海洋生物分类与系统演化实验室知识库

海山通常是指海平面下高度超过周围洋壳1000 m的海底隆起，是深海大洋中显著的地形单元。由于海底的大部分地形未经实测调查，对于全球海山数量的不同估计方法衍生多个数据集，且数据集之间差异较大，因此迄今有关海山的确切数量和位置依然不明。海山是深海大洋中生物多样性的聚集地，为底栖生物及鱼类等生物提供着不可或缺的栖息场所。以八放珊瑚为代表的冷水珊瑚是海山最具多样性且数量最占优势的巨型底栖动物类群，主要生活在200 m以深的海底，是海山脆弱海洋生态系统的指标类群。迄今，对于八放珊瑚在全球海山的分布特征及其驱动因素尚未报道。信息技术的迅猛发展导致海洋生物数据规模呈现爆炸式增长，然而，海量八放珊瑚的数据尚未得到充分整理、分类与挖掘，其潜在价值尚未被充分发现。知识图谱能够高效处理、探索与管理海量数据信息，以实现信息检索和推理，已成为海洋领域改革与研究的新动力。

本研究以全球海山数据集与八放珊瑚为主要研究对象，采用知识图谱技术梳理海量数据，并运用层级聚类与网络分析技术，整理分析海山八放珊瑚出现记录，并探讨海山八放珊瑚在全球水层中的分布格局及驱动因素。

使用GMRT方法确定相对准确的全球海山数量为43454个。同时，将准确度较高的海山数据与国际海洋生物多样性信息系统（OBIS）和全球生物多样性信息网络（GBIF）数据库中收集、整理和分析的八放珊瑚出现记录及相应环境因子数据进行匹配。基于这些数据之间的关联进行数据建模，构建了一个涵盖341个海山、24352条八放珊瑚出现记录和56214个关系的全球海山八放珊瑚知识图谱。

使用层级聚类与Infomap Bioregions网络分析探讨了全球海山八放珊瑚在200~1000 m和1000 m以深的分布格局、多样性热点区域以及驱动因素。结果表明，200~1000 m水层内的海山八放珊瑚属级记录最多的网格分布在夏威夷群岛海域，1000 m以深的为夏威夷群岛海域和西北大西洋。使用层级聚类分析海山群落相似性与Infomap Bioregions网络分析的海山八放珊瑚属记录，可将200~1000 m的海山八放珊瑚划分为9个生物地理区，且阿拉斯加-加利福尼亚州海域、夏威夷群岛海域与热带太平洋海域呈现明显的区域划分；1000 m以深的水层可划分为11个生物地理区，加利福尼亚海域、太平洋中部与东南海域呈现明显的区域划分。通过Mantel test分析研究200~1000 m水层内环境因子与生物组成差异的关系，发现温度与生物地理区内的生物组成差异显著相关，层级聚类分析发现溶解氧含量也是显著因子（p=0.022），网络分析发现水流亦为显著因子（p=0.037）。通过T-test和Wilcoxon秩和检验分析表明200~1000 m和1000 m以深的部分八放珊瑚属分布区的温度、溶解氧含量、盐度及流速等特定环境因子存在显著偏好，这可能是导致不同生物地理区八放珊瑚组成差异的重要原因。本研究建立了全球海山八放珊瑚的知识图谱，揭示了海山八放珊瑚在不同水层的分布格局、多样性热点区域以及驱动因素，为海山生态系统保护及公海保护区划设提供参考。

第1章 绪论  1

1.1 海山及其在全球的分布 1

1.1.1 海山定义与分布特征 1

1.1.2 海山分布调查     1

1.1 八放珊瑚分布格局及影响因素    3

1.1.1 八放珊瑚及其地理分区     3

1.1.2 影响海山八放珊瑚分布的环境因子 4

1.2 知识图谱研究进展 5

1.3 本研究目的及意义 6

第2章 基于全球海山八放珊瑚的知识图谱构建     7

2.1 知识图谱理论框架 7

2.2 全球海山八放珊瑚知识图谱构建方案 9

2.2.1 知识抽取     11

2.2.2 知识建模     15

2.2.3 知识存储     17

2.3 全球海山八放珊瑚知识图谱的实现    18

2.3.1 开发环境     18

2.3.2 知识图谱构建结果     19

2.3.3 全球海山八放珊瑚知识图谱可视化 19

2.4 基于知识图谱的全球海山八放珊瑚数据集建立 20

第3章 全球海山八放珊瑚多样性分布格局及驱动因素研究 23

3.1 材料与方法    23

3.1.1 全球海山八放珊瑚分布热点区 23

3.1.2 生物地理区划分 23

3.1.3 环境因子与八放珊瑚分布相关性分析     24

3.2 结果与分析    25

3.2.1 全球海山八放珊瑚分布热点区 25

3.2.2 全球200~1000 m水层内海山生物地理区划分     27

3.2.3 1000m以深水层内海山生物地理区划分 29

3.2.4 八放珊瑚属对环境因子的偏好性分析     32

3.3 讨论 36

3.3.1 全球海山八放珊瑚生物地理区系划分     36

3.3.2 环境因子对生物地理区分布格局影响     36

3.3.3 生物地理区划分方法的比较和局限性     37

第4章 工作总结与展望     39

4.1 总结 39

4.2 创新点    39

4.3 展望 39

参考文献       41

致  谢   49

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果       51