Tá modh foghlama gan mhaoirseacht beartaithe chun cúigí éiceolaíochta mara domhanda (éiceachúigí) a chinneadh bunaithe ar struchtúr pobail planctóin agus sonraí flosc cothaitheach.Is féidir leis an modh cúige éiceolaíochta comhtháite córasach (SAGE) cúigí éiceolaíochta a aithint i múnlaí éiceachórais neamhlíneacha.Chun dul in oiriúint do chomhathraitheas neamh-Gausach na sonraí, úsáideann SAGE t leabú comharsan randamach (t-SNE) chun an toise a laghdú.Le cabhair ón iarratas torainn bunaithe ar an algartam cnuasaithe spásúlachta atá bunaithe ar dhlús (DBSCAN), is féidir níos mó ná céad cúigí éiceolaíochta a aithint.Trí úsáid a bhaint as an léarscáil nascachta le difríochtaí éiceolaíochta mar chiantomhais, sainítear cúige éiceolaíochta comhiomlánaithe láidir (AEP) go hoibiachtúil trí chúigí éiceolaíochta neadaithe.Ag baint úsáide as AEPanna, rinneadh iniúchadh ar rialú ráta soláthair cothaitheach ar struchtúr pobail.Tá Éicea-chúige agus AEP uathúil agus is féidir leo cabhrú le léirmhíniú samhlacha.Is féidir leo comparáidí idir samhlacha a éascú agus féadfaidh siad tuiscint agus monatóireacht ar éiceachórais mhuirí a fheabhsú.
Is réigiúin iad cúigí ina n-eagraítear bithgheagrafaíocht chasta ar an bhfarraige nó ar an talamh ina limistéir chomhleanúnacha a bhfuil brí leo (1).Tá na cúigí seo thar a bheith tábhachtach chun suíomhanna a chur i gcomparáid agus a chodarsnacht, chun tréithe breathnadóireachta, monatóireachta agus cosanta a shainiú.Mar gheall ar na hidirghníomhaíochtaí casta agus neamhlíneacha a tháirgeann na cúigí seo tá modhanna meaisínfhoghlama gan mhaoirseacht (ML) an-oiriúnach chun cúigí a chinneadh go hoibiachtúil, toisc go bhfuil an comhathraitheas sna sonraí casta agus neamh-Gausacha.Anseo, moltar modh ML, a shainaithníonn go córasach cúigí uathúla éiceolaíochta muirí (éiceachúigí) ó shamhail fhisiceach/éiceachórais dhomhanda tríthoiseach (3D) Darwin (2).Úsáidtear an téarma “uathúil” chun a chur in iúl nach bhfuil forluí a dhóthain idir an limistéar sainaitheanta agus ceantair eile.Tugtar an modh Cúige Comhtháite Éiceolaíochta (SAGE) ar an modh seo.Chun aicmiú úsáideach a dhéanamh, ní mór do mhodh algartam (i) aicmiú domhanda agus (ii) anailís ilscála ar féidir a neadú/a chomhiomlánú sa spás agus in am (3) a cheadú.Sa taighde seo, moladh modh SAGE ar dtús agus pléadh na cúigí éiceolaíochta aitheanta.Is féidir le héicea-chúigí tuiscint a chur chun cinn ar na fachtóirí a rialaíonn struchtúr pobail, a sholáthraíonn léargais úsáideacha le haghaidh straitéisí monatóireachta, agus a chabhraíonn le hathruithe san éiceachóras a rianú.
De ghnáth déantar cúigí talún a rangú de réir cosúlachtaí san aeráid (fascadh agus teocht), ithir, fásra, agus fána, agus úsáidtear iad le haghaidh bainistíochta cúnta, taighde bithéagsúlachta, agus rialú galar (1, 4).Tá sé níos deacra cúigí mara a shainiú.Tá formhór na n-orgánach micreascópach, le teorainneacha sreabhach.Longhurst et al.(5) Ar choinníoll ceann de na chéad aicmithe domhanda den Aireacht Aigéaneolaíochta bunaithe ar choinníollacha comhshaoil.Áiríonn sainmhíniú na gcúigí “Longhurst” seo athróga mar ráta meascaithe, srathú, agus ionradaíocht, chomh maith le taithí fhairsing Longhurst mar aigéaneolaí muirí, a bhfuil coinníollacha tábhachtacha eile aige maidir le héiceachórais mhuirí.Baineadh úsáid fhorleathan as Longhurst, mar shampla, chun táirgeadh príomhúil agus floscanna carbóin a mheas, chun cabhrú le hiascaigh, agus chun gníomhaíochtaí breathnóireachta in situ a phleanáil (5-9).Chun cúigí a shainiú ar bhealach níos oibiachtúla, baineadh úsáid as modhanna amhail loighic doiléir agus cnuasaigh/staitisticí réigiúnacha gan mhaoirseacht (9-14).Is é is aidhm do mhodhanna dá leithéid struchtúir bhríocha a shainaithint lenar féidir cúigí a shainaithint sna sonraí breathnadóireachta atá ar fáil.Mar shampla, úsáideann cúigí mara dinimiciúla (12) léarscáileanna féin-eagrúcháin chun torann a laghdú, agus úsáideann siad braisliú ordlathach (bunaithe ar chrainn) chun táirgí dath mara a dhíorthaítear ó shatailítí réigiúnacha a chinneadh [clóraifill a (Chl-a), airde líne fhluaraiseachta normalaithe agus ábhar orgánach tuaslagtha daite] agus réimse fisiceach (teocht agus salandacht dhromchla na farraige, topagrafaíocht iomlán dinimiciúil agus oighear farraige).
Is ábhar imní é struchtúr pobail planctóin toisc go bhfuil tionchar mór ag a éiceolaíocht ar leibhéil níos airde cothaitheach, ionsú carbóin agus aeráid.Mar sin féin, is sprioc dhúshlánach do-ghlactha é fós cúige éiceolaíochta domhanda a chinneadh bunaithe ar struchtúr pobail planctóin.Is féidir le satailítí dath mara léargas a thabhairt ar aicmiú garbh-ghráin na fíteaplanctóin nó buntáistí na ngrúpaí feidhme a mholadh (15), ach níl siad in ann faisnéis mhionsonraithe a sholáthar faoi struchtúr pobail faoi láthair.Tá suirbhéanna a rinneadh le déanaí [eg Aigéan na Teamhrach (16)] ag soláthar tomhais gan fasach ar struchtúr pobail;Faoi láthair, níl ach breathnuithe in-situ gann ar scála domhanda (17).Chinn staidéir roimhe seo go mór an “Cúige Bithcheimiceach” (12, 14, 18) bunaithe ar chosúlachtaí bithcheimiceacha a chinneadh (cosúil le táirgeadh príomhúil, Chl agus an solas atá ar fáil).Anseo, úsáidtear an tsamhail uimhriúil chun aschur [Darwin(2)], agus déantar an cúige éiceolaíoch a chinneadh de réir an struchtúir phobail agus an fhlosc chothaitheach.Tá clúdach domhanda ag an tsamhail uimhriúil a úsáideadh sa staidéar seo agus is féidir í a chur i gcomparáid le sonraí allamuigh reatha (17) agus réimsí cianbhraite (Nóta S1).Tá de bhuntáiste ag na sonraí samhail uimhriúla a úsáideadh sa staidéar seo clúdach domhanda.Tá an tsamhail éiceachóras comhdhéanta de 35 speiceas fíteaplanctóin agus 16 speiceas de zóplanctóin (féach ábhair agus modhanna le do thoil).Idirghníomhaíonn cineálacha múnla planctóin go neamhlíneach le struchtúir chomhathraitheas neamh-Gausacha, agus mar sin níl modhanna diagnóiseacha simplí oiriúnach chun patrúin uathúla agus comhsheasmhacha a aithint i struchtúir phobail atá ag teacht chun cinn.Soláthraíonn an modh SAGE a thugtar isteach anseo bealach nua chun aschur samhlacha casta Darwin a sheiceáil.
Is féidir le cumais chumhachtacha claochlaitheacha na heolaíochta sonraí/teicneolaíochta ML réitigh mhúnla atá thar a bheith casta a chumasú chun struchtúir chasta ach láidre i gcomhathraitheas sonraí a nochtadh.Sainmhínítear modh láidir mar mhodh ar féidir leis na torthaí a atáirgeadh go dílis laistigh de raon earráide ar leith.Fiú i gcórais shimplí, féadann sé a bheith ina dhúshlán patrúin agus comharthaí láidre a chinneadh.Go dtí go gcinnfear an réasúnaíocht as a dtagann an patrún a breathnaíodh, d’fhéadfadh cuma casta/deacair an chastacht atá ag teacht chun cinn a réiteach.Is próiseas neamhlíneach é an príomhphróiseas chun comhdhéanamh an éiceachórais a shocrú.Féadfaidh idirghníomhaíochtaí neamhlíneacha a bheith ann mearbhall a chur ar aicmiú láidir, agus mar sin is gá modhanna a sheachaint a dhéanann toimhdí láidre maidir le dáileadh staidrimh bhunúsach ar chomhathraitheas sonraí.Tá sonraí ardtoiseacha agus neamhlíneacha coitianta san aigéaneolaíocht agus d’fhéadfadh go mbeadh struchtúr comhathraitheas acu le topology casta, neamh-Ghásach.Cé go bhféadfadh sonraí a bhfuil struchtúr comhathraitheas neamh-Gausach acu bac a chur ar aicmiú láidir, tá modh SAGE núíosach toisc go bhfuil sé deartha chun braislí a bhfuil topologies treallach acu a aithint.
Is é sprioc an mhodha SAGE ná patrúin atá ag teacht chun cinn a aithint go hoibiachtúil a d’fhéadfadh cabhrú le tuilleadh tuisceana éiceolaíochta.Tar éis sreabhadh oibre braisle-bhunaithe cosúil le (19), úsáidtear na hathróga flosc éiceolaíochta agus cothaitheach chun an t-aon bhraisle sna sonraí a chinneadh, ar a dtugtar an cúige éiceolaíoch.Laghdaíonn an modh SAGE atá molta sa staidéar seo (Fíor 1) an toise ar dtús ó 55 go 11 toise trí na grúpaí feidhme planctóin a shainítear a priori a achoimriú (féach Ábhair agus Modhanna).Ag baint úsáide as modh leabú comharsan t-randamach (t-SNE), laghdaítear an méid tuilleadh tríd an dóchúlacht a theilgean isteach sa spás 3D.Is féidir le cnuasaigh gan mhaoirseacht limistéir atá gar don éiceolaíocht a aithint [cnuasú spásúlachta bunaithe ar dhlús (DBSCAN) d’fheidhmchláir bunaithe ar thorann].Tá t-SNE agus DBSCAN araon infheidhme maidir le sonraí samhaile uimhriúla an éiceachórais neamhlíneach dúchasach.Ansin déan an cúige éiceolaíoch mar thoradh air a athdhéanamh ar an domhan.Aithníodh níos mó ná céad cúigí éiceolaíochta uathúla, atá oiriúnach do thaighde réigiúnach.D'fhonn an tsamhail éiceachórais atá comhsheasmhach ar fud an domhain a mheas, úsáidtear an modh SAGE chun na cúigí éiceolaíochta a chomhiomlánú ina gcúigí éiceolaíochta comhiomlána (AEP) chun éifeachtacht na gcúigí éiceolaíochta a fheabhsú.Is féidir an leibhéal comhiomlánaithe (ar a dtugtar “castacht”) a choigeartú go dtí an leibhéal sonraí a theastaíonn.Déan an chastacht íosta a bhaineann le AEP láidir a chinneadh.Is é fócas an roghnúcháin an modh SAGE agus iniúchadh a dhéanamh ar na cásanna AEP is lú castachta chun rialú struchtúr an phobail éigeandála a chinneadh.Is féidir na patrúin a anailísiú ansin chun léargais éiceolaíochta a sholáthar.Is féidir an modh a thugtar isteach anseo a úsáid níos forleithne freisin chun samhlacha a chur i gcomparáid, mar shampla, trí shuíomhanna na gcúigí éiceolaíochta comhchosúla a fhaightear i múnlaí éagsúla a mheas chun difríochtaí agus cosúlachtaí a léiriú, chun samhlacha a chur i gcomparáid.
(A) Léaráid scéimreach den sreabhadh oibre chun an cúige éiceolaíochta a chinneadh;ag baint úsáide as an tsuim sa ghrúpa feidhme chun na sonraí 55-toiseach bunaidh a laghdú go dtí aschur samhail 11-tríthoiseach, lena n-áirítear an bhithmhais de seacht planctóin feidhme/cothaitheach agus ceithre ráta soláthair cothaitheach.Luach diomaibhseach agus limistéar clúdaigh oighir marthanach.Tá caighdeánú agus caighdeánú déanta ar na sonraí.Cuir sonraí tríthoiseacha 11 ar fáil don algartam t-SNE chun aird a tharraingt ar chomhcheangail ghnéithe atá cosúil go staitistiúil.Roghnóidh DBSCAN an braisle go cúramach chun an luach paraiméadar a shocrú.Ar deireadh teilg na sonraí ar ais go dtí an teilgean domhanleithead/domhanfhad.Tabhair faoi deara le do thoil go ndéantar an próiseas seo arís 10 n-uaire mar go bhféadfadh randamacht beag a bheith ann trí t-SNE a chur i bhfeidhm.Míníonn (B) conas an AEP a fháil tríd an sreabhadh oibre a athrá in (A) 10 n-uaire.I gcás gach ceann de na 10 gcur i bhfeidhm seo, socraíodh maitrís neamhchosúlachta idir-chúige Bray-Curtis (BC) bunaithe ar bhithmhais 51 cineál fíteaplanctóin.Aimsigh an difríocht BC idir cúigí, ó chastacht 1 AEP go castacht iomlán 115. Socraíonn Cúige Longhurst an tagarmharc BC.
Úsáideann an modh SAGE aschur na samhla uimhriúla domhanda 3D fisiciúil/éiceachórais chun an cúige éiceolaíoch a shainiú [Darwin (2);féach Ábhair agus Modhanna agus Nóta S1].Tá comhpháirteanna an éiceachórais comhdhéanta de 35 speiceas fíteaplanctóin agus 16 speiceas de zóplanctóin, le seacht ngrúpa feidhme réamhshainithe: prócaí agus eukaryotes oiriúnaithe do thimpeallachtaí ísealchothaitheacha, coccidia le sciath carbónáit chailciam, agus fosúchán trom nítrigine. Cothaithigh nítrigine (in easnamh de ghnáth). cothaithigh thábhachtacha), le clúdach siliceach, is féidir fótaisintéis planctóin eile a dhéanamh agus féarach brataigh chothaitheacha mheasctha agus tréadaí zóplanctóin.Is é an raon méide ná 0.6 go 2500μm trastomhas sféarúil comhionann.Gabhann dáileadh samhla mhéid an fhíteaplanctóin agus an ghrúpáil feidhme na tréithe foriomlána a fheictear i mbreathnuithe satailíte agus in-situ (féach Fíoracha S1 go S3).Léiríonn an chosúlacht idir an tsamhail uimhriúil agus an t-aigéan breathnaithe go bhféadfadh feidhm a bheith ag na cúigí arna sainiú ag an tsamhail maidir leis an aigéan in-situ.Tabhair faoi deara le do thoil nach mbaineann an tsamhail seo ach le héagsúlacht áirithe fíteaplanctóin, agus gan ach raonta forfheidhmithe fisiceacha agus ceimiceacha áirithe san aigéan in situ.Is féidir le modh SAGE a chumasú do dhaoine tuiscint níos fearr a fháil ar mheicníocht rialaithe an-réigiúnach an struchtúir phobail mhúnla.
Trí shuim na bithmhaise dromchla a áireamh (le meán-am de 20 bliain) i ngach grúpa feidhme planctóin, is féidir toise na sonraí a laghdú.Tar éis staidéir níos luaithe a léiriú a bpríomhról maidir le struchtúr an phobail a shocrú, chuimsigh sé freisin téarmaí foinse dromchla le haghaidh sreabha cothaitheach (soláthar nítrigine, iarann, fosfáit agus aigéad sileiceach) [m.sh. (20, 21)] .Laghdaíonn suimiú na ngrúpaí feidhme an fhadhb ó 55 (51 planctón agus 4 sreabhán cothaitheach) go 11 thoise.Sa staidéar tosaigh seo, mar gheall ar na srianta ríomhaireachtúla a chuir an algartam i bhfeidhm, níor breithníodh doimhneacht agus éagsúlacht ama.
Tá modh SAGE in ann caidrimh thábhachtacha a aithint idir próisis neamhlíneacha agus príomhghnéithe na n-idirghníomhaíochtaí idir bithmhais an ghrúpa feidhme agus flosc cothaitheach.Ní féidir le húsáid sonraí 11-tríthoiseach atá bunaithe ar mhodhanna cianfhoghlama Eoiclídeacha (cosúil le K-modhanna) cúigí iontaofa agus in-atáirgthe a fháil (19, 22).Tá sé seo amhlaidh toisc nach bhfuarthas aon chruth Gaussach i ndáileadh bunúsach chomhathraitheas na bpríomhghnéithe a shainíonn an cúige éiceolaíoch.Ní féidir leis na modhanna K de chealla Voronoi (línte díreacha) an dáileadh bunúsach neamh-Gausach a choinneáil.
Cruthaíonn bithmhais seacht ngrúpa feidhme planctóin agus ceithre sreabhán cothaitheach veicteoir 11thoiseach x.Mar sin, is réimse veicteora é x ar ghreille na samhla, ina seasann gach eilimint xi do veicteoir 11thoiseach atá sainithe ar ghreille cothrománach na samhla.Aithníonn gach innéacs i pointe greille ar an sféar go uathúil, áit a bhfuil (lon, lat) = (ϕi, θi).Má tá bithmhais an aonaid ghreille mhúnla níos lú ná 1.2 × 10-3mg Chl/m3 nó má sháraíonn an ráta clúdach oighir 70%, úsáidtear logáil na sonraí bithmhaise agus cuirtear i leataobh é.Déantar na sonraí a normalú agus a chaighdeánú, agus mar sin tá na sonraí go léir sa raon [0 go 1], baintear an meán agus déantar é a scála go hathrú aonad.Déantar é seo ionas nach mbeidh na gnéithe (bithmhais agus flosc cothaitheach) teoranta ag an gcodarsnacht i raon na luachanna féideartha.Ba cheart go ndéanfadh cnuasú an gaol athraithe ón bpríomhfhad dóchúlachta idir na gnéithe seachas an fad geografach.Trí na hachair seo a chainníochtú, tagann gnéithe tábhachtacha chun cinn, fad is a chuirtear amach sonraí nach bhfuil gá leo.Ó thaobh na héiceolaíochta de, tá sé seo riachtanach mar go bhféadfadh éifeachtaí bithgheiceimiceacha níos mó a bheith ag cineálacha áirithe fíteaplanctóin ar bheagán bithmhaise, amhail fosúchán nítrigine ag baictéir diazotrófacha.Le linn sonraí a chaighdeánú agus a normalú, cuirfear béim ar na cineálacha covariates seo.
Trí bhéim a chur ar chomh gar is atá gnéithe sa spás ardtoiseach i léiriú ísealthoiseach, úsáidtear an t-algartam t-SNE chun réigiúin chomhchosúla atá ann cheana a dhéanamh níos soiléire.D'úsáid obair roimhe seo a bhí dírithe ar líonraí néaracha domhain a thógáil le haghaidh feidhmchláir chianbhraiteacha a úsáideadh t-SNE, rud a chruthaigh a scil maidir le príomhghnéithe a scaradh (23).Is céim riachtanach í seo chun braisliú láidir a aithint sna sonraí gné agus réitigh neamh-chóineasaithe a sheachaint (nóta S2).Ag baint úsáide as eithne Gaussach, caomhnaíonn t-SNE airíonna staitistiúla na sonraí trí gach oibiacht ardtoiseach a mhapáil go pointe sa spás céime 3D, rud a chinntíonn go bhfuil an dóchúlacht go mbeidh an dóchúlacht go mbeidh réada comhchosúla sa treo ard agus sa treo íseal ard. spás tríthoiseach (24).Nuair a chuirtear sraith N réad ardtoiseach x1,…,xN san áireamh, laghdaítear an t-algartam t-SNE tríd an éagsúlacht Kullback-Leibler (KL) a íoslaghdú (25).Is tomhas é éagsúlacht KL ar cé chomh difriúil atá dáileadh dóchúlachta agus dáileadh dóchúlachta dara tagartha, agus is féidir leis an bhféidearthacht go mbeadh comhghaol idir léirithe ísealtoiseacha ar ghnéithe ardtoiseacha a mheas go héifeachtach.Más é xi an réad i-ú sa spás N-tríthoiseach, is é xj an réad j-ú i spás N-tríthoiseach, is é yi an réad i-th sa spás ísealthoiseach, agus is é yj an réad j-ú sa spás íseal. -spás tríthoiseach, ansin sainmhíníonn t -SNE an dóchúlacht chosúlachta ppj∣i = exp(-∥xi-xj∥2/2σi2) ∑k≠iexp(-∥xi-xk∥2/2σi2), agus don tacar laghdaithe toise q∣j = (1+ ∥ yi- yj∥2)-1∑k≠i(1 +∥yj-yk∥2)-1
Léiríonn Fíor 2A an éifeacht atá ag veicteoirí flosc bhithmhaise agus cothaitheach an teaglaim 11thoiseach a laghdú go 3D.Is féidir an spreagadh a bhaineann le t-SNE a chur i bhfeidhm a chur i gcomparáid leis an inspreagadh a bhaineann le hanailís príomh-chomhpháirte (PCA), a úsáideann an tréith athraitheas chun béim a chur ar achar/tréith na sonraí, rud a laghdaíonn an toiseachas.Fuarthas amach go raibh modh t-SNE níos fearr ná PCA maidir le torthaí iontaofa agus in-atáirgthe a sholáthar don Éicea-Aireacht (féach Nóta S2).D'fhéadfadh sé seo a bheith toisc nach bhfuil an toimhde orthogonality de PCA oiriúnach chun idirghníomhaíochtaí ríthábhachtacha a aithint idir gnéithe idirghníomhacha an-neamhlíneacha, toisc go ndíríonn PCA ar struchtúir chomhathraitheas líneach (26).Ag baint úsáide as sonraí braite cianda, Lunga et al.(27) léiríonn sé conas an modh SNE a úsáid chun aird a tharraingt ar ghnéithe casta agus neamhlíneacha speictreach a chlaonann ón dáileadh Gaussach.
(A) Ráta soláthair cothaitheach samhaltaithe, bithmhais grúpa feidhme fíteaplanctóin agus zóplanctóin tarraingthe ag an algartam t-SNE agus daite de réir cúige ag baint úsáide as DBSCAN.Seasann gach pointe do phointe sa spás ardtoiseach, mar a thaispeántar i bhFíor 6B, gabhtar an chuid is mó de na pointí.Tagraíonn seaftaí do mhéideanna “t-SNE” 1, 2 agus 3. (B) Teilgean geografach an chúige a d’aimsigh DBSCAN ar eangach domhanleithead-fhad an bhunaidh.Ba cheart an dath a mheas mar aon dath, ach ba cheart go gcomhfhreagródh sé do (A).
Tá baint ag na pointí sa scaipléarscáil t-SNE i bhFíor 2A le domhanleithead agus domhanfhad faoi seach.Má tá an dá phointe i bhFíor 2A gar dá chéile, is é an fáth go bhfuil a sreabha bithmhaise agus cothaitheach cosúil le chéile, ní mar gheall ar ghaireacht gheografach.Is cnuasaigh iad na dathanna i bhFíor 2A a aimsítear ag baint úsáide as an modh DBSCAN (28).Agus tuairimí dlúth á lorg, úsáideann an algartam DBSCAN an fad san léiriú 3D idir na pointí (ϵ = 0.39; chun faisnéis a fháil faoin rogha seo, féach Ábhair agus Modhanna), agus tá líon na bpointí comhchosúla ag teastáil chun an braisle a shainiú (anseo 100 pointe, féach thuas).Ní dhéanann modh DBSCAN aon toimhde maidir le cruth nó líon na gcnuasach sna sonraí, mar a thaispeántar thíos:
3) I gcás gach pointe a shainaithnítear atá laistigh den fhad laistigh, déan céim 2 arís go atriallach chun teorainn an bhraisle a chinneadh.Má tá líon na bpointí níos mó ná an t-íosluach socraithe, ainmnítear é mar bhraisle.
Meastar gur “torann” sonraí nach gcomhlíonann an ball braisle íosta agus fad ϵ méadrach agus ní thugtar dath dóibh.Is algartam tapa agus inscálaithe é DBSCAN le feidhmíocht O(n2) sa chás is measa.Maidir leis an anailís reatha, níl sé randamach i ndáiríre.Cinntear an t-íoslíon pointí le meastóireacht shaineolach.Tar éis an t-achar tar éis a choigeartú, níl an toradh cobhsaí go leor sa raon ≈ ±10.Socraítear an fad seo trí nascacht (Fíor 6A) agus céatadán clúdach aigéin (Fíor 6B).Sainmhínítear nascacht mar líon ilchodach na gcnuasach agus tá sé íogair don pharaiméadar ϵ.Léiríonn nascacht níos ísle nach bhfuil feistiú leordhóthanach ann, réigiúin a ghrúpáil go saorga le chéile.Léiríonn nascacht ard rófheisteas.Is féidir íosmhéid níos airde a úsáid, ach má sháraíonn an t-íosmhéid ca, tá sé dodhéanta réiteach iontaofa a bhaint amach.135 (Le haghaidh tuilleadh sonraí, féach Ábhair agus Modhanna).
Tá na 115 braisle a aithníodh i bhFíor 2A réamh-mheasta ar ais ar an domhan i bhFíor 2B.Freagraíonn gach dath do mheascán comhleanúnach d’fhachtóirí bithgheocheimiceacha agus éiceolaíocha arna sainaithint ag DBSCAN.Nuair a chinntear na braislí, baintear úsáid as comhcheangal gach pointe i bhFíor 2A le domhanleithead agus domhanfhad ar leith chun na braislí a theilgean ar ais go dtí an limistéar geografach.Léiríonn Fíor 2B é seo leis na dathanna braisle céanna le Fíor 2A.Níor cheart dathanna comhchosúla a léirmhíniú mar chosúlacht éiceolaíoch, toisc go sanntar iad ag an ord ina n-aimsíonn an t-algartam braislí.
Is féidir leis an achar i bhFíor 2B a bheith cosúil go cáilíochtúil le limistéar bunaithe i bhfisic agus/nó i mbithgheiceimic an aigéin.Mar shampla, tá na braislí san Aigéan Theas siméadrach i gcriosanna, le vortices olagatrófacha le feiceáil, agus léiríonn an t-aistriú géar tionchar na gaoithe trádála.Mar shampla, san Aigéan Ciúin Mheánchriosach, feictear réigiúin éagsúla a bhaineann leis an ardú.
Chun timpeallacht éiceolaíoch an Éicea-Chúige a thuiscint, baineadh úsáid as éagsúlacht ar innéacs difríochta Bray-Curtis (BC) (29) chun éiceolaíocht an bhraisle a mheas.Is sonraí staidrimh é an táscaire BC a úsáidtear chun an difríocht i struchtúr pobail idir dhá shuíomh dhifriúla a chainníochtú.Tá an tomhas BC infheidhme maidir le bithmhais 51 speiceas fíteaplanctóin agus zóplanctóin BCninj = 1-2CninjSni + Snj
Tagraíonn BCninj don chosúlacht idir teaglaim ni agus teaglaim nj, áit arb é Cninj an luach íosta de chineál singil bithmhais atá ann sa dá theaglaim ni agus nj, agus seasann Sni do shuim na mbithmhais uile atá sa dá theaglaim ni agus Snj.Tá an difríocht BC cosúil leis an tomhas achair, ach feidhmíonn sé i spás neamh-Eúiclídeach, is dócha go mbeidh sé níos oiriúnaí do shonraí éiceolaíocha agus a léirmhíniú.
I gcás gach braisle a shainaithnítear i bhFíor 2B, is féidir cosúlacht RC laistigh den chúige agus idir cúige a mheas.Tagraíonn an difríocht BC laistigh de chúige don difríocht idir meánluach an chúige agus gach pointe sa chúige.Tagraíonn an difríocht idir cúigí RC don chosúlacht idir cúige amháin agus cúigí eile.Taispeánann Figiúr 3A maitrís BC siméadrach (0, dubh: comhfhreagrach go hiomlán; 1, bán: go hiomlán neamhchosúil).Taispeánann gach líne sa ghraf patrún sna sonraí.Léiríonn Fíor 3B suntas geografach thorthaí BC i bhFíor 3A do gach cúige.Maidir le cúige i limistéar ísealchothaithe agus íseal-chothaithe, léiríonn Figiúr 3B go bhfuil siméadracht na limistéar mór timpeall an meánchiorcail agus an Aigéan Indiach cosúil go bunúsach, ach tá difríocht shuntasach idir na domhanleithid níos airde agus na limistéir ardaithe.
(A) An méid difríochta RC a measúnaíodh do gach cúige bunaithe ar an meánmhéid dromchla domhanda domhanda 20 bliain de 51 planctóin.Tabhair faoi deara siméadracht ionchais na luachanna.(B) Teilgean spásúil colúin (nó ró).Maidir le cúige i gciorcal dystrophic, rinneadh meastóireacht ar dháileadh domhanda beart cosúlachta BC, agus rinneadh meastóireacht ar an meán domhanda 20 bliain.Ciallaíonn dubh (BC = 0) an limistéar céanna, agus bán (BC = 1) ciallaíonn aon chosúlacht.
Léiríonn Fíor 4A an difríocht i BC laistigh de gach cúige i bhFíor 2B.Arna chinneadh trí úsáid a bhaint as comhcheangal meánach an mheánlimistéir i mbraisle, agus ag cinneadh an neamhchosúlachtaí idir an BC agus meán gach pointe greille sa chúige, taispeánann sé gur féidir leis an modh SAGE 51 speiceas a scaradh go maith bunaithe ar an gcosúlacht éiceolaíoch Cineál de sonraí samhail.Is é 0.102 ± 0.0049 an neamh-chomhionannas meánbhraisle RC de gach cineál 51.
(A, B, agus D) Déantar difríocht BC laistigh den chúige a mheas mar an meándifríocht BC idir gach pobal pointe greille agus an cúige meán, agus ní laghdaítear an chastacht.(2) Is é 0.227 ±0.117 an meándifríocht dhomhanda BC laistigh den chúige.Is é seo an tagarmharc maidir le haicmiú bunaithe ar spreagadh éiceolaíoch atá molta ag an obair seo [líne ghlas in (C)].(C) Meándifríocht RC laistigh den chúige: Léiríonn an líne dhubh an difríocht RC laistigh den chúige agus méadú ar chastacht.Tagann 2σ as 10 n-athrá den phróiseas aitheantais éicea-chúige.Maidir le castacht iomlán na gcúigí a d'aimsigh DBSCAN, taispeánann (A) gurb é 0.099 an neamhchosúlachtaí BC sa chúige, agus is é 12 an t-aicmiú castachta atá molta ag (C), rud a fhágann go bhfuil neamh-chomhionannas BC de 0.200 sa chúige.mar a léiríonn an pictiúr.(D).
I bhFíor 4B, úsáidtear bithmhais de 51 cineál planctóin chun an difríocht BC choibhéiseach i gCúige Longhurst a léiriú.Is é 0.227 meán iomlán gach cúige, agus is é 0.046 diall caighdeánach na bpointí greille maidir leis an difríocht sa chúige BC.Tá sé seo níos mó ná an braisle a aithníodh i bhFíor 1B.Ina áit sin, ag baint úsáide as suim na seacht ngrúpa feidhme, mhéadaigh an meán-idirdhealaitheacht RC laistigh den séasúr i Longhurst go 0.232.
Soláthraíonn an léarscáil dhomhanda éicea-chúige sonraí casta ar idirghníomhaíochtaí uathúla éiceolaíochta agus tá feabhsuithe déanta ar struchtúr éiceachórais iomlán Chúige Longhurst a úsáid.Táthar ag súil go dtabharfaidh Aireacht na hÉiceolaíochta léargas ar an bpróiseas chun an t-éiceachóras samhail uimhriúil a rialú, agus cabhróidh an léargas seo le hiniúchadh na hoibre allamuigh.Chun críche an taighde seo, ní féidir níos mó ná céad cúigí a thaispeáint go hiomlán.Sa chéad chuid eile tugtar isteach an modh SAGE a thugann achoimre ar na cúigí.
Ceann de chuspóirí an chúige ná tuiscint ar shuíomh agus ar bhainistiú an chúige a chur chun cinn.Chun cásanna éigeandála a chinneadh, léiríonn an modh i bhFíor 1B neadú cúigí atá cosúil leis an éiceolaíocht.Déantar éiceachúigí a ghrúpáil le chéile bunaithe ar chosúlacht éiceolaíochta, agus tugtar AEP ar ghrúpáil cúigí dá leithéid.Socraigh “castacht” inchoigeartaithe bunaithe ar líon iomlán na gcúigí atá le breithniú.Úsáidtear an téarma “castacht” toisc go gceadaíonn sé leibhéal na dtréithe éigeandála a choigeartú.Chun comhiomláin brí a shainiú, úsáidtear an meándifríocht RC laistigh den chúige de 0.227 ó Longhurst mar thagarmharc.Faoi bhun an tagarmhairc seo, ní mheastar na cúigí comhcheangailte a bheith úsáideach a thuilleadh.
Mar a léirítear i bhFíor 3B, tá na cúigí éiceolaíochta domhanda comhleanúnach.Ag baint úsáide as difríochtaí idir cúige RC, is féidir a fheiceáil go bhfuil roinnt cumraíochtaí an-“choitianta”.Arna spreagadh ag modhanna géiniteacha agus teoirice graf, úsáidtear “graif nasctha” chun >100 cúigí a shórtáil bunaithe ar na cúigí is cosúla leo.Cinntear an mhéadracht “nascthachta” anseo trí úsáid a bhaint as neamhchosúlachtaí idir cúige RC (30).Is féidir castacht a thabhairt anseo ar líon na gcúigí a bhfuil spás níos mó acu le haghaidh aicmiú> 100 cúigí.Is táirge é AEP a dhéanann catagóiriú ar níos mó ná 100 cúigí mar na cúigí éiceolaíochta is ceannasach/is gaire.Sanntar gach cúige éiceolaíochta don chúige éiceolaíochta ceannasach/ardghaolmhar is cosúla leo.Ceadaíonn an comhiomlánú seo arna chinneadh ag an difríocht BC cur chuige neadaithe i leith na héiceolaíochta domhanda.
Is féidir leis an gcastacht roghnaithe a bheith ar aon luach ó 1 go castacht iomlán FIG.2A.Ag castacht níos ísle, féadfaidh AEP meathlú de bharr na céime laghdaithe toise dóchúlachta (t-SNE).Ciallaíonn degeneracy gur féidir cúigí éiceolaíochta a shannadh do AEPanna éagsúla idir atriallta, rud a athraíonn an limistéar geografach clúdaithe.Léirítear i bhFíor 4C scaipeadh na neamhchosúlachtaí BC laistigh de chúigí i AEPanna de chastacht mhéadaitheach thar 10 gcur i bhfeidhm (léiriú i bhFíor 1B).I bhFíor 4C, is tomhas díghrádaithe é 2σ (limistéar gorm) i 10 gcur i bhfeidhm, agus is ionann an líne glas agus tagarmharc Longhurst.Tá cruthaithe ag na fíricí gur féidir le castacht 12 an difríocht RC sa chúige a choinneáil faoi bhun thagarmharc Longhurst i ngach feidhmiúchán agus díghrádú réasúnta beag 2σ a choinneáil.Go hachomair, is é 12 AEP an chastacht íosta a mholtar, agus is é 0.198 ± 0.013 an meándifríocht RC laistigh den chúige a measúnaíodh ag baint úsáide as 51 cineál planctóin, mar a thaispeántar i bhFíor 4D.Ag baint úsáide as suim seacht ngrúpa feidhme planctóin, is é an meándifríocht BC laistigh den chúige ná 2σ in ionad 0.198±0.004.Léiríonn an chomparáid idir na difríochtaí BC arna ríomh le bithmhais iomlán na seacht ngrúpa feidhme nó le bithmhais na 51 cineál planctóin go léir, cé go bhfuil an modh SAGE infheidhme maidir leis an staid 51-tríthoiseach, tá sé le haghaidh bithmhais iomlán na seacht ngrúpa feidhme. Le haghaidh oiliúna.
Ag brath ar chuspóir aon taighde, is féidir leibhéil éagsúla castachta a mheas.D’fhéadfadh go mbeadh castacht iomlán ag teastáil ó staidéir réigiúnacha (.i. na 115 cúigí ar fad).Mar shampla agus ar mhaithe le soiléireacht, breithnigh ar an gcastacht íosta de 12 a mholtar.
Mar shampla d'áisiúlacht an mhodha SAGE, úsáidtear 12 AEP le castacht íosta de 12 anseo chun rialú struchtúr an phobail éigeandála a iniúchadh.Léiríonn Fíor 5 na léargais éiceolaíochta grúpáilte de réir AEP (ó A go L): I stoichiometry Redfield, déanann N Zoomed méid geografach (Fíor 5C), comhdhéanamh bithmhaise grúpa feidhme (Fíor 5A) agus soláthar cothaitheach (Fíor 5B).Taispeántar an cóimheas (N:Si:P:Fe, 1:1:16:16×103).Maidir leis an bpainéal deiridh, iolraítear P faoi 16 agus iolraigh Fe faoi 16×103, agus mar sin tá an barraghraf comhionann le riachtanais chothaitheacha fíteaplanctóin.
Rangaítear na cúigí i 12 AEP A go L. (A) Bithmhais (mgC/m3) d’éiceachórais i 12 chúige.(B) An ráta flosc cothaitheach de nítrigin neamhorgánach tuaslagtha (N), iarann (Fe), fosfáit (P) agus aigéad sileiceach (Si) (mmol/m3 in aghaidh na bliana).Déantar Fe agus P a iolrú faoi 16 agus 16 × 103, faoi seach, ionas go mbeidh na stiallacha caighdeánaithe de réir riachtanais stoichiometry fíteaplanctóin.(C) Tabhair faoi deara an difríocht idir réigiúin pholacha, cioclóin fothrópaiceacha agus mór-réigiúin shéasúracha/ardú.Tá na stáisiúin faireacháin marcáilte mar seo a leanas: 1, SEATS;2, ALOHA;3, stáisiún P;agus 4, BATS.
Tá an AEP sainaitheanta uathúil.Tá roinnt siméadrachta timpeall ar an meánchiorcal san Aigéan Atlantach agus san Aigéan Ciúin, agus tá achar comhchosúil ach méadaithe san Aigéan Indiach.Cuimsíonn roinnt AEPs an taobh thiar den mhór-roinn a bhaineann leis an ardú.Breathnaítear ar Shruth Imchuach an Phoill Theas mar ghné chriosaithe mhór.Is sraith chasta de AEP olagatrófach é cioclón fothrópaiceach.Sna cúigí seo, is léir patrún coitianta na ndifríochtaí bithmhaise idir vortices olagatrófacha planctóin faoi cheannas planctóin agus réigiúin pholacha atá saibhir i diatom.
Is féidir le struchtúir phobail an-difriúla a bheith ag AEPanna a bhfuil bithmhais iomlán fíteaplanctóin an-chosúil acu agus clúdaíonn siad limistéir gheografacha éagsúla, mar D, H, agus K, a bhfuil bithmhais iomlán fíteaplanctóin comhchosúil acu.Tá AEP H den chuid is mó san Aigéan Indiach meánchiorcal, agus tá níos mó baictéir diazotrophic ann.Tá AEP D le fáil i roinnt imchuacha, ach tá sé an-fheiceálach san Aigéan Ciúin timpeall ar limistéir ardtáirgeachta timpeall ar an ardú meánchiorcal.Tá cruth an chúige seo san Aigéan Ciúin i gcuimhne ar thraein tonnta pláinéadacha.Is beag diazobacteria in AEP D, agus níos mó cóin.I gcomparáid leis an dá chúige eile, ní fhaightear AEP K ach in ardchríocha an Aigéin Artaigh, agus tá níos mó diatóim agus níos lú planctóin ann.Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil an méid planctóin sna trí réigiún seo an-difriúil freisin.Ina measc, tá flúirse planctóin AEP K sách íseal, agus tá raidhse AEP D agus H sách ard.Mar sin, in ainneoin a mbithmhais (agus dá bhrí sin cosúil le Chl-a), tá na cúigí seo an-difriúil: b’fhéidir nach mbeadh na difríochtaí seo ag baint le tástáil cúige bunaithe ar Chl.
Is léir freisin go bhféadfadh roinnt AEPanna a bhfuil bithmhais an-difriúil acu a bheith cosúil le struchtúr pobail fíteaplanctóin.Mar shampla, tá sé seo le feiceáil i AEP D agus E. Tá siad gar dá chéile, agus san Aigéan Ciúin, tá AEP E gar don AEPJ an-táirgiúil.Mar an gcéanna, níl aon nasc soiléir idir bithmhais fíteaplanctóin agus flúirse zóplanctóin.
Is féidir AEP a thuiscint i dtéarmaí na gcothaithigh a chuirtear ar fáil dóibh (Fíor 5B).Ní bhíonn diatóim ann ach amháin nuair a bhíonn soláthar cuimsithí d'aigéad siliceach ann.Go ginearálta, dá airde an soláthar aigéad silicic, is airde an bhithmhais diatóim.Is féidir diatóim a fheiceáil in AEP A, J, K agus L. Cinneann an N, P agus Fe a sholáthraítear an cóimheas idir bithmhais diatom i gcomparáid le fíteaplanctón eile i gcoibhneas leis an éileamh diatom.Mar shampla, diatóim is mó atá i AEP L.I gcomparáid le cothaithigh eile, tá an soláthar is airde ag Si.I gcodarsnacht leis sin, in ainneoin táirgiúlacht níos airde, tá níos lú diatóim ag AEP J agus níos lú soláthair sileacain (go léir agus i gcoibhneas le cothaithigh eile).
Tá an cumas ag baictéir diazonium nítrigin a shocrú, ach fásann siad go mall (31).Tá siad taobh le fíteaplanctón eile, áit a bhfuil iarann agus fosfar iomarcach i gcoibhneas leis an éileamh ar chothaithigh neamh-diazonium (20, 21).Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil an bithmhais diazotrophic sách ard, agus tá an soláthar Fe agus P sách mór i gcoibhneas le soláthar N. Ar an mbealach seo, cé go bhfuil an bithmhais iomlán in AEP J níos airde, is é an bithmhais diazonium in AEP H. níos mó ná sin i J. Tabhair faoi deara le do thoil go bhfuil AEP J agus H an-difriúil ó thaobh na tíreolaíochta de, agus go bhfuil H suite san Aigéan Indiach meánchiorcal.
Mura roinntear an struchtúr éiceachórais uathúil i gcúigí, ní bheidh na léargais a fuarthas ó na 12 mhúnla castachta is ísle de chuid AEP chomh soiléir sin.Éascaíonn an AEP ginte ag SAGE comparáid chomhleanúnach agus chomhuaineach ar fhaisnéis chasta agus ardtoiseach ó shamhlacha éiceachórais.Leagann AEP béim go héifeachtach ar an bhfáth nach modh maith agus malartach é Chl chun struchtúr pobail nó flúirse zóplanctóin a chinneadh ag leibhéil níos airde cothaitheach.Tá anailís mhionsonraithe ar thopaicí taighde leanúnacha lasmuigh de raon feidhme an ailt seo.Soláthraíonn an modh SAGE bealach chun meicníochtaí eile sa mhúnla a iniúchadh atá níos éasca le láimhseáil ná breathnú pointe go pointe.
Tá an modh SAGE beartaithe chun cabhrú le sonraí éiceolaíochta an-chasta ó shamhlacha uimhriúla domhanda fisiciúla/bithgheoiceimiceacha/éiceachórais a shoiléiriú.Cinntear an cúige éiceolaíoch ag bithmhais iomlán na ngrúpaí feidhme trasphlanctóin, cur i bhfeidhm algartam laghdaithe toise dóchúlacht t-SNE agus an cnuasach ag baint úsáide as an modh ML gan mhaoirseacht DBSCAN.Cuirtear an teoiric difríochta/graif idir-chúigí i bhfeidhm don mhodh neadaithe chun AEP láidir a dhíorthú is féidir a úsáid le haghaidh léirmhínithe domhanda.Maidir le tógáil, tá an Éicea-Chúige agus an AEP uathúil.Is féidir an neadú AEP a choigeartú idir castacht iomlán an chúige éiceolaíoch bhunaidh agus an íostairseach molta de 12 AEP.Breathnaítear ar íoschastacht AEP a neadú agus a chinneadh mar phríomhchéimeanna, toisc go n-eascraíonn an dóchúlacht go laghdóidh t-SNE AEPanna de <12 chastacht.Tá modh SAGE domhanda, agus raonta a chastacht ó> 100 AEP go 12. Ar mhaithe le simplíocht, tá an fócas reatha ar chastacht 12 AEP domhanda.D’fhéadfadh fo-thacar spásúlachta níos lú de na cúigí domhanda a bheith úsáideach do thaighde amach anseo, go háirithe staidéir réigiúnacha, agus féadfar é a chomhiomlánú i limistéar níos lú chun leas a bhaint as na léargais éiceolaíochta céanna a phléitear anseo.Soláthraíonn sé moltaí maidir le conas is féidir na cúigí éiceolaíochta seo agus an léargas a fuarthas uathu a úsáid le haghaidh tuilleadh tuisceana éiceolaíochta, chun comparáid a dhéanamh idir samhlacha a éascú, agus chun monatóireacht ar éiceachórais mhuirí a fheabhsú.
Tá an cúige éiceolaíoch agus an AEP a shainaithnítear leis an modh SAGE bunaithe ar na sonraí sa tsamhail uimhriúil.De réir sainmhínithe, is struchtúr simplithe é an tsamhail uimhriúil, ag iarraidh croílár an chórais sprice a ghabháil, agus beidh dáileadh difriúil planctóin ag samhlacha éagsúla.Ní féidir leis an tsamhail uimhriúil a úsáideadh sa staidéar seo cuid de na patrúin a breathnaíodh a ghabháil go hiomlán (mar shampla, i meastacháin Chl don réigiún meánchiorcal agus don Aigéan Theas).Ní ghlactar ach cuid bheag den éagsúlacht san aigéan fíor, agus ní féidir na meso agus na fo-mesoscales a réiteach, rud a d'fhéadfadh tionchar a bheith aige ar fhlosc chothaitheach agus ar struchtúr pobail ar scála níos lú.In ainneoin na n-easnaimh seo, tharlaíonn sé go bhfuil AEP an-úsáideach chun cuidiú le samhlacha casta a thuiscint.Trí mheastóireacht a dhéanamh ar na háiteanna ina bhfaightear cúigí éiceolaíochta comhchosúla, soláthraíonn AEP uirlis comparáide samhlacha uimhriúil féideartha.Gabhann an tsamhail uimhriúil reatha patrún foriomlán tiúchan fíteaplanctóin Chl-a braite cianda agus dáileadh méid planctóin agus grúpa feidhme (Nóta S1 agus Fíor S1) (2, 32).
Mar atá léirithe ag an líne contour 0.1 mgChl-a/m-3, tá AEP roinnte ina limistéar oligotrophic agus limistéar mesotrophic (Fíor S1B): AEP B, C, D, E, F agus G, is limistéir oligotrophic iad, agus is iad na limistéir atá fágtha. suite Ard Chl-a.Léiríonn AEP roinnt comhfhreagrais le Cúige Longhurst (Fíor S3A), mar shampla, an tAigéan Theas agus an Aigéin Chiúin Mheánchriosach.I roinnt réigiún, clúdaíonn AEP réigiúin iolracha Longhurst, agus vice versa.Ós rud é go bhfuil an rún chun cúigí a theorannú sa réimse seo agus Longhurst difriúil, táthar ag súil go mbeidh difríochtaí ann.Tugann iolraí AEPanna i gCúige Longhurst le fios go bhféadfadh struchtúir éiceachórais an-difriúla a bheith ag limistéir áirithe le bithgheiceimic den chineál céanna.Léiríonn AEP comhfhreagras áirithe le stáit fhisiciúla, mar a léirítear trí úsáid a bhaint as foghlaim gan mhaoirseacht (19), mar shampla i stáit arda in airde (mar shampla, an tAigéan Theas agus an Aigéin Chiúin Mheánchriosach; Fíor S3, C agus D).Léiríonn an comhfhreagras seo go bhfuil tionchar láidir ag dinimic aigéin ar struchtúr pobail an phlanctóin.I gceantair ar nós an Atlantaigh Thuaidh, trasnaíonn AEP cúigí fisiceacha.Féadfaidh próisis cosúil le hiompar deannaigh a bheith san áireamh sa mheicníocht is cúis leis na difríochtaí seo, rud a d'fhéadfadh cláir chothaithe go hiomlán difriúil a bheith mar thoradh orthu fiú faoi choinníollacha fisiceacha comhchosúla.
Thug an Aireacht Éiceolaíochta agus AEP le fios nach féidir le húsáid Chl amháin comhpháirteanna éiceolaíochta a aithint, mar a thuig pobal éiceolaíochta na mara cheana féin.Feictear é seo in AEPanna a bhfuil comhdhéanamh bithmhais comhchosúil acu ach a bhfuil comhdhéanamh éiceolaíoch suntasach difriúil acu (amhail D agus E).I gcodarsnacht leis sin, tá bithmhais an-difriúil ag AEPanna ar nós D agus K ach tá comhdhéanamh éiceolaíoch comhchosúil acu.Leagann AEP béim go bhfuil an gaol idir bithmhais, comhdhéanamh éiceolaíoch agus flúirse zóplanctóin casta.Mar shampla, cé go seasann AEP J amach i dtéarmaí bithmhais fíteaplanctóin agus planctóin, tá bithmhais planctóin cosúil le AEP ag A agus L, ach tá flúirse planctóin níos airde ag A.Leagann AEP béim nach féidir bithmhais fíteaplanctóin (nó Chl) a úsáid chun bithmhais zóplanctóin a thuar.Is é zúplanctón bunsraith an bhiashlabhra iascaigh, agus d’fhéadfadh bainistíocht acmhainní níos fearr a bheith mar thoradh ar mheastacháin níos cruinne.D’fhéadfadh go mbeadh satailítí dathanna muirí sa todhchaí [mar shampla, PACE (planctón, aerasól, scamall, agus éiceachóras muirí)] suite níos fearr chun cabhrú le meastachán a dhéanamh ar struchtúr pobail na bhfíteaplanctóin.D'fhéadfadh sé go n-éascófaí meastachán zóplanctóin ón spás trí thuar AEP.Is féidir le modhanna cosúil le SAGE, in éineacht le teicneolaíochtaí nua, agus níos mó agus níos mó sonraí allamuigh atá ar fáil le haghaidh suirbhéanna ar fhírinneacht na talún (cosúil le Tara agus taighde leantach), céim a ghlacadh i gcomhpháirt i dtreo monatóireachta ar shláinte éiceachórais atá bunaithe ar shatailít.
Soláthraíonn an modh SAGE bealach áisiúil chun roinnt meicníochtaí a rialaíonn tréithe cúige a mheas, mar shampla bithmhais/Chl, táirgeadh príomhúil glan, agus struchtúr pobail.Mar shampla, socraítear méid coibhneasta na diatoms ag éagothroime i soláthar Si, N, P, agus Fe i gcoibhneas le riachtanais stoichiometric fíteaplanctóin.Ag ráta soláthair cothromaithe, is diatóim (L) is mó atá sa phobal.Nuair a bhíonn an ráta soláthair neamhchothrom (is é sin, tá an soláthar sileacain níos ísle ná an t-éileamh cothaitheach diatoms), ní dhéanann diatóim ach cuid bheag de Scair (K).Nuair a sháraíonn an soláthar Fe agus P an soláthar N (mar shampla, E agus H), fásfaidh na baictéir diazotrófacha go bríomhar.Tríd an gcomhthéacs a sholáthraíonn AEP, beidh sé níos úsáidí meicníochtaí rialaithe a iniúchadh.
Is limistéir iad an Éicea-Chúige agus an AEP a bhfuil struchtúir phobail chomhchosúla acu.Is féidir an tsraith ama ó áit áirithe laistigh de chúige éiceolaíoch nó AEP a mheas mar phointe tagartha agus is féidir leis an limistéar atá clúdaithe ag an gCúige éiceolaíoch nó AEP a léiriú.Soláthraíonn stáisiúin monatóireachta fadtéarmacha ar an láthair sraith ama den sórt sin.Leanfaidh tacair shonraí in-situ fadtéarmach de ról do-áirimh a imirt.Ó thaobh monatóireacht a dhéanamh ar struchtúr pobail, is féidir an modh SAGE a fheiceáil mar bhealach chun cuidiú leis an suíomh is úsáidí do láithreáin nua a chinneadh.Mar shampla, tá an tsraith ama ón measúnú fadtéarmach gnáthóg oligotrophic (ALOHA) i AEP B an limistéir oligotrophic (Fíor 5C, lipéad 2).Toisc go bhfuil ALOHA gar do theorainn AEP eile, ní fhéadfaidh an tsraith ama a bheith ionadaíoch don limistéar iomlán, mar a moladh roimhe seo (33).Sa AEP B céanna, tá an tsraith ama SEATS (Sraith Am Oirdheisceart na hÁise) suite in iardheisceart na Téaváine (34), níos faide ó theorainneacha AEPanna eile (Fíor 5C, lipéad 1), agus is féidir é a úsáid mar shuíomh níos fearr chun monatóireacht a dhéanamh. AEPB.Tá an tsraith ama BATS (Staidéar Sraith Am Atlantach Beirmiúda) (Fíor 5C, lipéad 4) in AEPC an-ghar don teorainn idir AEP C agus F, rud a léiríonn go bhféadfadh fadhbanna díreacha a bheith ag baint le monatóireacht AEP C ag baint úsáide as sraith ama BATS.Tá Stáisiún P in AEP J (Fíor 5C, lipéad 3) i bhfad ó theorainn AEP, mar sin tá sé níos ionadaí.Is féidir leis an Éicea-Chúige agus an AEP cabhrú le creat monatóireachta a bhunú a bheidh oiriúnach chun athruithe domhanda a mheasúnú, mar gheall ar chead na gcúigí measúnú a dhéanamh ar na háiteanna inar féidir le sampláil ar an láthair príomhléargais a sholáthar.Is féidir modh SAGE a fhorbairt tuilleadh lena chur i bhfeidhm ar shonraí aeráide chun éagsúlacht a shábhálann am a mheas.
Baintear rathúlacht an mhodha SAGE amach trí mhodhanna eolaíochta sonraí/ML agus eolas a bhaineann go sonrach leis an bhfearann a chur i bhfeidhm go cúramach.Go sonrach, úsáidtear t-SNE chun toise a laghdú, a chaomhnaíonn struchtúr comhathraitheas na sonraí ardtoiseacha agus a éascaíonn amharcléiriú ar topology comhathraitheas.Socraítear na sonraí i bhfoirm stríoca agus comhathraitheas (Fíor 2A), rud a thugann le fios nach bhfuil bearta atá bunaithe ar achar amháin (amhail K-acmhainní) oiriúnach toisc go n-úsáideann siad dáileadh bonn Gaussach (ciorclach) de ghnáth (a pléadh i Nóta S2). .Tá an modh DBSCAN oiriúnach d'aon topology comhathraitheas.Chomh fada agus a thugann tú aird ar pharaiméadair a leagan síos, is féidir sainaithint iontaofa a sholáthar.Tá costas ríomhaireachtúil an algartam t-SNE ard, rud a chuireann teorainn lena chur i bhfeidhm faoi láthair chuig méid níos mó sonraí, rud a chiallaíonn go bhfuil sé deacair é a chur i bhfeidhm ar réimsí domhain nó ar réimsí éagsúla ama.Tá obair ar siúl ar inscálaitheacht t-SNE.Ós rud é go bhfuil an t-achar KL éasca le comhthreomhar, tá cumas maith ag an algartam t-SNE leathnú amach anseo (35).Go dtí seo, áirítear ar mhodhanna laghdaithe toise a bhfuil gealladh fúthu gur féidir an méid a laghdú ar bhealach níos fearr, teicnící aontaithe um chomhfhogasú agus teilgean iolrach (UMAP), ach is gá meastóireacht a dhéanamh i gcomhthéacs sonraí aigéin.Is é an bhrí atá le hinscalaitheacht níos fearr, mar shampla, aeráidí domhanda nó samhlacha le castacht dhifriúil a aicmiú ar shraith mheasctha.Is féidir limistéir nach n-aicmítear iad de réir SAGE in aon chúige a mheas mar na poncanna dubha atá fágtha i bhFíor 2A.Go geografach, tá na ceantair seo i gceantair thar a bheith séasúrach go príomha, rud a thugann le tuiscint go soláthrófar clúdach níos fearr trí chúigí éiceolaíocha a athraíonn le himeacht ama a ghabháil.
Chun modh SAGE a thógáil, baineadh úsáid as smaointe ó chórais chasta/eolaíocht sonraí, ag baint úsáide as an gcumas chun cnuasaigh de ghrúpaí feidhme a aimsiú (an fhéidearthacht a bheith an-dlúth i spás 11thoiseach) agus cúigí a chinneadh.Léiríonn na cúigí seo méideanna sonracha inár spás céime 3D t-SNE.Mar an gcéanna, is féidir an chuid Poincaré a úsáid chun meastóireacht a dhéanamh ar an "toirt" de spás an stáit áitiú ag an trajectory a chinneadh "gnáth" nó "chaotic" iompar (36).Maidir leis an aschur múnla statach 11-tríthoiseach, is féidir an méid a áitítear tar éis na sonraí a thiontú go spás céim 3D a mhíniú mar an gcéanna.Níl an gaol idir limistéar geografach agus limistéar i spás céim 3D simplí, ach is féidir é a mhíniú i dtéarmaí cosúlachta éiceolaíochta.Ar an ábhar sin, is fearr beart neamhchosúlachta níos traidisiúnta RC.
Déanfaidh obair amach anseo modh SAGE a athúsáid chun sonraí a athrú go séasúrach chun éagsúlacht spásúlachta na gcúigí sainaitheanta agus AEP a mheas.Is é an sprioc amach anseo an modh seo a úsáid chun cabhrú le cinneadh a dhéanamh ar na cúigí is féidir a chinneadh trí thomhais satailíte (amhail Chl-a, frithchaiteacht braite cianda agus teocht dhromchla na farraige).Ceadóidh sé seo measúnú cianbhraite ar chomhpháirteanna éiceolaíochta agus monatóireacht an-solúbtha ar chúigí éiceolaíochta agus ar a n-éagsúlacht.
Is é cuspóir an taighde seo ná modh SAGE a thabhairt isteach, a shainíonn cúige éiceolaíochta trína struchtúr pobail planctóin uathúil.Anseo, cuirfear faisnéis níos mionsonraithe ar fáil faoin tsamhail fhisiciúil/bith-gheoiceimiceach/éiceachórais agus faoi roghnú paraiméadar na n-algartam t-SNE agus DBSCAN.
Tagann comhpháirteanna fisiceacha na samhla ón meastachán ar chúrsaíocht agus ar aeráid aigéin [ECCOv4;(37) an meastachán staid domhanda cur síos ag (38).Is é an réiteach ainmniúil ar mheastachán stáit ná 1/5.Úsáidtear an modh is lú cearnóga le modh iolraitheora Lagrangian chun na coinníollacha tosaigh agus teorann agus paraiméadair mhúnla inmheánacha a choigeartú trí bhreathnóireacht, rud a ghintear múnla timthriall ginearálta MIT saor in aisce (MITgcm) (39), an tsamhail Tar éis leas iomlán a bhaint, is féidir leis na torthaí a rianú agus a bhreathnú.
Tá cur síos níos iomláine ar an mbithcheimic/éiceachóras (ie cothromóidí agus luachanna paraiméadar) in (2).Gabhann an tsamhail scaipeadh C, N, P, Si agus Fe trí locháin neamhorgánacha agus orgánacha.Áirítear leis an leagan a úsáidtear anseo 35 speiceas fíteaplanctóin: 2 speiceas de mhicreaprokaryotes agus 2 speiceas microeukaryotes (oiriúnach do thimpeallachtaí íseal-chothaithe), 5 speiceas de Cryptomonas sphaeroides (le sciath carbónáit chailciam), 5 speiceas diazonium (Is féidir nítrigin a shocrú, mar sin níl sé teoranta) infhaighteacht nítrigine neamhorgánach tuaslagtha), 11 diatóim (clúdach silice a fhoirmiú), 10 bratach fásúil measctha (is féidir planctón eile a fhótaisintéisiú agus a ithe) agus 16 Zúplanctón (innilt ar phlanctón eile).Tugtar "feidhmghrúpaí bithgheiceimiceacha" orthu seo toisc go bhfuil éifeachtaí difriúla acu ar bhithgheoiceimic mhara (40, 41) agus is minic a úsáidtear iad i breathnóireacht agus i staidéir mhúnla.Sa mhúnla seo, tá gach grúpa feidhme comhdhéanta de roinnt planctóin de mhéideanna éagsúla, le réise de 0.6 go 2500 μm trastomhas sféarúil comhionann.
Baineann na paraiméadair a dhéanann difear d’fhás fíteaplanctóin, d’innilt agus do dhul faoi uisce le méid, agus tá difríochtaí sonracha idir na sé ghrúpa feidhme fíteaplanctóin (32).In ainneoin na gcreataí fisiceacha éagsúla, baineadh úsáid as torthaí na 51 comhpháirt planctóin den tsamhail i roinnt staidéar le déanaí (42-44).
Ó 1992 go 2011, mhair an tsamhail cúplála fisiceach/bith-gheoiceimiceach/éiceachórais ar feadh 20 bliain.Áirítear le haschur an mhúnla bithmhais planctóin, tiúchan cothaitheach agus ráta soláthair cothaitheach (DIN, PO4, Si agus Fe).Sa staidéar seo, úsáideadh meán 20 bliain na n-aschur seo mar ionchur an Chúige Éiceolaíochta.Cuirtear cl, dáileadh bithmhaise planctóin agus tiúchan cothaitheach agus dáileadh na ngrúpaí feidhme i gcomparáid le breathnuithe satailíte agus in-situ [féach (2, 44), Nóta S1 agus an figiúr.S1 go S3].
Maidir leis an modh SAGE, tagann príomhfhoinse na randamachta ón gcéim t-SNE.Cuireann randamacht bac ar atrialltacht, rud a chiallaíonn go bhfuil na torthaí neamhiontaofa.Déanann an modh SAGE tástáil dhian ar an stóinseacht trí shraith paraiméadar t-SNE agus DBSCAN a chinneadh, ar féidir leo braislí a shainaithint go seasta nuair a dhéantar iad a athdhéanamh.Is féidir a thuiscint gurb é is brí le cinneadh “anróphléacsacht” an pharaiméadar t-SNE a chinneann cé chomh mór agus ba cheart go n-urramódh an léarscáiliú ó thoisí ard go toisí ísle saintréithe áitiúla nó domhanda na sonraí.Shroich an mearbhall de 400 agus 300 atriall.
Maidir leis an algartam cnuasaithe DBSCAN, is gá íosmhéid agus fadmhéadrach na bpointí sonraí sa bhraisle a chinneadh.Socraítear an t-íoslíon faoi threoir na saineolaithe.Tá a fhios ag an eolas seo cad a oireann don chreat samhaltaithe uimhriúil reatha agus don réiteach.Is é 100 an t-íoslíon. Is féidir íosluach níos airde (níos lú ná <135 sula n-éiríonn an uasteorainn glas níos leithne) a mheas, ach ní féidir é a chur in ionad an mhodha chomhiomlánaithe bunaithe ar neamh-chomhionannas BC.Úsáidtear an méid nasc (Fíor 6A) chun an paraiméadar ϵ a shocrú, rud a chabhródh le clúdach níos airde (Fíor 6B).Sainmhínítear nascacht mar líon ilchodach na gcnuasach agus tá sé íogair don pharaiméadar ϵ.Léiríonn nascacht níos ísle nach bhfuil feistiú leordhóthanach ann, réigiúin a ghrúpáil go saorga le chéile.Léiríonn nascacht ard rófheisteas.Bíonn fadhb ag baint le rófheisteas freisin, mar go léiríonn sé go bhféadfadh torthaí do-atáirgthe a bheith mar thoradh ar thuairimí randamacha tosaigh.Idir an dá fhoirceann seo, léiríonn méadú géar (ar a dtugtar “elbow de ghnáth”) an ϵ is fearr.I bhFíor 6A, feiceann tú méadú géar ar limistéar an Plateau (buí,> 200 braisle), agus ina dhiaidh sin tháinig laghdú géar (glas, 100 braisle), suas go dtí thart ar 130, timpeallaithe ag fíorbheagán braislí (gorm, <60 braisle) ).I 100 limistéar gorm ar a laghad, bíonn braisle amháin i gceannas ar an aigéan iomlán (ϵ <0.42), nó níl an chuid is mó den aigéan rangaithe agus meastar gur torann é (ϵ> 0.99).Tá dáileadh braisle an-athraitheach, neamh-in-atáirgthe ag an limistéar buí.De réir mar a laghdaíonn ϵ, méadaíonn an torann.Tugtar Elbow ar an limistéar glas atá ag méadú go géar.Is réigiún optamach é seo.Cé go n-úsáidtear an dóchúlacht t-SNE, is féidir an neamh-chomhionannas BC laistigh den chúige a úsáid fós chun braisliú iontaofa a chinneadh.Ag baint úsáide as Fíor 6 (A agus B), leag ϵ go 0.39.Dá mhéad an t-íoslíon, is lú an dóchúlacht go sroichfidh sé an ϵ a cheadaíonn aicmiú iontaofa, agus is mó an limistéar glas le luach níos mó ná 135. Léiríonn méadú an limistéir seo go mbeidh an elbow níos deacra a fháil nó nach bhfuil. ann.
Tar éis paraiméadair t-SNE a shocrú, úsáidfear líon iomlán na mbraislí a aimseofar mar thomhas nascachta (A) agus céatadán na sonraí a leithdháiltear ar an mbraisle (B).Léiríonn an ponc dearg an meascán is fearr de chlúdach agus nascacht.Socraítear an t-íoslíon de réir an íoslíon a bhaineann leis an éiceolaíocht.
Le haghaidh ábhar breise don alt seo, féach http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/22/eaay4740/DC1
Is alt rochtana oscailte é seo a dháiltear faoi théarmaí an Creative Commons Attribution License.Ceadaíonn an t-alt úsáid neamhshrianta, dáileadh, agus atáirgeadh in aon mheán ar an gcoinníoll go luaitear an saothar bunaidh i gceart.
Nóta: Ní iarraimid ort ach do sheoladh ríomhphoist a sholáthar ionas go mbeidh a fhios ag an duine a mholann tú don leathanach gur mian leat go bhfeicfeadh siad an ríomhphost agus nach turscar é.Ní ghlacfaimid aon seoltaí ríomhphoist.
Úsáidtear an cheist seo chun a thástáil an bhfuil tú i do chuairteoir agus le cosc a chur ar chur isteach uathoibríoch turscair.
Tá Aireacht Dhomhanda na hÉiceolaíochta Mara meáite ar fhadhbanna casta a réiteach agus úsáideann ML gan mhaoirseacht chun struchtúir phobail a iniúchadh.
Tá Aireacht Dhomhanda na hÉiceolaíochta Mara meáite ar fhadhbanna casta a réiteach agus úsáideann ML gan mhaoirseacht chun struchtúir phobail a iniúchadh.
Am postála: Jan-12-2021