介形虫作为海洋沉积物有机质富集的指标（地中海亚得里亚海）：生态分组及其在古环境研究中的应用

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Ostracods as indicators of organic enrichment in marine sediments (Adriatic Sea, Mediterranean): ecological groups and applications in palaeoenvironmental studies

　　

介形虫在古环境重建和环境监测中代表了重要的代用指标，然而，与大型底栖生物和底栖有孔虫等其他底栖生物类群相比，其对有机质富集的生态响应尚未得到充分量化。在此，研究人员基于一个先前发表的、包含298个样品的大型数据集，采用加权平均方法，首次对亚得里亚海（西地中海）介形虫物种对总有机碳（TOC）的耐受性进行了大规模评估。九十个海洋物种被划分为五个典型的生态分组（Ecological Groups, EGs）：二十六个敏感物种（EG I），三十一个无差异物种（EG II），二十三个三级机会物种（EG III），十个二级机会物种（EG IV），以及三个一级机会物种（EG V）。这一分类使得开发一种新颖的Ostra-AMBI指数成为可能，该指数是AZTI海洋生物指数（AZTI Marine Biotic Index, AMBI）的改进版本，基于物种对有机质富集的特定耐受性。物种分配的可靠性得到了显著正相关的支持，在一个独立的测试数据集上，Ostra-AMBI与TOC（R²?=?0.59）和Foram-AMBI（R^{2?=?0.75）均表现出显著正相关。除了提升介形虫作为可靠海洋（古）生态指标的地位外，研究结果还揭示了介形虫生态分组分布与亚得里亚海沉积物输送体系之间的清晰联系，反映了河流羽流、洋流驱动的沉积物分散和有机质积聚之间的相互作用。敏感和无差异物种在沿海带和中北部陆架占主导地位，而机会物种则在TOC富集的沉积物（即亚得里亚海泥楔和深海盆地）中盛行。尽管需要进一步研究来完善Ostra-AMBI指数，但这项工作强调了整合生物学和沉积学过程对于环境和地层学研究的重要性。}

**论文解读**

海洋环境正日益受到气候变化、人类开发和各种污染源的威胁，这些因素损害了海洋的生态功能和生物多样性，包括重金属和烃类等化学污染物，以及市政废水和塑料等。人类活动对海洋生态系统的影响因陆地产生的有机和无机污染物积累而加剧，这些污染物通过河流释放，随后被洋流重新分配，甚至远离河口，遵循着沉积物输送系统。因此，对生态质量状况（Ecological Quality Status, EcoQS）进行定量评估对于实施可持续性行动计划以及恢复和减缓策略至关重要。采用基于生态系统的、包含生物指标的方法是必要的，但这是一个具有挑战性的问题。因此，深入理解相关过程并了解特定场地的参考条件对于有效量化与自然原始状态的偏差至关重要。

在过去几十年里，大量基于软底底栖生物群落结构和组成的生态指数已被开发并在全球范围内应用。其中，多样性和敏感性指数应用最为广泛，并因其优势和局限性受到了严格评估。自Borja等人（2000）对大型底栖生物的开创性工作以来，基于物种对有机质富集敏感性的AZTI海洋生物指数（AMBI）已被广泛采用，并扩展到具有可化石化外壳的生物，如软体动物和有孔虫。这些类群对包括有机质富集在内的多种环境胁迫因子具有高度敏感性是众所周知的，AMBI的应用为追溯古生态质量状况（PaleoEcoQS）提供了机会。此外，通过对定年良好、连续的岩芯沉积序列的分析，这一方法弥补了过去与现在之间的差距，改进了生态质量比（Ecological Quality Ratio, EQR）的量化。

在海洋底栖生物中，介形虫（微型甲壳动物）作为一个显著的类群，具备可靠（古）生态指标的关键特征：i) 双瓣钙质壳体具有高保存和化石化潜力，ii) 特定的生态需求和对环境胁迫因子的快速响应，iii) 高生物多样性及广泛的地理和环境分布，iv) 在沉积记录中丰度高。然而，介形虫物种对有机质富集的具体响应迄今尚不清楚，也未被分配到按照Borja等人（2000）定义的生态分组（EGs）中。这些局限性阻碍了介形虫在评估随时间推移的环境影响中的应用，也阻碍了Ostra-AMBI指数的发展。

本研究旨在通过调查将介形虫物种分配到通常用于软体动物和底栖有孔虫的五个生态分组的可能性，来填补这一知识空白。研究人员使用Breman（1975）发表的来自亚得里亚海（中地中海）的广泛数据库，首次大规模分析了介形虫物种与有机质富集（以总有机碳（Total Organic Carbon, TOC）量化，这是评估EcoQS的常用参数）之间的关系。该数据库包含约300个样品，分布水深从几米到超过1200米，包括非生物参数（深度、砂含量和有机质）和介形虫数据（采集时的总组合）。

研究区域亚得里亚海是一个呈西北-东南延伸的狭长陆表海盆地，通过奥特朗托海峡与地中海相连。其海底地貌反映了末次冰盛期至今的地质过程。研究数据来源于Breman（1975）的数据库，该数据库基于1962年采集的360个抓样和岩芯顶部样品，其中298个样品被制备并进行了微体古生物学分析。研究人员对来自数据库的介形虫物种名录进行了审核，最终筛选出90个海洋物种。随后，根据每个物种在TOC梯度上的丰度分布和生态学知识，将它们分配到五个生态分组中。

**研究结果**部分首先展示了**物种到生态分组的分配**。基于对214个样品组成的校准数据集的分析，研究人员为90个海洋物种确定了加权平均值最佳值（optimum）和容忍范围（tolerance range），并据此将它们归类为五个生态分组（EG I至EG V）。这构成了Ostra-AMBI指数开发的基础。**Ostra-AMBI指数的开发与验证**是第二个关键结果。研究人员基于物种分配开发了Ostra-AMBI指数，并使用一个独立的84个样品的测试数据集对其可靠性进行了验证。结果显示，Ostra-AMBI值与TOC含量以及来自相同样品的有孔虫AMBI（Foram-AMBI）指数均呈现显著的正相关关系，证实了该指数的有效性。**生态分组分布与沉积体系的关系**的分析揭示了介形虫群落结构受沉积物输送过程控制。研究发现，敏感和无差异物种（EG I和II）在靠近主要河流输入的近岸带和中北部陆架占优势，而机会物种（EG III-V）则在TOC较高的远端沉积区（如亚得里亚海泥楔和南部/中部盆地）占优势。这种分布模式与亚得里亚海的洋流驱动的沉积物分散路径高度吻合。

**结论**部分总结道，这项概念验证研究首次将地中海90个介形虫物种分配到生态分组中，支持并加强了将介形虫用作海洋环境中有机质富集梯度和汇聚点生物指标的应用。该研究通过利用一个校准数据集定义了每个物种对TOC的加权平均最佳值和容忍范围，并通过一个独立的测试数据集验证了由此产生的Ostra-AMBI指数的可靠性。研究结果表明，在一个受河流输入强烈影响的盆地（如亚得里亚海），河流羽流与洋流的相互作用是控制介形虫分布的主要驱动因素，类似于在有孔虫中观察到的现象。具体而言，与主要有机质来源（如波河）的邻近性并不是唯一需要考虑的因素，因为沉积物分散机制（亚得里亚海洋流）控制着细粒沉积物（及与其相关的有机质）的最终沉积位置，从而决定了介形虫生态分组的分布格局。因此，本研究强调，在解释介形虫组合的生态意义时，整合生物学和沉积学过程是必要的。Ostra-AMBI指数的发展为古生态学、环境科学和地质学研究者提供了一个新的定量工具，用于评估过去和现在的海洋生态质量状况。