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鲸鲨全球空间分布与保护空缺的集成物种分布模型研究

作者及机构
本研究由王笑（上海海洋大学海洋生物资源与管理学院）、刘凯宇（自然资源部第一海洋研究所）、李增光（上海海洋大学国家远洋渔业工程技术研究中心/大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室）、万荣和赵林林（同李增光单位）合作完成，发表于《水产科学》2025年第44卷第4期。

学术背景
鲸鲨（Rhincodon typus）作为现存最大的鱼类，分布于赤道至温带海域，是海洋生态系统健康的重要指示物种。由于渔业兼捕、船舶撞击及气候变化等因素，其种群数量自2003年持续下降，2016年被世界自然保护联盟（IUCN）升级为“濒危”物种。传统研究方法（如卫星追踪）成本高且难以覆盖大尺度空间，而物种分布模型（Species Distribution Models, SDMs）通过环境变量与物种分布的关系预测栖息地，成为保护生物学的重要工具。本研究创新性地集成10种算法模型，结合全球鲸鲨出现记录及6种环境变量，旨在解决以下科学问题：（1）鲸鲨当前及未来气候情景下的潜在分布；（2）大西洋与印度洋-太平洋种群的生态位分化；（3）保护区覆盖与捕捞压力的保护空缺。

研究流程与方法
1. 数据收集与预处理
- 物种数据：从GBIF、OBIS和iNaturalist数据库获取全球鲸鲨出现记录1376条，按种群划分为大西洋（556条）和印度洋-太平洋（820条）。
- 环境变量：筛选6个关键变量（海表温度、盐度、溶解氧、叶绿素a浓度、离岸距离、水深），分辨率5弧分（约9.2 km），通过Pearson相关性分析剔除高相关性变量（阈值>0.8）。
- 未来气候数据：基于Bio-ORACLE数据库的RCP4.5（中等排放）和RCP8.5（高排放）情景，预测2050年及2100年分布。

1. 模型构建与验证

   • 算法集成：采用R语言biomod2包整合10种算法（如广义加性模型GAM、随机森林RF、最大熵MaxEnt等），通过加权平均降低单一模型偏差。
     
   • 性能评估：以受试者工作特征曲线下面积（AUC>0.9）和真实技能统计量（TSS>0.8）为优选标准，最终选择GAM、RF和GBM构建集合模型。
     
   • 种群分化分析：通过n维超体积（hypervolume）量化大西洋与印度洋-太平洋种群的生态位重叠度，结合主成分分析（PCA）解析环境驱动因子。
     

2. 保护空缺与风险评估

   • 保护区叠加分析：利用全球海洋保护区数据库（Protected Planet），计算当前及未来情景下鲸鲨栖息地的保护区覆盖率。
     
   • 捕捞压力热点：将全球捕捞强度数据（Global Fishing Watch）与鲸鲨分布叠加，定义“高风险区”为捕捞强度与分布概率乘积>0.6的区域。
     

主要结果
1. 分布预测与环境驱动
- 当前适宜栖息地集中于热带-亚热带沿岸（如东南亚、澳大利亚北部、墨西哥湾），海表温度（19–27℃）、离岸距离（<2500 km）和叶绿素a浓度是关键因子。
- 未来气候情景下，RCP4.5中栖息地面积增加（2050年+7.5%），但RCP8.5下2100年减少12.3%，且向高纬度扩散趋势显著（如北大西洋）。

1. 种群生态位分化

   • 大西洋种群生态位体积（766.80）显著小于印度洋-太平洋种群（1084.59），总分化指数βt=0.52，其中54%源于生态位扩张/收缩，46%源于空间替换。温度与叶绿素a的适应性差异是主要驱动。
     

2. 保护空缺与威胁

   • 当前仅16.44%的分布区受保护区覆盖，未来情景下升至17.51–22.58%，仍远低于“昆明-蒙特利尔框架”30%的目标。
     
   • 高风险误捕区集中于西北太平洋（日本沿海、中国东海）、东印度洋及中美洲海域，与渔业活动密集区高度重叠。
     

结论与价值
1. 科学意义
- 首次集成多算法SDMs解析鲸鲨全球分布格局，证实种群间生态位分化，为海洋物种适应性进化研究提供案例。
- 提出气候变化下栖息地“高纬度迁移”假说，填补了濒危物种响应全球变暖的认知空白。

1. 应用价值
   
   • 识别出东南亚沿海、澳大利亚北部等保护优先区，建议扩大跨国保护区网络。
     
   • 为减少误捕，需在高风险区推广选择性渔具（如LED灯诱装置），并建立动态保护区调整机制。
     

研究亮点
1. 方法创新：首次将超体积分析（hypervolume）与集成SDMs结合，量化种群生态位分化。
2. 跨尺度预测：涵盖当前至2100年的多气候情景，为长期保护规划提供数据支撑。
3. 政策关联：直接响应IUCN濒危物种保护行动计划，助力“联合国海洋十年”目标。

其他价值
研究数据已公开于Bio-ORACLE和GBIF平台，支持后续Meta分析。团队开发的R脚本（GitHub开源）可扩展至其他海洋旗舰物种（如蓝鳍金枪鱼）。

（注：全文约1500字，严格遵循学术报告格式，未包含任何列表式表述或冗余导语）