斯科舍海南极大磷虾种群结构动态及输送机制研究

As a large crustacean zooplankton inhabiting the Southern Ocean, Antarctic krill (Euphausia superba Dana) is a key linking between primary production and vertebral predators and plays a role of key species in the food web of the Southern Ocean. The Scotia Sea is the important distributional area for Antarctic krill population and also a good fishing ground for Antarctic krill fishery, however, some key scientific issues, such as spatial-temporal distribution, population structure and transport mechanism of Antarctic krill in this area cannot be elucidated very well because of complex topographical features and varying environmental effects, particularly ocean fronts and sea ice. Therefore, using the multi-year and multi-cruise large-scale station-fixed surveys and combing with the fishery surveys, the proposal attempts to analyze the spatial-temporal distribution of Antarctic krill and further to understand the dynamics of population structure. Combined with the life history traits and population structure of Antarctic krill, using the large-scale ocean circulation model, Finite-Volume Coastal Ocean Model (FVCOM), the proposal attempts preliminarily to structure the couple biological-physical model to investigate the transport mechanism of Antarctic krill in the Scotia Sea. The result of the proposal will upgrade the research depth of marine ecosystem in the Southern Ocean and provide the important scientific references for the feedback management of Antarctic krill population/fishery in the Scotia Sea.

南极大磷虾（Euphausia superba Dana，下简称磷虾）为栖息于南大洋水域并拥有复杂生活史特性的大型甲壳类浮游动物，其是南大洋食物网中初级生产力与脊椎型捕食者之间的主要联系者，是南大洋食物网中的“关键种”。斯科舍海为磷虾的主要分布水域，也是磷虾渔业的主要渔场，但因该海域复杂的地形特征、多变的海流及海冰等的综合效应，涉及该海域磷虾时空分布、种群结构及输送机制等方面的科学问题尚未得到较好的阐明。为此，通过多年多航次固定站位调查，结合渔业调查，本课题研究斯科舍海磷虾资源时空分布，掌握其种群结构特征；在结合磷虾生活史特性和种群结构的基础上，利用大尺度海洋环流模式——非结构有限体积法海洋模式（FVCOM），初步构建生物-物理模型，探究其在斯科舍海的输送机制及其影响因素。本课题的研究成果可望提升南大洋海洋生态系统的研究深度，并为斯科舍海磷虾资源养护及反馈式渔业管理提供重要的科学依据。

南极磷虾作为南极海洋生态系统的“关键种”，是初级生产者与上层营养级生物碳转移的主要链接者，同时也是南极最重要的渔业资源。斯科舍海作为磷虾资源重要渔场及生态场，该海域磷虾的种群结构及输送机制迄今为止仍不清晰。本项目利用不同生物学手段分析了斯科舍海磷虾种群结构的时空特征，并利用FVCOM开发了一套国内首套南极海域海洋数值模式，结合多元、多层环境场信息综合分析了斯科舍海磷虾输送的关键影响因素。研究结果表明：磷虾的摄食策略于区域性、时间性及个体性等不同维度上均存在一定的差异性。斯科舍海不同区域之间磷虾集群特性存在显著差异，且海况对磷虾集群影响较大。对于斯科舍海域磷虾中心渔场——布兰斯菲尔德海峡和南乔治亚岛两区域的磷虾种群而言，冬季磷虾种群结构存在较为显著的年际和年间变化，即夏季于布兰斯菲尔德海峡以及南极半岛北侧水域更多地以硅藻为摄食对象，而至冬季于南乔治亚岛水域更多地摄食异养生物，如桡足类等。南设得兰群岛北侧较深水区水团垂向结构明显，而布兰斯菲尔德海峡内，威德尔海过渡水特征较为明显，该水团几乎占据整个布兰斯菲尔德海峡。这种复杂的水文结构显著影响了磷虾种群的分布以及输送，海冰的年际以及季节性变动又使得输送至南乔治亚岛的磷虾过程更为复杂且难以预测。海冰为影响磷虾种群输送受季节影响的最大因素之一。以上均为影响磷虾输送的重要因素。除此之外，FVCOM模拟结果显示，布兰斯菲尔德海峡及周边海域以半日潮所产生的潮汐余流占主导。拉格朗日粒子追踪实验证实了在研究跨陆架物质输送时，考虑潮汐动态的重要性。通过大量的国际合作与交流，课题组完成了全球首次环南极磷虾资源夏季同时段并行调查。综合上述科学研究与技术成果，课题通过背景报告的形式提交给国际管理机构——南极海洋生物资源养护委员会（CCAMLR），为支撑我国的南极权益维护，如南极海洋保护区的推进以及磷虾资源的合理利用做出了显著的贡献。