SDM），揭示两种磷虾在罗斯海夏季的栖息地分布特征及生态位分化，为南极海洋保护区规划提供科学依据。

研究流程与方法
1. 数据收集与处理
- 物种分布数据：从全球生物多样性信息机构（GBIF）获取2010—2020年罗斯海区域（75°S—60°S，150°E—150°W）的磷虾和晶磷虾出现记录，筛选12月至次年3月的有效数据，剔除重复及生态不合理记录（如南极绕极流区域的晶磷虾记录）。
- 环境变量：选取9项环境因子，包括叶绿素a浓度（Chl-a）、硅浓度（Si）、净初级生产力（NPP）、海表温度（SST）、海表盐度（SSS）、海冰厚度（SIT）、水深（Depth）、坡度（Slope）及1000米等深线距离（Dist1000）。通过方差膨胀因子（VIF）检验共线性后，剔除Chl-a（VIF>5），最终保留8项变量。

1. 模型构建与验证

   • 集成模型算法：结合广义加性模型（GAM）、最大熵模型（MaxEnt）、灵活判别分析（FDA）和混合判别分析（MDA）四种算法，基于R语言“sdm”包构建栖息地适宜性指数（HSI）。
     
   • 模型评估：采用ROC曲线下面积（AUC）、真实技巧统计值（TSS）等指标评估性能。磷虾模型中GAM和MaxEnt表现最佳（TSS>0.7），晶磷虾模型中FDA、MaxEnt和MDA被纳入集成。
     

2. 生态位分析

   • 通过主成分分析（PCA）降维后，利用马氏距离（Mahalanobis Distance）构建生态位椭圆体，比较两种磷虾的环境适应范围。
     

主要结果
1. 栖息地分布差异
- 磷虾栖息地范围更广，覆盖罗斯海西北侧陆架坡折带及南极绕极流区域，而晶磷虾集中于特拉诺瓦湾（Terra Nova Bay, TNB）的陆架区。两者在TNB存在显著空间重叠，可能与当地冰间湖（Polynya）的高初级生产力有关。
- 环境驱动机制：磷虾分布受水深（26.5%贡献率）、硅浓度（26.4%）和Dist1000（20.1%）显著影响；晶磷虾则更依赖水深（31.5%）和SSS（11%）。

1. 生态位特征

   • PCA显示前三个主成分累计解释率80.2%。磷虾的生态位椭圆体完全涵盖晶磷虾，表明其对环境（如温度、盐度）的适应韧性更强。例如，磷虾在SST升高时适宜性显著提升，而晶磷虾对高盐度（SSS>34）环境表现偏好。
     

2. 气候变化的潜在影响

   • 晶磷虾因依赖海冰环境，可能更易受海冰缩减威胁；磷虾则因广适性可能向北扩张至巴勒尼群岛（Balleny Islands）附近海域。
     

结论与意义
本研究首次通过集成模型揭示了罗斯海两种磷虾的栖息地分异与生态位重叠模式，提出磷虾的广适性可能使其在气候变化中更具韧性。科学价值在于：
1. 为南极海洋生物资源养护委员会（CCAMLR）的罗斯海保护区管理提供空间规划依据；
2. 揭示了地形（如陆坡）和水动力过程（如罗斯环流）对磷虾分布的关键作用；
3. 强调未来需整合垂直环境数据（如混合层深度）以完善预测模型。

研究亮点
1. 方法创新：首次在罗斯海应用多算法集成SDM，结合椭圆体生态位分析，提升了局部尺度预测精度。
2. 发现新颖性：明确磷虾与晶磷虾的共存机制——空间重叠但资源利用分化（如磷虾摄食硅藻，晶磷虾依赖冰藻）。
3. 应用潜力：成果可直接支持中国南极秦岭站的生态监测计划，并为评估气候变化对南大洋食物网的影响提供基线数据。

其他价值
研究指出当前数据局限性（如冰区样本不足），建议加强秋冬季调查以揭示海冰动态对磷虾越冬策略的影响。此外，作者团队此前在布兰斯菲尔德海峡的SDM研究（陈洵子等，2022）为本研究提供了方法学参考，体现了学术积累的连续性。