北极海域大型底栖生物群落的时空格局及其对环境变化的响应

Macrobenthic community, as an important part of Arctic ecosystem, is a recognized indicator of potential changes in ecosystem caused by global warming. In recent decades, climate change and increased focus on rapid change in Arctic Seas have fueled interest all over the world. It helps to explore spacial and temporal variation of macrobenthic community and its response to environmental changes by studying on macrobenthos collected from different survey areas and expeditions. However, so far, studies on such area have been rarely done in China. This project intends to reveal the spatial-temporal dynamic distribution of macrobenthic biodiversity, secondary productivity and population dynamics through thorough systematic and in-depth analysis of the samples collected during the first, fourth and fifth CHINARE (Chinese Arctic Research Expeditions)(1999～2012) from Bering Sea and Western Arctic Ocean (including Chukchi Sea, Beaufort Sea, Chukchi Plateau and Amerasia Basin) by team members. Further more, correlation analysis between macrobenthos and environmental factors will be carried out to understand the impacts of pelagic-benthic coupling and spatial heterogeneity on macrobenthic community. Finally, we attempt to explore the status of macrobenthic community and population dynamics affected by disturbance and its response to environmental changes, under the background of global warming, especially during the recent decades.

大型底栖生物群落是北极海洋生态系统的重要组成部分，对气候变化引起的生态系统潜在变化有很好的指示作用。近年来，北极的快速变化引起全世界的关注，对北极不同时期不同海域的大型底栖生物群落进行分析和研究，有助于探究气候变化背景下北极大型底栖生物群落的时空变化及其对环境变化的响应，而我国在这方面的研究几乎空白。本项目拟对项目组于中国北极科考第1、4和5航次期间（1999～2012年）在白令海和西北冰洋（楚科奇海、波弗特海、楚科奇海台和美亚海盆）所获得的大型底栖生物进行系统分析，了解白令海和西北冰洋大型底栖生物的群落结构、生物多样性和次级生产力的时空分布，分析大型底栖生物与环境因子的相关性以了解水层-海底耦合和空间异质性对大型底栖生物群落的影响，探索全球变暖和人类活动干扰背景下大型底栖生物的种群动态、群落受扰动的现状及其对环境变化的响应。

大型底栖生物群落是北极海洋生态系统的重要组成部分，对气候变化引起的生态系统潜在变化有很好的指示作用。近年来，北极的快速变化引起全世界的关注，本研究对白令海和西北冰洋的大型底栖生物群落的分布格局进行分析，探讨气候变化背景下北极大型底栖生物群落的时空变化及其对环境变化的响应。.四次北极考察共在白令海和西北冰洋获得大型底栖生物14门20纲53目132科415种，主要优势种有Heteromastus filiformis、Nephtys cacea、Lumbrineris fragilis、Tharyx pacifica、Nucula tenuis、Macoma calarea、Nuculana pernula radiata、Musculus discors、Chionoecetes opilio、Harpiniopsis vadiculus、Echinarachnius parma、Ophiura sarsii、Ctenodiscus crispatus、Golfingia margaritacea等。.为了更好地量化海底生产力及能量转换率，对白令海和西北冰洋的底栖次级生产力进行估算，结果显示：白令海和西北冰洋大型底栖动物的平均栖息密度、生物量、次级生产力P、P/B分别为727±1320 个•m-2、597.2±1603.6 g•m-2、220.6±341.5 kJ•m-2•y-1、0.4±0.2 y-1和581±833 个•m-2、481.6±888.7 g•m-2、247.5±369.3 kJ•m-2•y-1、0.6±0.2 y-1。.分析表明，底质类型、水流和水深是影响底栖生物群落分布和次级生产力高低的主要因素，而水温是影响底栖能量转换率的主要因子。得益于上层水体较高的生物生产力和较强的水层-海底耦合，白令海陆架和陆坡区、波弗特海陆架和陆坡区、楚科奇海陆架区均有较高的生物多样性和底栖次级生产力，尤其是白令海北部陆架区和陆坡区以及楚科奇海南部和东北部陆架区；相反，白令海和西北冰洋海盆区因其HNLC特性及颗粒有机碳输入的匮乏导致该区域的底栖次级生产力极低。与南大洋大致相似，白令海和西北冰洋大型底栖动物的能量转换率相对较低，持续的低温环境抑制了大型底栖动物的新陈代谢过程，于是其所摄取的食物和能量主要被用于个体的增长以及越冬的能量储备，并非繁殖后代。