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《新研究融合海洋观测数据以提供多体型类别底栖无脊椎生物多样性信息》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2023-09-17

  • 与其他海洋变量相比，生物和生态系统数据的收集、整合和分析具有更高挑战性，包括海底无脊椎动物的丰度和分布。然而，多源数据融合的方法正在极大地提高海底无脊椎动物数据的准确性，包括数据的网格化和时变格式。实现多源数据融合需要一个完整的数据生命周期方法，将采样和测量技术、体型估计、实验室分析、人工智能/机器学习、元数据和分类标准、综合数据管理和网络基础设施、建模以及转化数据和信息产品联系起来。
    国家海洋学中心（NOC）联合深海观测战略（GOOS）和海洋生物多样性观测网络（MBON），建立了新的GOOS基本海洋变量（EOV），包括：（1）量化动物体型；（2）确定良好的采样体型光谱量化；（3）通过人工智能和机器学习进行自动化和半自动化信息处理；（4）应用元数据标准，如Darwin Core；（５）通过国际公认的接入点（例如OBIS）提供数据。这些实践将支持指标类群、生物多样性、生物量的评估，以及在时空连续上得的碳储量和流量的建模。（熊萍 编译）

  • 原文来源：https://noc.ac.uk/news/best-practices-understanding-protecting-life-oceans-vast-seafloor
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相关报告

  • 《海洋生物对海洋变化的适应性研究》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：mall
    • 发布时间：2019-02-18
    • 美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的研究人员报告了20年前发生的一个事件导致南极洲一角发生严重生态剧变的事件及后果，研究探讨了海洋生物适应突然变化的能力。 麦克默多湾是美国一个研究基地的所在地，也是世界上最南端的海洋生物栖息地。它的东面是一个大岛，西面是南极大陆，南面是罗斯冰架。这个大陆架的海冰通常在夏天沿着湾的东侧断裂。 由于洋流的对比，湾的东西两侧有不同的海底生物群落。东南侧有火山的湾区主要是海绵和称为苔藓虫的无脊椎动物，而西侧靠近新港口的两个研究地点处的泥泞海底发现的生物则与深海有机体相似。 在20世纪60年代和70年代，Paul Dayton教授和其他研究人员广泛研究了底栖动物。研究人员建立了人工基质—无脊椎动物可以附着在其上生长的表面。他们安装了在木桩上或悬浮在浮筒下的树脂玻璃板的阵列，通过将一些阵列抬离海底，科学家们可以观察到无脊椎动物，如海绵，是如何在较少暴露于自然底栖捕食者和竞争对手的情况下生存的。这些基质一直保留到今天，并定期对研究人员开放回访。 Dayton的一次回访发生在2010年。十年前，冰山从罗斯冰架上脱落，阻断了正常的水流，把食物带到麦克默多湾。冰盖使湾区的一部分在一年中的某一段时间暴露在阳光下，并在几年内陷入黑暗。在这一时期的相关发展中，变暖条件导致冰川融化和径流增加，以及冰架底部的融化。显然，融化的冰释放出大量的铁，这些铁被束缚在冰中（铁是某些光合浮游植物的重要营养物质）。 2016年的一项研究报告称，1990年至2010年期间，在西湾最南端的研究地点三文鱼湾（Salmon Bay）上方的一个相对较小的冰川发生了一场大洪水。洪水开辟了一条通向大海的新航道，将海滩埋在近一米厚的砾石下，并在研究人员建立的一个水下实验场地上沉积了近两英尺厚的沉积物。在航空和卫星拍摄的冰川照片中，几乎没有融化的迹象，但释放出大量内部融化的水。 Dayton提到，这一观测结果显示了冰川融化的复杂性，这不能仅仅通过空中测量来评估。在这种情况下，几乎所有的生物体都被海湾上大量的沉积物掩埋和杀死，这为生态学家提供了一个研究生态群落如何恢复的机会。 Dayton和他的同事在2016年的第二篇论文中报告了几十年前悬浮在底部以上的人工表面上的显著变化。它们实际上已经25年没有生物活动了，但是在20世纪90年代末到2000年，在冰山从罗斯冰架上脱落后，它们突然被生长缓慢的海绵所覆盖。到2010年，所有的玻璃板由于海绵的重量都发生了沉降，与此同时巨型冰山阻挡了整个湾区。 麦克默多湾的另一面也存在差异。在这里，70年代中期在新港建立了软底生境的基线横断面，到80年代没有观察到任何重要的变化。对20世纪70年代的横断面进行详细的重新测量后显示出了一些变化，如蛤蜊、沉积物喂养的海胆和海星等滤食动物几乎消失了。这些无脊椎动物被认为是依靠水柱中较大的浮游植物颗粒作为食物，而被其他物种取代，例如一些多毛蠕虫和食用微小浮游植物的苔藓虫。 这些变化都与正常的海洋运输系统被冰山阻塞有关系。作者认为，这改变了那里生物所能获得的营养物质的性质。生态系统中铁的增加，使浮游植物的大小分布从蛤和海胆所需的相对较大的颗粒转变为多毛类消耗的非常小的颗粒。Dayton推测，随着气候变暖和冰雪条件的开放，早期的分布和丰度模式将回归。 这些研究为未来的生态学家提供了一套完全独特的长期数据，使他们能够评估由于海洋和冰环境的变化而导致的许多预期变化，这种理解可以作为未来几十年保护工作的基础。 （王琳 编译）
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  • 《小规模，大影响：对佛得角群岛海洋生物多样性的新见解》
    • 来源专题：深海资源开发
    • 编译者：徐冰烨
    • 发布时间：2025-05-21
    • 新研究将全面的跨学科数据集与小规模的物理海洋过程联系起来20.2025年5月/基尔/明德洛。为什么佛得角群岛周围的海洋却生机生，尽管位于大西洋营养最贫乏的地区之一？由基尔GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心领导的一项新研究提供了答案。通过分析二十年的跨学科观测数据，研究团队确定了三个关键的小规模物理过程——涡流、内波和风驱动的岛屿尾迹——这些过程推动了营养物质从深海向地表的上运输。这些局部动态提高了生物生产力，并塑造了该地区海洋物种的分布。这项研究展示了看似混乱的海洋模式如何揭示潜在的生态结构，并为海洋数字孪生的进一步发展铺平了道路。佛得角群岛位于西非海岸外约600公里处，是大西洋开放中部的生物多样性热点。尽管环境普遍为寡營養，但岛屿周围的水域却踵涌动着鲸鱼、海豚和大群鱼类。现在，由GEOMAR Helmholtz基尔海洋研究中心领导的研究人员首次详细解释了为什么这些岛屿在生物学上如此丰富：小规模的物理过程——如海洋涡流、潮汐和风——创造了一个微生境的马赛克，每个微生境都有自己的特征。这些动态条件构成了该地区特殊海洋生物多样性的基础。 二十年的跨学科数据 这项研究基于一个异常丰富的数据集，包括34次研究考察的结果、自主水下滑翔机的测量结果、卫星观测和长期海洋停泊的数据。该团队结合了物理、化学和生物参数，以发现电流、营养物质可用性和物种组成之间的关系。 第一作者、GEOMAR物理海洋学助理教授Florian Schütte博士说：“只有结合所有这些不同的数据源，我们才能识别仅使用物理数据就看不见的模式。”这些发现不仅为生态系统提供了新的见解，还为数字工具奠定了基础，如耦合生态系统模型，甚至是海洋数字孪生——一个集成了大量跨学科数据集的虚拟模型。Schütte解释说：“我们在这里所做的本质上是数字孪生的核心理念：汇集多种观点来理解整个系统。” 三个关键过程将营养物质带到表面 从大量数据集中，研究人员确定了三种物理机制，这些机制推动硝酸盐（大西洋浮游植物生长的关键限制营养素）从更深层向上运输到地表，在那里它推动了生物生产力： 风驱岛唤醒： 第一个机制涉及“岛屿尾流”——当稳定的东北贸易风被Santo Ant?o和Fogo的高火山峰偏转时形成的漩涡风模式。这些风变形产生了强烈的局部剪切区，进而产生小而高产的水涡。这些涡流增强了水柱中的垂直混合和营养物质的运输。中尺度海洋涡流： 第二个过程涉及大型海洋涡流——所谓的“中尺度涡流”，直径高达120公里。这些特征经常在西非海岸形成，在那里它们捕获寒冷、营养丰富和更新鲜的水，并将其向西向维德角群岛。当这些涡流遇到岛屿或浅水区时，它们会释放出营养丰富的核心，并增强局部垂直混合。内部潮汐： 第三个机制是潮汐与岛屿陡峭的水下地形相互作用的结果。佛得角群岛位于一个深水域（佛得角盆地），深度为3000至4000米。在这里，定期的潮汐被海山和岛屿斜坡破坏，产生所谓的内部潮汐波。这些波在不同密度的海洋层中振荡，可以传播很远的距离——或者在遇到陡峭的斜坡或浅水区时会破裂，就像地表海浪在海滩上破碎一样。当内波破裂时，它们释放出大量能量，极大地增加了垂直混合。这种影响在Santo Ant?o以南尤为强烈，GEOMAR在那里记录了有史以来测得的最高混合率——伴随着流动速度是原始深海潮汐流的几倍。 关键见解：物理学决定了谁住在哪里 Schütte博士解释说：“所有这些过程都将硝酸盐带入阳光照射的表层，在那里刺激浮游植物的生长——这是所有海洋生物的基础。”这些生产区表现出多达十倍的浮游动物生物量，更高的渔获量和更多的鲸鱼目击。即使是佛得角地区鲭鱼和金枪鱼的年渔获量也与这些小规模物理过程的强度和相关的叶绿素水平密切相关。 但这项研究的关键发现超出了生产力：它表明，不仅生命的数量，而且存在的生物体的类型也取决于潜在的物理动力学。浮游动物群落在以潮汐混合、风驱动的岛屿尾迹或大型海洋涡流为主的地区之间存在明显差异——这些差异似乎将食物链传播到鱼类和海洋哺乳动物。 Schütte说：“在潮汐占主导地位的地方，我们发现与受风或涡流影响的地区不同的动物。”“过去看似混乱的多样性现在呈现出可识别的模式。我们开始构建海洋——并了解生物多样性是如何出现的。” 海洋保护和可持续利用的相关性 这项研究首次详细揭示了佛得角群岛周围的海洋生物多样性是如何被物理海洋过程和水下地形塑造的。这种整体观点为了解整个生态系统提供了关键基础——从物理驱动因素到微观藻类、鱼类和鲸鱼。 这种系统性的观点对海洋保护和可持续渔业管理尤为重要。到目前为止，许多渔业决策主要依赖于渔获量统计数据。这项研究表明，前瞻性海洋监测需要更多：跨学科数据收集，捕捉物理、化学和生物过程——理想情况下，与卫星数据和现场长期观测相结合。
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