《Marine Environmental Research》：Habitat Suitability Model for Predicting the Occurrence of Scleractinian Cold-Water Corals in the Gulf of Naples (Tyrrhenian Sea): a Tool for Restoration Planning and Governance of Deep-Sea Ecosystems
编辑推荐：
本研究针对那不勒斯湾深海石珊瑚冷水珊瑚分布未知的问题，通过整合高分辨率ROV观测数据、区域海洋模型输出的底层海流数据及多波束测深衍生的地形变量，应用最大熵模型（MaxEnt）精细预测了其栖息地适宜性。结果显示，约0.43 km2（占研究区0.09%）的区域为适宜栖息地（适宜性指数>0.6），主要分布于Dohrn峡谷壁及隆起海床，底层最大流速（0.10–0.18 m/s）、地形位置指数及粗糙度是关键驱动因子。该模型为Natura 2000站点划定及深海脆弱生态系统的保护与修复策略提供了科学依据。
在深邃而神秘的深海世界中，冷水珊瑚（Cold-Water Corals, CWCs）如同陆地上的热带珊瑚礁一样，是至关重要的生态系统工程师。它们构建起复杂的三维结构，为无数海洋生物提供栖息地、觅食场所以及繁殖庇护所，形成了深海中的“生物多样性热点”。然而，这些脆弱的生态系统正面临着底拖网渔业、海洋废弃物和海底资源开发等人类活动的严重威胁，因此被认定为脆弱海洋生态系统（Vulnerable Marine Ecosystems, VMEs）。尽管过去二十年在地中海西部和中部海域的冷水珊瑚记录日益增多，但对许多特定区域，如第勒尼安海的那不勒斯湾，其精细分布格局仍知之甚少，这极大地制约了有效的保护和管理措施的制定。
为了解决这一知识空白，并支持正在进行的保护行动（例如基于栖息地“1170 – Reefs”和巴塞罗那公约附录II物种的那不勒斯湾Dohrn峡谷Natura 2000站点提议），一个由Fabio Di Giovanna等人组成的研究团队开展了一项精细尺度的栖息地适宜性建模研究。他们的研究成果发表在《Marine Environmental Research》上，旨在揭示控制石珊瑚冷水珊瑚（包括常见的框架形成种 Madrepora oculata和 Desmophyllum pertusum，以及石珊瑚科Caryophylliidae的孤独珊瑚）分布的关键环境因子，并预测其在研究区内的高适宜性区域。
为了回答这些问题，研究人员整合了多源高分数据。他们利用了2001-2010年间高分辨率区域海洋模型系统（ROMS）模拟得到的底层海水温度和流速数据，以及2022年航次获取的20米分辨率多波束测深和反向散射数据。后者被进一步处理生成了一系列地形属性变量，包括水深、坡度、粗糙度、曲率、总体坡向以及6种不同尺度的地形位置指数（Bathymetric Position Index, BPI）。物种出现点数据则来源于2006年至2024年间多个航次共22条遥控无人潜水器（ROV）视频剖面的分析，最终获得了76个独立的存在记录格点。建模采用最大熵（MaxEnt）算法，经过变量筛选（剔除高相关性变量，最终保留底层最大流速、BPI (1:9)、粗糙度、水深、反向散射、曲率和总体坡向）和模型验证，生成了20米分辨率的栖息地适宜性分布图。
本研究的关键技术方法主要包括：利用遥控无人潜水器（ROV）进行海底视频观测并提取物种出现点数据；应用高分辨率区域海洋模型系统（ROMS）模拟获取底层海洋学变量（流速、温度）；基于多波束测深数据计算高精度地形属性（如BPI、粗糙度）；以及采用最大熵模型（MaxEnt）进行栖息地适宜性建模和预测。
3.1. 模型评估和变量贡献
模型评估指标显示最终模型（MaxEnt Final）具有极高的预测性能，训练集和测试集的曲线下面积（AUC）分别高达0.9963和0.9846，真实技巧统计量（TSS）为0.900。变量贡献分析表明，十年最大底层流速是预测石珊瑚冷水珊瑚分布的最重要因子，贡献度达35.3%，适宜性在流速0.10 – 0.18 m/s时最高。地形位置指数（BPI 1:9）是第二重要的预测因子（贡献度31%），适宜性随BPI值增加而升高，表明珊瑚偏好隆起的海底特征。粗糙度的贡献度为20.2%，复杂崎岖的海床地形更受青睐。总体坡向（贡献度6.1%）显示朝北至西南方向的坡面适宜性较高。水深（贡献度3.6%）的适宜性峰值出现在200-700米之间（与地中海Levantine Intermediate Water层对应），并在约1000米处有一个小峰值，可能与孤独珊瑚的出现有关。反向散射（贡献度2.4%）和曲率（贡献度1%）的贡献相对较小。
3.2. 适宜区域分布
模型预测出总面积为0.43 km2（占研究区0.09%）的区域为适宜栖息地（适宜性指数 > 0.6）。高适宜性区域主要分布在Dohrn峡谷的峡谷头部、峡谷壁以及沿峡谷中轴线隆起的海床特征上（例如500米深的尖峰）。在峡谷南段以及伊斯基亚岛（Ischia Island）以南的一个隆起地貌上也预测有零散的高适宜性斑块。而Magnaghi峡谷内未预测到显著适宜区。模型不确定性分析显示，高适宜性区域的不确定性较低，而不确定性较高的区域多集中于峡谷底部和平坦海床，这些区域通常底层流速较低且以松软沉积物为主。值得注意的是，后续的DEMETRA25航次在模型预测为高适宜性的D尖峰（D pinnacle）区域确认了一个此前未知的、由D. pertusum和 M. oculata组成的冷水珊瑚礁，初步验证了模型的预测能力。
研究结论与讨论部分强调，利用高分辨率环境预测因子成功识别了那不勒斯湾石珊瑚冷水珊瑚的精细尺度适宜性分布模式。研究发现，底层水动力条件（特别是最大流速）和海底地形复杂度（如隆起特征和粗糙度）是塑造其栖息地适宜性的关键环境驱动因子。尽管适宜栖息地总面积占比较小，但模型揭示了一些尚未被勘探的潜在适宜区，表明珊瑚分布可能超出已知范围。这项研究为未来优先开展ROV探测和高精度测绘指明了方向，例如峡谷侧翼和分支以及隆起地貌等区域。模型输出的栖息地适宜性图为该地区正在进行的Natura 2000站点划定、脆弱深海生态系统的保护管理以及未来的生态修复倡议提供了宝贵的空间决策支持。持续的监测和补充性的高分辨率测绘对于进一步验证预测结果、确保管理和修复行动基于可靠的生态信息至关重要。
