摘要
南大洋生态系统正面临资源开发和气候变化的压力1，2．缓解气候变化需要确定和保护具有生态意义的区域，但迄今为止尚未在海盆尺度上确定这些区域。在这里，通过对海洋捕食者的组合级跟踪，我们确定了这一全球重要区域的AESs，并评估了当前的威胁和保护水平。对来自17种鸟类和哺乳动物的4000多条轨迹的整合揭示了大西洋和印度洋亚南极岛屿周围以及南极大陆架上空的AESs。捕鱼的压力不成比例地集中在南极区域内，预计下个世纪的气候变化将对这些地区施加压力，特别是在南极大陆周围。目前，40°S以南海域有7.1%的海域受到正式保护，其中保护海域占总保护海域的29%。需要建立和定期修订包括海洋生态系统在内的保护网络，以长期减轻对南大洋生态系统日益增长的压力。
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确认
本文是南极研究科学委员会鸟类和海洋哺乳动物专家组(SCAR;www.scar.org)．如果没有许多帮助收集或处理数据的科学家、学生和现场助理，包括S. Adlard, A. Agüera, M. Biuw, M. A. RAATD项目就不可能实现。浴衣,j·克拉克,p .旋塞,h·考克斯m . Connan a . r . Carlini s Corsolini m . Cottin j . d . Le Croquant g . a . Danieri d·戴维斯,b . Dilley r, m·邓恩b·m·代尔s Focardi h·o·吉列,s . Haaland l . Jonsen-Humble h·凯恩,b . a .约翰c . Kroeger c a e .柠檬g . Mabille m . Marczak t·麦金太尔s McKooy j . a . Mennucci t . Nordstad c .他的r . Orben t . Photopoulou b·皮卡德o . Prud’homme, t . Raclot s Ramdohr d·h·雷蒙德·l·Riekkola g·理查德,G.罗伯逊、T.罗杰斯、K.罗伯特-加托、S.斯库姆比、T. N.蛇、E.索伊宁、A.斯佩赫特、K.史蒂文斯、J. N. Swærd、C.托什、S. G. Trivelpiece、O. S. G.特罗利、T.楚利、L. Upfold、M.勒瓦伦特、Y.渡边、M.韦格、C.惠勒、T. O.怀特海、M.威德曼、A. G.伍德、N. Youdjou和I.齐默。我们还要感谢大量的实地工作人员，没有他们这些数据就无法收集到。d·g·安利和a·康斯特布尔对手稿的早期版本进行了评论。包括SCAR、国际鸟类联盟和欧洲委员会(IUCN BEST项目)在内的超国家委员会和组织以及各种国家机构(另见作者所属机构)和基金会提供了支持和资金，包括但不限于:阿根廷(Dirección Nacional del Antártico);澳大利亚(澳大利亚南极计划;澳大利亚研究委员会;海洋世界研究和救援基金会; Australian Integrated Marine Observing System (IMOS) (IMOS is a national collaborative research infrastructure, supported by the Australian Government and operated by a consortium of institutions as an unincorporated joint venture, with the University of Tasmania as Lead Agent)); Belgium (Belgian Science Policy Office/Lifewatch), Brazil (Brazilian Antarctic Programme; National Council for Scientific and Technological Development (CNPq); Ministry of Science, Technology, Innovation and Communications (MCTIC); Ministry of the Environment; CAPES); France (Agence Nationale de la Recherche; Centre National d’Etudes Spatiales; Centre National de la Recherche Scientifique; the French Foundation for Research on Biodiversity (FRB;www.fondationbiodiversite.fr)在CESAB项目“RAATD”的背景下;基金会总;保罗-埃米尔·维克多学院;南极和亚南极环境研究工作室方案区;Australes和antarctic Françaises);德国(alfred - wegen - institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Hanse-Wissenschaftskolleg(高等研究院));意大利(在南极洲的国家Ricerche方案);日本南极考察队;JSPS Kakenhi基金201310016;NIPR硕士客座教授奖学金); Monaco (Fondation Prince Albert II de Monaco); New Zealand (Ministry for Primary Industries BRAG; Pew Charitable Trusts); Norway (Norwegian Antarctic Research Expeditions; Norwegian Research Council); Portugal (Foundation for Science and Technology); South Africa (Department of Environmental Affairs; National Research Foundation; South African National Antarctic Programme); UK (Darwin Plus; Ecosystems Programme at the British Antarctic Survey; Natural Environment Research Council; WWF); and USA (US AMLR Program of NOAA Fisheries; National Science Foundation Office of Polar Programs).
作者信息
作者和隶属关系
贡献
M.A.H.构思并领导了这个项目。学士,r.a. G.B。有机,M.N.B,商量后,宋,C.-A.B, P.B。J.-B.C,阻容,D.P.C, R.J.M.C, L.D.R, P.J.N.d.B, K.D。其中,医学博士,于,M.F, A.F, N.G, M.G, K.T.G, C.G。S.D.G, r.h.合著,J.T.H, M.A.H, L.A.H, K.R.K, a.k. R.K。G.L.K, K.M.K,提供,A.D.L,部件,订单'B.L M.-A.L。。, A.B.M M.E.I.M。,B.I.M C.R.M,答,K.W.N, E.S.N, S.O, R.A.P, P.P。一般,K.P, N.R Y.R.-C。，P.G.R., M.S., A.S.B., C.S., I.S., A. Takahashi, A. Tarroux, L.G.T., P.N.T., W.T., E.W., H.W., B.W. and J.C.X. collected and contributed data. V.A.-G., H.B., J.-B.C., S.L.C., B.D., M.A.H., L.A.H., K.J., A.K., I.D.J., M.-A.L., D.N., B.R., R.R.R., Y.R.-C., D.T., L.G.T., P.N.T., A.P.V. and S.W. processed and analysed the data. M.A.H., H.B., J.-B.C., D.P.C., S.L.C., B.D., L.A.H., I.D.J., M.-A.L., B.R., R.R.R., Y.R.-C., L.G.T., P.N.T., A.P.V., S.W. and S.L.C. drafted the paper. All authors edited and proofread the paper.
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道德声明
相互竞争的利益
台北盆地,J.-B.C D.P.C, B.D, M.A.H, L.A.H, I.D.J, M.-A.L,答,B.R。R.R.R Y.R.-C。，P.G.R., A. Takahashi, D.T., L.G.T., P.N.T., A.P.V. S.W. and J.C.X. are members of the SCAR Expert Group on Birds and Marine Mammals. S.L.C. is President of SCAR.
额外的信息
同行评审信息自然感谢Tiago Marques和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。
扩展的数据图和表
图1建模过程概述。
一个，对于特定物种(如帝企鹅)的特定生活史阶段(例如幼雏的饲养)，栖息地的重要性一个．patagonicus)使用两个模型(灰框)计算:生境选择模型(框1)和生境可达性模型(框2)。b，这些特定阶段、特定物种的栖息地重要性预测被结合起来计算多个物种的平均栖息地重要性(例如，王企鹅和南极皮海豹(Arctocephalus gazella))。在生境可达性模型中(框2)一个)到菌落的距离可以用相对菌落大小来衡量。这里显示了未加权的版本。
图2展示了19个用于模拟南大洋海洋捕食者栖息地选择的环境协变量的地图。
灰线表示主要的海洋锋线。CHLA,叶绿素一个浓度;CURR:地转流速;深度,深度;DEPTHg，深度梯度;dSHELF，到货架的距离;涡动动能EKE;冰，海冰浓度;ICEA，通过海冰的可达性;海冰浓度标准偏差ICEsd;SAL，盐度差; SHFLUX, surface heat flux; SHFLUXsd, standard deviation of surface heat flux; SSHa, sea surface height anomaly; SSHsd, sea surface height standard deviation; SST, sea surface temperature; SSTg, sea surface temperature gradient; VMIX, vertical velocity; VMIXsd, standard deviation of vertical velocity; WIND, surface wind speed. Sources and units of measurement are defined in Supplementary Table2．
图3南大洋16种海洋捕食动物的生境重要性评分。
这些地图显示了每种物种的栖息地重要性。通心粉企鹅的预测(Eudyptes chrysocome)和皇家企鹅(Eudyptes schlegeli)的组合。黑圈显示了14种繁殖物种的所有已知的殖民地位置，我们用它们来预测整个南大洋的模型。
图5物种间协变量与生境选择之间的变化关系。
散点图平滑了物种栖息地-选择模型(增强回归树)(垂直轴)和我们增强回归树模型中用作预测因子的协变量值(水平轴)之间关系的曲线(黑线)。由于黄土(局部估计散点图)平滑在计算上不可行，光滑曲线是通过薄板回归样条基拟合大型数据集的广义加性模型绘制的。完整的协变量名称和单位在补充表中提供2．生境选择值越高，表明使用的可能性越大，无论在这种情况下是否可用。每个物种的曲线都很平滑。因为每个物种对不同的生活史阶段有一到五个预测，我们对每个物种的每个细胞进行了平均的栖息地选择估计。横轴上的地毯标记表示数据点的分布。
图6南大洋潜在的环境压力源。
一个- - - - - -c，显示海冰持续时间(天)变化的地图(1987-1998年的平均值与2007-2017年的平均值相比)(一个)， SST(°c) (b)和风速(m s−1) (c)．等高线(黑色)表示AESs。d- - - - - -f，核密度图表示各值的分布一个- - - - - -c内(红色)和外(灰色)AESs。水平线表示零变化。双尾排列检验表明在每种情况下存在显著差异，每种情况下给出了测试中包含的网格单元格数量(n)．
图7 RCP4.5下AESs分布的变化。
一个，在原始结果中为AES的单元格显示为蓝色(仍为AES)或橙色(将来变为非AES)。从橙色到蓝色的渐变显示了表明AESs损失(橙色)或保留(蓝色)的气候模型的比例。同样，从白色到绿色的渐变显示了表明非AES单元格将保持为非AES(白色)或变成AES(绿色)的模型的比例。橙色和洋红色的轮廓分别表示当前和建议的MPAs。b，根据8种不同气候模式的AESs面积变化百分比(黑点)，以及这些变化的平均值(红点)。如图所示的箱形图。4．
图9层次聚类分析的树状图，显示了数据集中的物种群。
我们对物种之间的曼哈顿距离进行了UPGMA层次聚类分析，计算结果来自栖息地重要性得分。结果显示两个明显的物种群:南极(蓝色)和亚南极(品红)。座头鲸和南方象海豹(橙色)不属于任何一组，我们将它们分为两组进行后续分析。距离矩阵与树状图的综合相关系数为0.86，说明树状图较好地表征了物种间的曼哈顿距离值。值可以从0(不相关)到1(完全相关)。
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辛德尔，文学硕士，赖辛格，r.r.，罗伯特-库德特，Y。et al。追踪海洋捕食者以保护南大洋生态系统。自然580， 87-92(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-2126-y
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