主要观点总结
文章主要研究了全球变暖条件下海洋热浪对地球生境和海洋生物的影响。分析表明，尽管存在多次强烈的海洋热浪事件，但累积强度对鱼类生物量的影响并不大。研究发现，在夏季发生的热浪事件对生物量有一种弱正效应。此外，个别海洋热浪可能导致某些物种减少或短期灭绝，但整体上热浪对鱼类群落的影响较小，不是普遍现象。同时，海洋热浪的影响尚未超过生态系统的自然变异性。
关键观点总结
关键观点1: 海洋热浪事件频发对生态转型产生的影响
文章讨论了全球变暖条件下极端气候事件频发，包括海洋热浪事件。这些事件对海洋生态系统产生了负面影响，如珊瑚白化和鱼类死亡。
关键观点2: 海洋热浪对鱼类生物量和群落组成的影响
本研究分析了从亚热带到北极的海洋热浪的跨物种和跨生态系统效应。采集了大量的拖网样本和观察结果，发现海洋热浪对鱼类生物量的影响并不显著，并且群落组成的变化也不是普遍现象。
关键观点3: 海洋热浪对生态系统的影响与变异性区分
尽管海洋热浪事件对生态系统产生了影响，但这些影响尚未超过生态系统的自然变异性或由于采样过程造成的变异性。因此，在区分海洋热浪的影响和生态系统的自然变化方面还存在挑战。
正文
全球变暖条件下极端气候事件频发，导致生态转型。在海洋生态系统中，海洋热浪事件频频出现。什么是海洋热浪(MHW)？简单来说，是指海水温度长时间异常温暖。已有研究表明，海洋热浪会导致珊瑚白化和珊瑚礁内鱼类死亡，破坏海洋生态系统，并对社会经济产生负面影响。
但目前关于海洋热浪对生态系统的负面影响有多大，以及这些影响能否与自然和抽样变异性做区分还存在诸多疑虑。在比较同一生态系统中不同物种对海洋热浪的反应的少数研究中，一些物种减少了，而另一些物种却增加，这表明单一物种的反应并不能准确地显示净生态效应，也就不能准确体现海洋热浪对生态系统的影响。
本研究分析了北半球大陆架生态系统中从亚热带到北极的海洋热浪的跨物种和跨生态系统效应。采集并分析了82,322条拖网样本，其中包括来自18个长期科学调查(即与渔业无关)的22,574,452个观察结果，涵盖了东北太平洋、西北大西洋和东北大西洋45度纬度的1,769个底栖鱼类分类群。这些调查代表了可用于测试海洋热浪效应的最广泛的空间、时间和分类观察结果。根据1993年至2019年的观测结果，量化海洋热浪对区域鱼类生物量和群落组成的影响。
地图上的高亮区域表示每次拖网调查所调查的空间区域。插入图显示了每年不同采样事件(即拖网的拖曳量)的数量(灰条，右y轴)和根据SBT数据计算的海洋热浪累计强度(线，左y轴;暖色代表更大的累积强度)。
MHW累积强度(°C-days)与生物量变化的影响| Nature
结果发现，2014-2016年东北太平洋MHW累积强度为57°C-days，其导致阿拉斯加湾22%的生物量损失。值得注意的是，尽管这些影响是实质性的，但与生物量的自然变异性相比，海洋热浪的影响程度并不大。其他强烈的海洋热浪事件对总生物量几乎没有明显影响， 一些最大的生物量变化发生在非MHW年，如2011年北海生物量增加了97%，1996年美国东南部生物量下降了77%。
与预期相反，在有MHW和没有MHW的调查中，生物量变化的中位数接近于零，表明各区域表现出净生物量增长和净生物量损失的可能性大致相同。因此，海洋热浪的强度与鱼类生物量的下降或生物量变异性的增加无关，并且无论是否发生MHW，从一年到下一年，生物量增加和减少的可能性大致相同。
海洋热浪对鱼类群落深度变化的影响| Nature
(a) MHW的存在与否 (b) MHW累积强度
夏季海洋热浪强度对生物量变化的影响| Nature
此外，从纬度、深度、生物量时间序列中的自回归、物种特征（摄食方式、营养层次和栖息地）等方面，海洋热浪事件对生物量也无显著性影响效应。同时由于有害的热浪效应通常发生在夏季，本研究还测试了夏季发生的热浪事件对生物量的影响，发现存在一种弱正效应（即更强烈的热浪事件后生物量较大），这与2012年西北大西洋在夏季发生的热浪事件结果一致，并且与众多渔业中生物量的增加相关。
中心生物量和比例生物量| Nature
(a)生物量；（b）CTI；(c)和群落组成随时间的变化
（灰色条纹表示2014-2016年东北太平洋海洋热浪）
个别的海洋热浪会导致低温适应性物种减少或短期灭绝，高温适应性物种扩散增加，从而导致生态系统快速更替。CTI（群落温度指数），即群落中高温适应性物种和低温适应性物种的比值。作者通过分析CTI的变化与热浪事件的发生和累积强度进行比较，来测试热带化或去热带化是否是热浪事件的普遍效应。
以2014-2016年东北太平洋海洋热浪为例，研究分析了英属哥伦比亚省，阿拉斯加湾，东白令海，美国西海岸四个位点的 生物量，CTI与群落组成差异与海洋热浪的关系。研究发现，海洋热浪没有显著影响上述群落的生物量；在所有调查年中，未经历海洋热浪的群落与经历过海洋热浪的群落，其CTI无显著差异。且海洋热浪累积强度与CTI变化无显著相关。而在群落组成方面，部分地区在MHW前后的群落组成有所差异，但并不是普遍现象。
海洋热浪对群落热带化/去热带化的影响
(a) 物种的热偏差；(b) CTI变化
作者推测海洋热浪的影响在区域性的生物群落尺度上表现不显著，但可能影响个别鱼类物种，因此又调查了海洋热浪累积强度与个别物种热带化、去热带化的关系。在所调查的18个地点和369个调查年中，没有证据表明海洋热浪对鱼类群落有热带化和去热带化的影响。并且，无论是否经历了海洋热浪，群落中CTI的变化值无显著差异。此外，海洋热浪的累积强度与群落CTI值的变化也无显著的关系。这一系列结果表明，海洋热浪对鱼类群落的区域影响是高度特殊的，在个别情况下有明显的影响，但不是普遍的。并且，海洋热浪的影响尚未超过生态系统的自然变异性，或由于采样过程造成的变异性。
研究结果表明，海洋热浪对鱼类群落的影响很小，在个别情况下有明显的影响，但并非普遍情况。海洋热浪的影响尚未超过这些生态系统的自然变异性，故而无法进行区分。生物对海洋热浪反应的时间、幅度和种间差异也可能很重要。例如，丰富物种的种群动态对环境和捕捞的响应驱动了一些生物量变化。人类对海洋的其他影响，如捕捞、渔业管理和初级生产力的变化，也可能通过直接和间接的影响来调节对变暖的生态反馈。
在努力推进基于生态系统管理的背景下，了解海洋热浪对整个海洋生态系统的影响尤为重要。预估本世纪内，许多地区的强热带气旋的发生率将高于其自然变化率。未来的研究需要定量确定海洋热浪对鱼类群落的影响，探讨其他生态效应以缓冲海洋热浪对生态系统的影响。
参考文献：Marine heatwaves are not a dominant driver of change in demersal fishes. Nature, 2023, 621: 324-329.
封面图：气候变化中的海洋热浪| Nature
创作人：温欣 华东师范大学
