美国佛罗里达州立大学、阿拉斯加大学费尔班克斯分校与斯克里普斯海洋研究所的团队，依托“加州沿岸生态系统长期生态研究”（CCE-LTER）计划2006至2021年的11个航次，首次在同一批准拉格朗日实验中同步量化了海洋生物碳泵的三条主要途径——下沉颗粒、昼夜垂直迁移的主动输运、以及由俯冲与垂直混合构成的物理泵。研究中，浮游动物样品经法国HYDROPTIC公司ZooSCAN成像系统扫描后完成分类与体型测量，用于估算主动输运通量。结果表明，下沉颗粒在输出与固碳两方面均居首位，而主动输运因再矿化深度更深，其固碳效率高于物理泵。成果于2023年发表于《Nature Communications》。 研究背景 海洋生物碳泵把表层生产的有机碳输往深海，是长期碳封存的关键。碳进入海洋内部并非只有一条路：颗粒可以自身下沉；昼夜垂直迁移的浮游动物与大洋中层鱼可在夜间表层摄食、白天回到深层呼吸排泄，形成“主动输运”；富碳水体也可被俯冲与垂直混合直接带入次表层。然而多数研究只测量其中一条途径，缺少三者同时刻画的观测，难以判断各自相对重要性及未来变化。 加州沿岸生态系统兼具近岸上升流区与寡营养外海两种生境，动力过程与生态滞后交织成复杂镶嵌格局，是检验多途径并行量化的理想海域。研究要回答的是：在同一水体包裹里，三条途径各自输出多少碳、又能真正封存多少碳。 研究过程 采样依托2006—2021年的11个航次，多数在春夏进行。每个航次围绕约4天的准拉格朗日实验展开，用卫星跟踪漂流浮标与阻力伞追踪同一混合层水团以重复取样。净初级生产力以碳-14法在真光层6—8个深度逐日测定。 浮游动物经昼夜配对的分层网自表层拖至450米、垂直分辨率约50米；样品以1.8%缓冲福尔马林固定后送入ZooSCAN扫描，先由深度学习划分大类，再经人工全量核验，并提取体长、体宽等形态参数，用体长—碳关系换算生物量。每个网次按11个对数间隔的粒径区间（0.2毫米以下至10毫米以上）汇总生物量，据各层位昼夜生物量之差计算主动输运；呼吸速率由异速生长关系估算，溶解有机碳排泄按呼吸的31%计；大洋中层鱼的主动输运则由昼夜配对拖网结合生物能量学模型估算。 图1. 法国HYDROPTIC公司 ZooSCAN浮游动物样品扫描分析系统 下沉通量由自由漂流沉积物捕集器测定（99组三重平行测量）；物理泵把现场估算的颗粒沉降速度谱与数据同化三维流场耦合，以拉格朗日粒子追踪模拟俯冲与混合。固碳时长由北太平洋500年拉格朗日模拟确定：统计100至1000米各深度释放的二氧化碳重新进入混合层的时间。 实验结果 一、三条途径的输出通量各有量级，且空间变异极大。 100米层的下沉颗粒输出平均为9.0±2.2毫摩尔碳每平方米每天，区域跨度2.6至41；主动输运平均2.9，物理泵平均3.8。作为参照，全球卫星估算的100米层平均下沉通量约为3毫摩尔碳每平方米每天，说明该海域输出高于大洋平均，但主要来自近岸上升流区。下沉通量随深度按幂律衰减，平均指数0.72（95%置信区间0.68—0.76），相当于从100米到200米减少39%；其后在200米、500米与1000米分别降至5.5、2.8与1.7毫摩尔碳每平方米每天。 图2. 加州沿岸生态系统的时空变异与三条途径的碳输出：d为下沉颗粒、e为昼夜垂直迁移主动输运、f为颗粒俯冲（改编自 Stukel et al. (2023)） 二、主动输运与物理泵通量不低，但衰减更快。 浮游动物的主动输运介于0.3至5.1毫摩尔碳每平方米每天，鱼类约为其一半；二者合计在100米层平均2.9，其呼吸再矿化峰值分别出现在200—250米与450米。物理泵在100米层可达3.8，但74%的碳在抵达200米前即被再矿化，至500米与1000米分别仅剩0.20与0.059毫摩尔碳每平方米每天；在200米与300米层，俯冲从未贡献超过20%的输出。 图3. 三条输出途径的区域平均再矿化随深度变化（蓝：下沉；红：主动输运；绿：俯冲与垂直混合），黑线为固碳时长（改编自 Stukel et al. (2023)） 三、沉降颗粒输出最多，主动输运固碳效率更高。 模拟显示，100米处释放的二氧化碳平均固碳时长仅102±3年，而1000米处达1335±57年。以固碳时长与再矿化速率的深度积分计，下沉颗粒封存1931摩尔碳每平方米（平均586年），高于主动输运的498（468年）与物理泵的386（279年）；折算到约1.7×10⁵平方公里的研究区，三者分别封存3.9、1.0与0.8拍克碳，合计5.7拍克碳。该区溶解无机碳储量实测13.6拍克碳，即生物碳泵贡献了其中约一半。 图4. 三条途径在100—400米、400—1000米与1000米以深三个层位对输出（白箭头）与固碳（橙字）的贡献（改编自 Stukel et al. (2023)） 研究结论 研究指出，把三条途径放在同一水体里比较，才能看清各自的真实地位：下沉颗粒既是最大输出者、也是最有效的封存者；主动输运输出通量虽略低于物理泵，但因再矿化发生在更深处而封存更多碳；物理泵只在上层碳收支中重要，对中层以深的输出贡献有限。研究还发现，总输出效率与局地生产力反向相关——上升流区单位初级生产力输出到深海的碳反而更多；上升流春季最强、拉尼娜年更强，并随气候变化长期增强，预示该海域生物碳泵结构将持续改变。 浮游动物的主动输运通量，建立在对迁移类群生物量与体型谱的准确估算之上。本研究中，ZooSCAN把网采样品逐个体成像并提取形态参数，配合深度学习分类与全量人工核验，使各类群在0.2毫米至10毫米间的11个粒径区间获得一致的丰度—生物量转换，从而把昼夜生物量之差换算为碳通量。法国HYDROPTIC公司的ZooSCAN与ZooCAM系列可标准化地把浮游动物样品转化为可比较的图像与形态数据，是长时序、跨区域生物泵研究的成像基础工具。 参考文献 Stukel, M. R., Irving, J. P., Kelly, T. B., Ohman, M. D., Fender, C. K., Yingling, N. Carbon sequestration by multiple biological pump pathways in a coastal upwelling biome. Nature Communications, 2023, 14: 2024. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37771-8 相关产品链接 法国Hydroptic公司 ZooSCAN浮游动物样品扫描分析系统

塑料污染在海洋中形成了一类新的人为微生物栖息地，被称为「塑料圈」。相比细菌与真菌，古菌这一生命第三域在塑料圈中的面貌长期缺少系统认识。一项研究以香港与青岛沿海为对象，将漂浮塑料与邻近表层水成对采集，通过扩增子测序与宏基因组分析，首次系统刻画了海洋塑料圈的古菌群落，揭示塑料表面正在重塑古菌的多样性与生态功能。 研究背景 塑料具有持久、疏水、可漂浮以及聚合物种类多样等特性，进入海洋后其表面会迅速被微生物定殖，形成一个以塑料为中心的独特生态系统。以往研究已发现塑料圈会选择性富集特定的细菌、真菌与藻类群落，甚至富集病原菌与降解有机物的微生物，但对古菌的关注十分有限。古菌在海洋氮、硫、甲烷等元素循环中扮演关键角色，其在塑料圈中是否也发生类似的群落重塑，关系到塑料污染对海洋生物地球化学过程的影响。要回答这一问题，需要在同一海域同时采集塑料与水体样品进行对照比较，并覆盖不同的污染梯度与生境类型，才能得到可推广的规律。 研究过程 采样于2021年8月和2022年2月进行，覆盖中国香港与青岛两地的沿海海域，分别代表亚热带与温带环境，并横跨干湿两个季节。采样生境类型多样，包括海滩、城市河口、海水养殖区、港口、海洋保护区以及污水处理厂排放口附近，构成从相对清洁到高度污染的完整梯度。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司 Manta微塑料拖网 漂浮塑料的采集使用德国HYDRO-BIOS公司的Manta表层拖网，其网目为333微米。网具由船后拖曳，每次拖曳约30分钟，随后用灭菌镊子从网底收集所有可见塑料碎屑。每个站位在采集塑料的同时，同步采集一份邻近表层水样作为对照。样品在采集后立即置于冰上，当天运回实验室并于4℃保存至处理。 研究共获得94份塑料碎屑样品与对应的94份水样。经筛选剔除配对不完整的样品后，最终用于古菌分析的有88对（共176份样品），用于细菌分析的有92对，真菌分析的有51对。研究对样品开展古菌扩增子测序以刻画群落组成，并结合宏基因组测序解析功能潜力，同时测定水体中的溶解有机碳与抗生素等污染指标，以考察污染梯度的影响。 实验结果 1. 塑料圈古菌多样性更高。 塑料圈与周围水体的古菌群落结构存在显著差异。塑料圈中古菌的分类学α多样性（辛普森指数）显著高于水体，这一模式与细菌中观察到的一致；塑料圈的β多样性也更高，说明不同塑料「岛屿」之间的群落组成差异更大。 图2. 塑料圈与水体的古菌群落差异（论文 Fig. 1） 2. 优势门类发生选择性变化。 塑料圈中的优势古菌门为奇古菌门、广古菌门、Woesearchaeota、Pacearchaeota与泉古菌门，它们合计占古菌序列的97%以上。其中广古菌门与泉古菌门在塑料圈中显著富集，而奇古菌门、Woesearchaeota与Pacearchaeota则相对减少。在更细的分类层级上，发生显著变化的多数类群在塑料圈中的丰度低于水体。 图3. 塑料圈古菌的功能潜力变化（论文 Fig. 2） 3. 甲烷、氮、硫循环相关基因富集。 宏基因组分析显示，参与甲烷、氮与硫循环的古菌基因在塑料圈中富集，表明塑料表面可能成为这些元素转化过程活跃的微环境。 4. 古菌群落组装以随机过程为主导。 通过随机性比率分析，研究发现古菌群落的组装远比细菌与真菌更受随机过程支配：群落组成主要由漂变与扩散限制等偶然因素决定，而细菌与真菌则更多地受环境筛选与生物相互作用塑造。这一差异可能源于古菌更宽的生理耐受范围与塑料表面微生境的高度异质性。 图4. 塑料圈中古菌、细菌与真菌的组装机制对比（论文 Fig. 3） 5. 污染越重，分化越大。 研究还发现，塑料圈与水体之间在古菌α多样性、广古菌门相对丰度以及甲烷、氮、磷循环通路丰度上的差异，随水体中溶解有机碳与多种抗生素浓度的升高而增大。线性回归显示，污染越重的水域，两类群落在分类与功能上的分化越明显。 图5. 环境因子对古菌群落结构与功能的驱动（论文 Fig. 4） 研究结论 该研究以中国近海成对的塑料与水体样品，系统刻画了塑料圈的古菌群落，证明塑料正在重塑海洋古菌的多样性与生态功能：塑料圈古菌多样性更高、群落组成更异质，广古菌门与泉古菌门选择性富集，甲烷、氮、硫循环基因增多，且群落的组装更受随机过程支配。研究者据此指出，塑料污染可能改变海洋古菌的多样性与生物地球化学功能，在污染较重的水域尤其值得关注。 在这项覆盖两地、两季、多种生境的调查中，漂浮塑料样品的代表性与可比性是结论可靠的前提。德国HYDRO-BIOS公司的Manta表层拖网在本研究中承担了全部漂浮塑料的采集，其贴近水面拖曳的网口设计与333微米的网目，能够在统一的拖曳时长与航速下稳定富集海表塑料，使不同海域、不同季节、不同生境的样品在一致方法下比较，为跨区域的塑料圈研究提供了可靠基础。Manta表层拖网是海表微塑料与漂浮生物调查的常用网具。 参考文献 Li C., Wang Y., Zhou A. S. K., Pan X., Zhu Y., Zhang X., Chen T., Xiong A., Ho Y.-W., Liu J., Zhou Z., Wang J., Adyel T. M., Fang J. K.-H., Bank M. S., Rillig M. C., Jin L. Unraveling the coastal marine plastisphere archaeome. Nature Communications 17: 9780 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-76782-z 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 Manta微塑料拖网

由美国特拉华大学牵头，美国国家海洋与大气管理局太平洋海洋环境实验室、夏威夷大学、得克萨斯农工大学等机构参与的研究团队，在夏威夷Loihi海山、大西洋中脊与马里亚纳弧后三大海底热液区采集铁微生物席样品，使用配备德国AMT公司深海玻璃pH电极的热液流体与颗粒物采样器原位获取热液流体化学数据，结合宏基因组、宏转录组与铁加富培养实验，验证了中性铁氧化菌关键基因cyc2所介导的铁氧化通路在天然环境中真实运转。相关成果于2020年发表于《mSystems》。 研究背景 铁氧化物是土壤、水源与生态系统的重要组分，能够圈存养分、碳与金属。微生物可以把可溶性的二价铁氧化为不溶性三价铁并形成铁氧化物，但这一过程在自然界是否显著，长期缺乏可追踪的手段——与碳、硫、氮代谢不同，微生物铁氧化长期以来没有公认的标记基因。此前对嗜酸菌氧化亚铁硫杆菌的研究提出了以铁氧化酶Cyc2为核心的一条假设铁氧化通路，但Cyc2在中性铁氧化菌中的功能一直缺乏在天然铁氧化环境中的直接验证。 在中性pH环境下催化铁氧化的代表性微生物是泽塔蛋白细菌纲（Zetaproteobacteria）。它们在海底热液铁微生物席中往往占据优势地位，是铁席形成的关键类群。研究团队因此选择三大热液区的天然铁席为对象，试图回答：cyc2是否广泛分布于铁氧化菌中、是否在原位高表达，以及它的表达是否随二价铁供应而变化。 研究过程 研究样品来自三个航次、三类热液环境：夏威夷Loihi海山裂隙直接排放形成的大尺度铁席、大西洋中脊Rainbow、TAG与Snake Pit热液区黑烟囱外围的弥散流铁席垫丘，以及马里亚纳弧后Urashima热液区一座7米高铁烟囱上的铁席。这些铁席所处的温度介于10至63 °C，席内二价铁浓度为1.3至190 μmol/L，溶解氧最低低于3 μmol/L检出限，条件有利于生物铁氧化；在马里亚纳，低温铁席中的总溶解铁相对保守混合线亏损了49%至74%，说明大量二价铁已在席内被氧化沉淀。 原位化学数据分两路获取：大西洋中脊与Loihi样品以循环伏安法原位测定；马里亚纳样品则使用热液流体与颗粒物采样器，该系统以钛质进样口按每分钟1至4升的流量抽取热液流体，流体经钛与特氟隆歧管连续冲洗后，分流至样品容器或化学传感器——联机的光学溶解氧传感器与AMT深海玻璃pH电极直接给出原位读数，避免了热液流体离开海底后因氧化与沉淀而失真的问题。在此基础上，团队对铁席样品开展了16S rRNA基因调查、宏基因组与宏转录组测序，从53个新恢复的高质量宏基因组组装基因组出发比较了泽塔蛋白细菌纲各谱系的铁氧化基因库，并以船载二价铁加富培养检验基因表达响应。 实验结果 一、天然铁席由泽塔蛋白细菌纲主导。 16S rRNA基因调查显示，三个海区铁席中泽塔蛋白细菌纲占细菌群落的16.4%至95.9%（Loihi）、10.7%至31.3%（大西洋中脊）与37.1%至79.9%（马里亚纳）；一份正在活跃生长的铁席表层样品中该类群占比高达96%。这说明采样体系正是研究中性铁氧化的理想模型。 图1. 德国AMT公司pH传感器 图2. 三海区铁席中泽塔蛋白细菌纲在16S rRNA基因、宏基因组与宏转录组中的相对丰度（论文 Figure 2） 二、Cyc2序列在中性铁氧化菌中高度保守。 对Cyc2氨基酸序列的系统发育分析显示，泽塔蛋白细菌纲与盖氏铁柄杆菌科等中性铁氧化菌的Cyc2同聚为一簇（簇支持率92%，泽塔谱系内97%），而嗜酸菌的Cyc2分属另外两簇，提示簇内序列保守、功能同源。 图3. Cyc2最大似然系统发育树显示中性铁氧化菌聚为一簇（论文 Figure 3） 三、铁氧化通路基因广泛分布于全部谱系。 基因分布分析表明，以cyc2为核心、辅以胞外电子传递与电子传递链相关组分的模型通路，在各泽塔谱系中广泛存在且核心组分高度保守，由此更新了中性铁氧化通路模型。 图4. 铁氧化通路基因在各泽塔谱系基因组中的分布（论文 Figure 4） 图5. 泽塔蛋白细菌纲铁氧化通路模型（论文 Figure 5） 四、cyc2在原位高表达并随铁供应上调。 宏转录组数据显示，cyc2在天然铁席中高表达，常常位居表达量最高的基因之列；船载二价铁加富培养中，各谱系cyc2表达在加铁后进一步上调，碳固定与中心代谢相关基因的表达同步上升，与其承担铁氧化功能的判断一致。 图6. 铁加富实验中cyc2及通路基因表达上调（论文 Figure 6） 研究结论 这项研究在天然环境中验证了中性铁氧化菌的Cyc2铁氧化通路：cyc2广泛分布、原位高表达、受铁供应调控，具备作为铁氧化能力乃至活性标志物的潜力，为定量评估中性铁氧化菌在海洋与陆地环境中的作用提供了分子工具。 原位化学链路是这项研究取信于人的关键一环。热液流体离开喷口后随即发生氧化与沉淀，pH是解读流体混合与矿物沉淀过程的核心变量；德国AMT公司的深海玻璃pH电极与采样器联机直读，在高温、低pH、高颗粒负荷的热液环境中持续给出原位pH数据，与溶解氧、循环伏安法数据互为印证，省去了取样回实验室复测的时效损失。对于海底热液、冷泉与深海资源调查中需要在恶劣环境下获取可靠原位化学参数的工作而言，AMT深海pH电极与配套电化学传感器是经得起远洋航次检验的选择。 参考文献 McAllister, S. M., Polson, S. W., Butterfield, D. A., Glazer, B. T., Sylvan, J. B., Chan, C. S. Validating the Cyc2 neutrophilic iron oxidation pathway using meta-omics of Zetaproteobacteria iron mats at marine hydrothermal vents. mSystems, 2020, 5(1): e00553-19. https://doi.org/10.1128/mSystems.00553-19 相关产品链接 德国AMT公司 pH传感器

爱沙尼亚生命科学大学等机构的研究团队，以丹麦KC-Denmark公司的Limnos采水器在爱沙尼亚与俄罗斯交界的Peipsi湖逐月采集全水柱混合水样，通过检测甲壳类浮游动物肠道内容物中的mcyE基因，原位量化了各主要类群对潜在产毒微囊藻的摄食强度，并指出这一过程更多取决于优势摄食者的数量，而非环境中产毒藻株的丰度。相关成果于2025年发表于《Toxins》。 研究背景 蓝藻水华及其代谢产物是全球淡水生态、渔业与旅游面临的重要问题。浮游动物既可通过摄食削减产毒藻的生物量，也可能把毒素沿食物链向上传递，是连接产毒蓝藻与鱼类等上层营养级的关键环节。由于微囊藻毒素多以细胞内形式存在于藻细胞中，浮游动物的摄食本身即构成一种移除机制；但摄食强度究竟由环境中产毒藻株的丰度决定，还是由能够摄食产毒藻的摄食者数量决定，在天然水体中一直缺乏直接证据。以往判断浮游动物能否摄食产毒蓝藻多依赖室内实验，而室内条件难以再现自然水体中多样的食物组成与摄食选择。Peipsi湖是欧洲大型浅水富营养湖泊，微囊藻是其主要的产毒蓝藻属，为开展原位研究提供了合适对象。 研究过程 研究于2021年6月至10月逐月采样，站位包括Peipsi正经湖区的P11、P38与中部湖湾Lämmijärv的P17。全水柱水样以丹麦KC-Denmark公司的Limnos采水器按1 m间隔连续采集——该采水器在采集过程中采样腔全程敞开、水体自由流通，属深度积分型取水器——各层水样汇入水箱混匀后，用于浮游植物群落与生物量、产毒微囊藻mcyE基因定量以及浮游动物群落、丰度与生物量的分析。浮游动物样品取20 L混合水样经48 μm浮游生物网浓缩至200 mL，以酸化卢戈氏液固定保存。mcyE基因定量取90—1000 mL混合水样现场过滤至0.2 μm滤筒，每样三份平行，滤膜存于96%乙醇并于−80 ℃保存，采用微囊藻特异性mcyE定量PCR与内标标准曲线进行绝对定量。为分析肠道内容物，另以300 μm浮游生物网垂直拖网采集混合浮游动物，立即以去离子水反复冲洗去除附着的藻细胞，经液氮速冻后于−80 ℃保存；随后挑出主要类群——溞属、象鼻溞属、宽尾溞、真镖水蚤、异尾水蚤、小剑水蚤以及掠食性的薄皮溞与尾突溞——逐一提取DNA并做mcyE定量PCR。浮游动物生物量在博戈罗夫计数框中于体视显微镜下分析，体长按经验公式换算为湿重。 图1. 丹麦KC-Denmark公司Limnos采水器 图2. Peipsi湖采样站位：P11与P38位于Peipsi正经湖区，P17位于中部湖湾Lämmijärv（论文 Figure 1） 图3. 各站位浮游植物组成与生物量，以及微囊藻各物种生物量与mcyE基因拷贝数的季节动态（论文 Figure 2） 实验结果 1. 产毒藻株丰度的站间差异小于微囊藻生物量的差异。 蓝细菌与硅藻主导浮游植物生物量，蓝细菌生物量在0.04—11.14 mgWW/L之间；微囊藻占蓝细菌生物量的4%—89%，以微绿微囊藻、铜绿微囊藻、葡萄囊藻与惠氏微囊藻为主。微囊藻生物量在8月（P17）或9月（P11、P38）达到峰值，富营养程度更高的P17约为另两站的2—4倍；但携带mcyE合成酶基因的微囊藻丰度在各站总体相近，峰值出现在9月。 2. 摄食普遍存在，但类群间效率差异显著。 mcyE基因在所有受检甲壳类类群的肠道中均被检出。个体水平最高摄食量出现在异尾水蚤（6429个含mcyE细胞/个体）与小剑水蚤；滤食性枝角类中溞属最高，可达303个含mcyE细胞/个体。以单位体重计，异尾水蚤（每100 mg体重611个）与小剑水蚤（494个）同样居前，最小的宽尾溞为216个，明显低于桡足类。 图4. 各采样点主要甲壳类类群丰度与生物量的季节动态（论文 Figure 3） 3. 种群摄食以桡足类为主。 甲壳类种群的产毒微囊藻摄食量介于199—27,736个含mcyE细胞/（种群·L）之间，多数采样日低于1000。按全期与全湖平均，桡足类贡献约54%、枝角类约46%；在小剑水蚤大量出现的P17的6月与7月，其常占据摄食量的主体，而枝角类的贡献更多出现在溞属丰度较高的季节早期。 4. 摄食强度取决于摄食者而非环境产毒藻丰度。 甲壳类总摄食量与桡足类丰度呈显著正相关（r=0.68，p<0.01），与小剑水蚤、真镖水蚤的丰度与生物量关系最强；而与水体中微囊藻生物量、mcyE基因拷贝数均无显著相关。主成分分析前两轴合计解释57.1%的变异（第一轴37%、第二轴20.1%），摄食量与环境营养盐、温度、透明度等参数之间同样未见明显关联。 图5. 甲壳类种群对产毒微囊藻摄食量的季节动态与枝角类、桡足类的贡献占比（论文 Figure 4） 图6. 摄食量、微囊藻生物量与环境参数的主成分分析（论文 Figure 5） 研究结论 研究说明，在天然富营养湖泊中，产毒微囊藻向食物网的传递更多由优势摄食者的数量驱动，仅依据水体中产毒藻株的丰度来评估风险可能产生偏差；桡足类，尤其是体型小、常在水华湖中占优的小剑水蚤，在此过程中作用突出。这一结果提示，在预测产毒蓝藻沿食物链的传递时，应把主要摄食者的种群动态纳入考量。研究也指出，结论基于单一湖泊一年的观测，尚需更多年份与水体加以验证。 在本研究中，丹麦KC-Denmark公司的Limnos采水器承担了全部全水柱混合水样的采集。该采水器在采样过程中采样腔全程敞开、水样自由流通，可自表层至湖底按固定间隔连续积分取水，特别适合Peipsi湖这类浅水、受风浪充分混合而难以分层的湖泊；采样器下潜至目标深度后，以投送使锤触发闭合完成取样，操作简便、重复性好，适用于湖泊、水井与钻井孔等水体的分层或积分取水。 参考文献 Agasild H., Gonzales Ferraz M.E., Saat M., Zingel P., Piirsoo K., Blank K., Kisand V., Nõges T., Panksep K. Crustacean zooplankton ingestion of potentially toxic Microcystis: in situ estimation using mcyE gene gut content detection in a large temperate eutrophic lake. Toxins 17(1): 42 (2025). https://doi.org/10.3390/toxins17010042 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Limnos与Ruttner采水器

德国GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心（Kiel）联合美国史密森尼国家自然历史博物馆、格罗宁根大学、蒙特雷湾水族馆研究所（MBARI）与佛得角大西洋技术大学，借助德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet Maxi多联采样网，在佛得角群岛周边海域对浮游被囊动物——大西洋火体虫（Pyrosoma atlanticum）开展了系统调查，结合网采定量、拖曳相机原位观测与eDNA分子检测，首次量化了该物种通过昼夜垂直迁移向深层输送有机碳的通量：火体虫可将约13.3%的粪粒运出混合层，相当于1.96–64.55 mg C m-2 day-1的碳输出。相关成果于2021年发表于《Scientific Reports》。 研究背景 胶质浮游动物对全球碳循环的贡献正被日益重视，但这一庞杂类群中许多物种的生态角色仍不清楚，大西洋火体虫便是其中之一。火体虫是会发光的群体性被囊动物，以大量个体聚集成空心圆柱状群体，在东热带北大西洋时常形成暴发。它们白天沉入中层、夜间上浮至表层觅食，若能把表层摄食形成的粪粒带到深层，就会成为连接初级生产与深海碳汇的“生物碳泵”活跃环节；然而要定量评估这一过程，必须同时掌握它们的丰度、垂直分布与迁移幅度，这对采样技术提出了很高要求。 传统单网垂直拖网只能给出整个水柱的混合样品，无法分辨火体虫昼夜间在不同水层的分布，也难以精确计算各层生物量。MultiNet多联采样网一次下放即可按预设水深依次开启多个网袋，分层获取样品，配合电子流量计精确定量滤水体积，从而为估算各水层的火体虫丰度与加权平均深度（WMD）提供可靠基础。研究还同步使用拖曳相机平台PELAGIOS记录原位影像，与网采数据互为补充。 研究过程 调查依托2018年2月14日至3月1日（POS520航次）和2019年2月4日至24日（POS532航次）的两航次“波塞冬号”（R/V Poseidon）科考，站位位于佛得角群岛周边，涵盖岛链迎风侧的佛得角海洋观测站（CVOO）、两个气旋式涡旋核心，以及圣安唐岛与福古岛背风侧的近岸和离岸站位；多数站位进行了昼夜两次采样。 火体虫的垂直分布与丰度采用两种方法测定。第一，使用德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet Maxi多联采样网进行倾斜分层拖网，该网网口面积0.5 m²、网孔2 mm，配备九个可关闭网袋与电子流量计，拖曳速度约2节，据此采集不同水层的火体虫群体，并测量其体长、体宽与湿重，进而以各层湿重和中层深度计算加权平均深度。第二，使用拖曳相机平台PELAGIOS进行阶梯式走航，按约0.51 m s-1的航速获得水平与垂直视频断面，并用蒙特雷湾水族馆研究所开发的VARS系统进行视频标注；2018年在福古站和涡旋站把相机安装于多联网上（构成MuViNet），以线性模型比对视频计数与网采结果。此外，2019年在涡旋站（400、600、1000、1900、2200、2500 m）和CVOO站（1000、1300、1900、2500 m）用CTD玫瑰采水器的10 L Niskin瓶采集eDNA样品，每个深度设三个平行，经0.22 µm滤膜过滤后−80 ℃保存用于火体虫条形码检测。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet Maxi多联浮游生物采样网 图2. 多联网与PELAGIOS在圣安唐、福古及两个气旋式涡旋站位记录的火体虫垂直分布（2018年左、2019年右） 实验结果 1. 昼夜垂直迁移显著。 火体虫白天分布于混合层（约100 m）之下，夜间大部分群体迁移至表层，平均迁移距离达313 m，白天加权平均深度约359 m、夜间约46 m；其白天分布恰好与300–400 m的缺氧区（OMZ）核心重合。 2. 表层生产力驱动丰度。 P. atlanticum 除2018年CVOO站外几乎在所有站位出现。统计模型显示，丰度与叶绿素a浓度正相关、与表层温度负相关，说明岛屿与涡旋引起的上升流带来的高生产力为火体虫暴发创造了条件。夜间最高密度达1.61 colonies m-3，高于地中海、塔斯曼海与2018年俄勒冈外海的报道，但低于刚果河口与2017年俄勒冈外海。 3. 昼夜迁移实现显著的碳输出。 夜间混合层内粪粒产量估计为2018年14.75–295.51 mg C m-2 day-1、2019年19.12–485.57 mg C m-2 day-1；黎明下沉时约13.3%的粪粒被带出混合层，对应1.96–64.55 mg C m-2 day-1的碳通量。垂死群体平均还向碳通量贡献15.09 ± 17.89 mg C m-2。 4. 记录到极深的火体虫分布。 PELAGIOS在2018年圣安唐离岸夜站观测到7个群体出现在1300–2500 m深处，是迄今中层水域最深的火体虫记录之一；这些个体形态弯曲甚至近球形，呈半透明粉紫色，与典型圆柱形群体明显不同。 图3. 佛得角群岛周边火体虫碳沉降量分布（JAGO载人潜器与OFOS拖曳平台观测） 研究结论 该研究证明，佛得角群岛周边的上升流与涡旋带来的高生产力是火体虫暴发的主要驱动力，而火体虫通过昼夜垂直迁移把表层粪粒携带至混合层以下，构成一条不可忽视的碳输出通道；同时，eDNA检测在迁移范围之下也探测到火体虫遗传物质，提示其生态影响可延伸至上层水体之外。研究强调，原位影像观测与网采取样的相互印证，是厘清胶质浮游动物生态功能的关键。 德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet Maxi多联采样网在本研究中提供了定量化的分层生物量与深度数据，其0.5 m²网口、2 mm网孔与九个可关闭网袋的组合，使研究团队能够在一次倾斜拖网中同时获取多个水层的火体虫样品，配合电子流量计准确换算滤水体积，成为估算夜间生物量与碳通量、计算加权平均深度的数据基础；它也作为MuViNet的载体，支撑了视频计数与网采结果的标定。MultiNet系列可选Mini、Midi、Maxi与Mammoth等规格，网数、网孔与网口可按需配置，最大工作水深6000 m，并支持加装CTD及荧光、浊度等传感器，是胶质浮游动物与生物碳泵研究的可靠采样平台。 参考文献 Stenvers, V. I., Hauss, H., Osborn, K. J., Neitzel, P., Merten, V., Scheer, S., Robison, B. H., Freitas, R., Hoving, H. J. T. Distribution, associations and role in the biological carbon pump of Pyrosoma atlanticum (Tunicata, Thaliacea) off Cabo Verde, NE Atlantic. Scientific Reports 11: 9231 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-88208-5 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 MultiNet多联浮游生物网

海洋中的浮游生物并非均匀分布，而是呈斑块状散布，但“物理过程塑造生物分布”这一通行假设，从未在全球尺度用一致的现场观测检验过。多国研究团队依托“塔拉”科考帆船计划两个任务、五年积累的走航观测数据，分析了大西洋、太平洋与南大洋约66万条近连续的表层测量记录，发现生物与地球化学参数的斑块化格局与物理参数并不同步。其中，塔拉微生物组航段上由Seapoint紫外荧光计连续测量的CDOM荧光信号，是保障这套走航数据完整性的重要一环。成果发表于2025年《Nature Communications》。 研究背景 斑块化研究由来已久，但物理、生态与生物地球化学过程如何共同控制生物斑块，始终缺乏共识。传统观点认为物理过程是“模板”、生物过程是“刻画”，然而这一假说从未在盆地尺度上用一致的现场测量加以检验。卫星遥感虽覆盖面广，但像元尺度粗，且大气校正可能在叶绿素极低的寡营养海区人为注入小尺度方差，难以代表水面下的真实结构；历史上的零散航次又因仪器与处理流程不统一，结果难以跨海区比较。 要跨越盆地尺度比较斑块化，需要一个统一的量化指标和一套跨海区、跨年度、处理流程一致的现场数据。“塔拉”计划的太平洋与微生物组两个任务恰好提供了这样的条件：调查帆船以走航方式连续采集表层水体的光学与物理参数，时间跨度达五年，覆盖三大洋。 研究过程 研究使用的核心指标是“方差斜率”：把方差与空间尺度的关系取对数后拟合直线，其斜率（Γ值）刻画斑块化程度——Γ越低，意味着小尺度方差占比越高、斑块越细碎。团队将661552条分钟级（约200米分辨率）测量分为两组：物理域为温度、盐度与密度；生物与地球化学域为叶绿素a、443纳米颗粒衰减系数与平均粒径光学代用指标。 走航数据由船载进样系统连续获取。在塔拉微生物组航段中，Seapoint紫外荧光计持续测量CDOM荧光（fCDOM），为数据质控中因过滤中断的时段提供插值依据，保证叶绿素等生物参数序列的连续性；物理参数则由温盐系统同步记录。方差计算在500个样本的子集上进行，采用11个对数分布的窗口（3至500个样本，对应约0.6至100公里尺度）拟合方差斜率。 实验结果 生物斑块化与物理斑块化互不相关 现场数据显示，叶绿素a的Γ值与温度的Γ值几乎没有相关性，生物地球化学参数之间（如叶绿素a与颗粒衰减、粒径代用指标）却彼此高度一致；温度与盐度的Γ值同样相互呼应。斑块化在生物与物理两大域内各自“抱团”，域间则明显脱钩。相关分析给出的对比十分直观：叶绿素a与粒径代用指标在绝对数值上几乎无关（决定系数仅0.03），在方差斜率上却高度相关（决定系数0.42）；叶绿素a与温度则正好相反，绝对值强相关（0.36）而方差斜率几乎无关（0.02）。 图1. 美国Seapoint公司SUVF荧光计（UV荧光法测CDOM） 图2. 研究数据的空间覆盖范围与叶绿素a、海表温度统计分布（论文 Figure 1） 现场与卫星结论相反 卫星遥感的同类分析给出相反结果——温度的Γ值反而低于叶绿素a，且地理格局与现场不符。研究团队将其归因于海洋水色遥感的测量灵敏度与大气校正问题：在叶绿素极低的寡营养海区，信噪比不足使小尺度方差被人为放大，凸显了走航原位观测的不可替代性。 图3. 叶绿素a与温度方差斜率的全球地理分布（论文 Figure 3） 小尺度生物波动真实存在 放大个别航段可以看到，生物变量在公里以下尺度高频起伏，而物理变量平缓得多。这些“尖峰”并非仪器噪声：不同传感器之间的协同变化，以及408至730纳米的颗粒吸收与衰减光谱的内部一致性，都表明它们反映了真实的小尺度生物结构。这类细碎斑块在马尾藻海与亚热带南太平洋尤为明显，直接拉低了当地的Γ值。 图4. 四个典型航段的叶绿素a与温度序列及其方差级联（论文 Figure 2） 图5. 生物地球化学与物理变量方差斜率的域内及域间相关比较（论文 Figure 4） 研究结论 该研究在盆地尺度证明：海洋生物与地球化学参数的斑块化具有独立于物理场的发生逻辑，卫星遥感难以忠实再现，必须依靠走航原位观测；这也意味着生物地球化学模型的参数检验需要引入空间统计手段，而千米以下尺度的生态过程值得专门研究。 支撑这项工作的走航观测体系里，Seapoint紫外荧光计承担了连续CDOM荧光测量的任务：设备体积小、功耗低，接入船载进样系统即可昼夜不间断运行，其数据既参与叶绿素序列的质控插值，也为认识有色溶解有机物的分布背景提供了长程记录。对于以走航剖面为主要手段的全球海洋生态调查而言，这类可长期无人值守运行的荧光传感器，是保证数据链完整的基础装备。 参考文献 Gray, P. C., Boss, E., Bourdin, G., et al. Emergent patterns of patchiness differ between physical and planktonic properties in the ocean. Nature Communications, 2025, 16: 1808. https://doi.org/10.1038/s41467-025-56794-x 相关产品链接 美国Seapoint公司 紫外荧光计SUVF

珊瑚礁白化与过度捕捞正把生态学家推向更深处：30米以下的中深礁与深水前礁，会不会是浅水生物的避难所？澳大利亚研究团队Hellmrich、Saunders、Keesing、Anderson与Harvey驾驶两台小型遥控潜水器，在宁格罗海洋公园的六类中深底栖栖息地上航行11.9公里立体视频断面，识别并测量了近两万尾鱼，把鱼类群落与栖息地、光照、盐度等环境梯度一一对应起来，成果2026年发表于Coral Reefs。 研究背景 中深生态系统一般指约30米至150米之间仍有足够光照支撑光合珊瑚生长的水层，在60米上下存在一道明显的动物区系断带。西澳大利亚的宁格罗岸礁绵延260公里，2011年列入世界遗产，海洋公园面积约4566平方公里，34%划为禁捕的保护区带。然而占公园面积超过55%的深水栖息地至今基本游离于保护区网络之外。过往对宁格罗中深带鱼类的调查多依赖诱饵式水下视频，样点间隔至少500米，难以解析几十米尺度上栖息地拼接镶嵌与鱼类的精细对应关系。团队由此改用遥控潜水器搭载立体视频，沿栖息地等深线逐段推进，把每条断面锚定在明确的底栖栖息地类型上。 研究过程 研究聚焦公园北部的赫尔比岸滩海域，选定六类主导性中深栖息地：造礁石珊瑚、圆盘独珊瑚床、大型藻类、红藻石（钙化红藻群落）、沙质海底与海绵群落，共27个站位。采样安排在2022年2月20日至28日，特意避开鲸鲨与座头鲸洄游期以满足许可要求。两台遥控潜水器分别加装双目立体摄像系统：两台运动相机固定在间距600毫米、内倾5度的铝制基杆上，下水前后均做立体标定，可对鱼体做三维测量；分析软件自动剔除相机前方7米以外、侧方2.5米以外的个体，保证各断面采样视野一致。 图1. 冰岛Star-Oddi公司DST CTD温盐深记录仪 图2. 宁格罗海洋公园采样站位与六类栖息地断面构成（论文 Figure 1） 每台潜水器都挂着两台记录仪：一台Star-Oddi DST CTD温盐深记录仪，同步记录水温、深度、盐度、电导率与声速；另一台小型记录仪负责水温与光照强度。潜水器由船上操纵杆控制，超短基线定位系统以0.1米的距离分辨率实时回传其相对母船的位置，据此计算断面长度。团队共完成238条50米长、5米宽的立体视频断面，各断面间隔至少50米，按底栖覆盖超过50%的主导类型归类，站位水深介于15.5至66.1米之间。分析师逐段识别、计数并测量鱼类，独立复核员再做质量控制；生物量按体长的异速生长关系换算。 图3. 六类栖息地鱼类丰度与生物量群落结构的多元排序（论文 Figure 2） 实验结果 11.9公里断面录得近两万尾鱼。238条断面共记录19,211尾鱼，隶属263种。珊瑚栖息地的平均物种数、个体数与生物量均显著居首：单条断面平均生物量约50.5公斤，远高于其余五类；断面回代归属检验中珊瑚断面的群落也最难与其他栖息地混淆。红藻石床与珊瑚栖息地并列拥有最大的平均鱼体长，而红藻石、大型藻与海绵群落的鱼类组成彼此重叠较高。中深带还栖息着游钓鱼种与本地特有种，其群落组成明显区别于浅水礁坪。 环境梯度在几十米尺度上即可分辨。DST CTD的同步记录勾勒出六类栖息地截然不同的水环境：珊瑚断面最浅，平均水深24.9米，光照强度最高，平均约1289勒克斯；沙质海底最深，平均49米，光照仅约108勒克斯，两者水温也最低。珊瑚与大型藻断面水温较高，约27.5至27.6摄氏度；圆盘独珊瑚床断面盐度最高，平均34.17，明显高出海绵与沙质断面。声速与电导率因与水温高度相关，在建模中予以剔除。 图4. 六类栖息地的水深、水温、光照与盐度对比（论文 Figure 4） 栖息地与光照是最强预测因子。距离基线性模型显示，栖息地、位置、水深、盐度与光照合计解释了丰度群落变异的37.9%、生物量群落变异的37.0%；仅栖息地单因子就解释约32.7%至32.8%。环境变量中光照贡献最大，单独解释11.3%（生物量数据为12.0%），其次为深度的8.1%。这说明在宁格罗，环境梯度并非只在陆架尺度起作用，而是在几十米的精细尺度上就重塑着鱼类的群落结构。 图5. 各栖息地鱼类个体数、物种数与断面生物量（论文 Figure 5） 研究结论 研究表明宁格罗的中深带并非浅水礁的模糊延伸，而是由六类栖息地拼成、各自维系着独特鱼类群落的镶嵌体：珊瑚栖息地是丰度与生物量的热点，沙质海底是物种往返结构栖息地的觅食通道与运动廊道，红藻石与大型藻群落的价值则长期被低估。作者强调，这些深水栖息地在禁捕保护区网络中的占比明显不足，未来海洋空间规划必须把跨深度梯度的鱼类栖息地关系纳入考量。 对礁栖鱼类与底栖栖息地调查而言，环境数据的同步性决定了归因的可信度。把Star-Oddi DST CTD温盐深记录仪直接挂载到潜水器或拖体上，温度、深度、盐度、电导率与声速随每一秒航迹同步落盘，仪器长仅50毫米、直径15毫米，不挤占载体载荷，电池在10分钟间隔下可续航约5年，耐压档位最深可达2400米，数据经通讯盒与软件一次性回收，让每条视频断面都自带一份可追溯的水环境档案。 参考文献 Hellmrich LS, Saunders BJ, Keesing JK, Anderson MJ, Harvey ES. Fine-scale fish associations across mesophotic and deep coral fore-reef habitats. Coral Reefs, 2026, 45(4): 1907–1930. https://doi.org/10.1007/s00338-026-02852-9 相关产品链接 冰岛Star-Oddi公司 水下温盐深记录仪

美国马里兰大学环境科学中心联合加拿大拉瓦尔大学Amundsen Science、英国苏格兰海洋科学协会等机构，在楚科奇海东北陆架依托楚科奇生态系统观测站（CEO），使用德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器，于37 m水深处锚系布放一整年，结合海冰藻生物标志物（HBI）与表层沉积物调查，厘清了海冰藻产量、沉降与埋藏的季节与纬度规律。研究成果于2020年发表于《PLoS ONE》。 研究背景 在北冰洋太平洋扇区，海冰藻是春季初级生产的先行者：海冰消融前，冰底藻类率先繁殖，随后在融冰时集中释放入水柱，既为浮游动物提供饵料，也把有机碳快速输向海底，是理解北极碳循环的关键一环。然而，海冰藻的产量与去向极难直接观测——它们生活在冰下水体中，季节窗口短暂，且常被后续的浮游植物水华掩盖。 高度支链异戊二烯（HBI）生物标志物为此提供了突破口。其中，IP25被视为海冰藻的专属标志物，HBI III则更多来自浮游硅藻；通过比较二者的比例，可以估算海冰藻与浮游植物对有机碳的相对贡献。但要把这套标志物定量解释清楚，必须先了解它们在时间与空间上的产生与埋藏动态，而这恰恰缺乏长期、连续的实测数据。要获得这层信息，就需要能在深水环境中按预设时间间隔自动连续采集沉降颗粒的锚系设备。 研究过程 研究依托位于汉纳浅滩东南翼（71.6°N、161.5°W）的楚科奇生态系统观测站（CEO），将一台顺序式沉积物捕获器锚系布放于37 m水深处、距海底约8 m的位置，布放时间为2015年8月至2016年8月，覆盖一个完整的海冰周期。 该捕获器为德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器，配有24个采集杯，可在无人值守条件下按预设程序自动旋转切换，采样间隔在春、夏季缩短至一周、冬季放宽至一个月，实现了从冰封期到融冰期的连续、分时段颗粒物采集，样品回收后用于测定海冰藻硅藻与HBI标志物的通量。 在生物标志物分析中，研究测定了海冰藻专属的IP25与HBI II、浮游来源的HBI III，并用其相对丰度计算“HP指数”（H-Print），以估算海冰藻与浮游植物各自贡献的有机碳比例。同时，研究还分析了海冰专属硅藻Nitzschia frigida与Melosira arctica的通量，以及可能产生HBI的类群（Pleurosigma、Haslea与Rhizosolenia等）的通量，用以确认标志物的来源与海冰归属。此外，研究测定了2012—2017年白令海北部与楚科奇海表层沉积物中的标志物分布，并结合海冰浓度数据与沉积岩芯，评估其空间格局与长期保存状况。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司24杯顺序式沉积物捕获器 图2. 太平洋北极区研究站位与楚科奇生态系统观测站沉积物捕获器位置（改编自 Koch et al. 2020, 图2） 实验结果 1. IP25全年可检出，通量在融冰期陡增。 在2015年8月至2016年8月的观测期内，IP25全年均有检出，2016年3月开始明显升高（约10 ng m⁻² d⁻¹），并在2016年7月达到峰值1331 ng m⁻² d⁻¹，反映出海冰藻在融冰期的集中释放。 2. 融雪触发海冰藻进入水柱。 研究显示，2016年5月的融雪过程触发了海冰藻向水柱的释放；随后冰下浮游植物的生长接续，形成海冰藻早于浮游硅藻的沉降格局。 3. 海冰藻沉降呈自南向北递增的纬度梯度。 表层沉积物中，IP25浓度在68—70°N附近呈局地高值，而在71—72.5°N一带持续呈现强烈的海冰藻信号，说明海冰藻的埋藏随纬度升高而增强。 4. 东北楚科奇海的海冰藻信号逐年减弱。 2012—2017年间，东北楚科奇海的海冰藻（sympagic）信号呈下降趋势，与同期海冰浓度的持续下降相吻合，提示海冰退缩正在削弱海冰藻的沉降输入。 图3. 2015—2016年楚科奇生态系统观测站的海冰浓度、雪深及硅藻与生物标志物年通量（改编自 Koch et al. 2020, 图3） 研究结论 这项研究以一整年的连续沉降观测，量化了海冰藻标志物IP25的季节动态：海冰藻信号全年存在，但在融雪与融冰期集中释放并达到峰值；在空间上，海冰藻埋藏随纬度升高而系统性增强，而在东北楚科奇海，随着海冰持续退缩，海冰藻信号在2012—2017年间不断减弱。研究由此建立了一套区域性的海冰藻标志物基线，为解读沉积记录、预测北极海冰变化下的碳循环响应提供了依据，也印证了以IP25为核心的HBI指标在指示海冰过程上的可靠性。 本研究中，德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器是获取全程时序数据的关键。在37 m水深、无人值守的极地环境中，它依靠24个采集杯按预设间隔自动旋转切换，把采样分辨率从冬季的一个月逐步加密到春夏季的一周，完整记录了海冰藻从冰封期到融冰期的沉降节律——若没有这种长周期、分时段的连续采集，IP25从3月抬升到7月达到峰值的过程便无从捕捉。HYDRO-BIOS的顺序式沉积物捕获器系列提供6杯、12杯、24杯等规格，可搭载多个采集杯实现长周期分时采样，配转子与定位结构，广泛用于湖泊与海洋颗粒通量长期观测，是研究碳沉降与生物地球化学循环的可靠平台。 参考文献 Koch, C. W., Cooper, L. W., Lalande, C., Brown, T. A., Frey, K. E., Grebmeier, J. M. Seasonal and latitudinal variations in sea ice algae deposition in the Northern Bering and Chukchi Seas determined by algal biomarkers. PLoS ONE 15, e0231178 (2020). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231178 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 多联沉降物捕集器

由波兰华沙大学（University of Warsaw）生物与化学研究中心领衔，联合拉脱维亚水生生态研究所、拉脱维亚“BIOR”食品与动物卫生研究所、立陶宛希奥利艾工商会及波兰大马祖里湖保护基金会等机构组成的研究团队，借助丹麦 KC-Denmark 公司的 Kajak 柱状采泥器（Kajak Sediment Corer，型号 13.030），在波罗的海地区波兰、立陶宛、拉脱维亚三国的十座湖泊中，首次以完全统一的方法学同时刻画水柱与沉积物的微塑料污染格局，证认“湖岸城市化”是水柱微塑料丰度的唯一显著驱动因子（可解释约 73.7% 的方差），而国别、营养盐、季节、点源距离均无一致效应。相关成果于 2025 年 11 月发表于《环境科学与污染研究》《Environmental Science and Pollution Research》。 研究背景 微塑料（microplastics, MPs，指粒径 < 5 mm 的塑料颗粒）已在水体、沉积物乃至人体内被广泛检出，其危害程度取决于粒径、聚合物类型、密度等理化属性。然而，微塑料研究长期被“方法学不统一”所困：采样工具（钢桶、泵、Manta 网）、网目尺寸、消解流程、检测技术各不相同，术语与报告单位也差异巨大，导致已报道的浓度常常相差几个数量级——这更可能是方法差异而非真实环境差异。在缺乏可比性的数据上讨论“哪国污染更重”“哪个因子最重要”，几乎无法得出可靠结论。湖泊换水慢、又常紧邻城镇，既是内陆污染的首要滞留地，也是理解微塑料向下游与海洋输运的关键节点，因此尤其需要一套可跨国复制的采样方案。要拿到跨湖、跨国可比的沉积物数据，采泥器必须在浅水、小艇上稳定作业，且每根柱样的取样面积与表层结构完全一致——这正是 Kajak 采泥器的立足点。 研究过程 研究在波兰、立陶宛、拉脱维亚共 10 座湖泊开展，包括旅游强度高的湖泊与几乎无旅游活动的对照湖。每个湖泊按空间分层设置 3 个带位：最深中央盆地（湖沼学意义上的主要沉积累积区）、代表性湖岸带、以及紧邻潜在点源（酒店码头、游艇码头、排水口）的站位，该设计在所有湖泊中严格统一。水样用 Manta 网（网目 300 µm）船尾拖曳 20 min，每网过滤水量 0.74–36.3 m³（均值 14.61 m³），用机械流量计记录。沉积物则用安装在皮划艇上的 Kajak 沉积物采样器（KC Denmark, model 13.030）配亚克力取样管（内径 52 mm）从上述各带位采集柱样，统一取每根柱样顶部 5 cm。取样在 2023 年 5 月、8 月、10 月（对应旅游季前、中、后）进行。所有样品由同一团队按统一流程处理：氧化、表面活性剂、酶解（纤维素酶、黏酶、碱性蛋白酶）与多钨酸钠密度分离（1.75 g cm⁻³），过 200 µm 不锈钢筛后收集于 1.2 µm 玻璃纤维滤膜；≥ 300 µm 颗粒在体视显微镜下按形状、颜色、粒径分类，并用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）鉴定聚合物。质控环节设置了现场与实验室空白，以及加标 100 颗 100 µm 红色聚苯乙烯微球的正对照，沉积物回收率 84%–94%、水样 90%–95%。数据分析采用冗余分析（RDA）逐步前向选择，并配合广义可加模型（GAM）与广义线性模型（GLM）。 实验结果 - 浓度跨越一个数量级：水柱微塑料为 0.67（Germantas 湖）至 7.68 particles L⁻¹（Mastis 湖）；沉积物为 0.09（Łabap 湖）至 3.90 particles kg⁻¹ dw（Mastis 湖）。按国家合并后，湖泊之间与国家之间均无统计学差异（图 2）。 - 聚合物与形态高度一致：水面以聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）为主，其次为 PE-丙烯酸与聚苯乙烯（PS）；沉积物中 PS、聚氯乙烯（PVC）和三元乙丙橡胶（PEP diene）占比相对升高。粒径以 < 1 mm 和 1–5 mm 为主；形状以纤维为主、碎片次之；颜色以黑、蓝、白最普遍，灰色在沉积物中更多、红色在水面更多（图 3–6）。 - 湖岸城市化是唯一显著预测因子：在所有环境与人为变量中，仅湖岸城市化指数（shoreline urbanization index, SUI，即人工改造岸线长度占岸线总长的百分比）对水柱微塑料丰度有显著预测力（RDA：F = 10.876，p = 0.02），呈非线性关系（GAM：F = 12.94，p = 0.0087），可解释 73.7% 的方差（调整 R² = 0.737）；加入“国家”后模型未改善（p > 0.05）。 - 营养盐、季节、点源均无一致效应：微塑料丰度与 Cl⁻、总氮、总磷、点源距离、湖泊类型、季节均无显著关联；季节只改变组成——春季纤维少于夏季（置换检验 p = 0.0241），春季泡沫多于秋季（p < 0.001）。 研究结论 第一，一旦消除方法学噪声，跨国湖泊微塑料的“地域差异”基本消失，此前报道的区域分异很可能源于采样方法而非真实环境梯度。第二，湖岸城市化程度是内陆水体微塑料污染首要的、可量化的控制因子，其解释力远高于营养状态与点源分布。第三，季节影响的是微塑料的形态与类型组成，而非总丰度。研究还指出，同一座 Jagodne 湖本次测得的浓度是既往研究的 5.8 倍，差异同样来自采样方法（6 × 5 L 采水 vs Manta 拖网）。 值得强调的是，本研究沉积端的全部可比性都压在“同一台采泥器、同一根取样管、同一种操作”上。KC-Denmark Kajak 柱状采泥器（13.030）的定位正是浅水与野外场景：它可在船上、浅水区甚至冰面操作，本次即安装在皮划艇上完成湖区三带位作业；配套亚克力取样管（本研究所用内径 52 mm）透明可视，便于现场判断柱样界面与分层，且取样管可整根更换、单独清洗，从根源上避免湖与湖之间的交叉污染；由于取样管截面积恒定，每根柱样都对应相同的沉积面积，“每单位面积颗粒数”这一指标才真正可比。对于需要在数十个点位、多个国家、多个季节之间反复取样的微塑料监测项目而言，采样器的轻便、耐用与可替换，直接决定了数据能否被相信。 图1. 丹麦KC-Denmark公司Kajak柱状采泥器 图2. 十座研究湖泊的分布图。红色圆点为受旅游/人为影响湖（Łabap、Jagodne、Mastis、Lukstas、Ludza、Stāmeriena），蓝色圆点为对照湖（Krzywa Kuta、Germantas、Pintelis、Galgauska）；底图为波罗的海沿岸波兰、立陶宛、拉脱维亚三国边界，左下角比例尺 0–240 km。 图3. 水样（上排 A、B）与沉积物（下排 C、D）微塑料浓度箱线图。A、C 按湖泊给出（横轴为湖名，星号 * 为对照湖），纵轴分别为 particles L⁻¹ 与 particles g⁻¹ dw；B、D 按国家合并（Latvia、Lithuania、Poland）。可见 Mastis 湖中位数与离散度最高，但湖泊间与国家间差异均不显著。 图4. 微塑料聚合物类型占比堆叠条形图（横轴为百分比 %）。左栏为水样（All lakes 及逐湖、按国家分组），右栏为沉积物（全部湖泊合计）；图例自上而下为聚乙烯基、PP、PS、聚氨酯基、PVC、PEP diene、PET 及其他塑料。水样以 PE、PP 为主，沉积物中 PS、PVC、PEP diene 占比升高。 图5. 微塑料粒径组成占比（横轴 %）。左栏水样、右栏沉积物；颜色对应 < 1 mm、1–5 mm、5–20 mm、> 20 mm 四个粒径级。两个介质均以 < 1 mm 与 1–5 mm 为主，> 20 mm 仅零星出现。 图6. 微塑料形状组成占比（横轴 %）。左栏水样、右栏沉积物；颜色对应纤维、细纤维、碎片、薄膜、泡沫、颗粒、小球。水样与沉积物均以纤维占绝对优势，碎片次之，Mastis 湖与对照湖 Krzywa Kuta 的碎片比例明显偏高。 图7. 微塑料颜色组成占比（横轴 %）。左栏水样、右栏沉积物；颜色对应黑、蓝、红、白、灰、透明、绿、黄、粉、多色、橙、紫、棕。黑、蓝、白在两类介质中均最普遍；灰色在沉积物中比例更高，红色在水样中更常见。 参考文献 Babkiewicz E., Vecmane E., Fuk M., Jurgielewicz M., Koniuk A., Kurek E., Maszczyk P., Michalska-Kacymirow M., Jonuskiene D., Norvaišienė J., Burdukovska V., Dimante-Deimantovica I., Tunēns J., Pol W., Bulska E. Microplastics in the Baltic Sea region lakes—standardized insights reveal urban shoreline as key driver. Environmental Science and Pollution Research, 32(47): 27052–27067, 2025. https://doi.org/10.1007/s11356-025-37103-x 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Kajak取样器

法国、德国、美国四艘科考船在西热带大西洋开展 EUREC4A-OA/ATOMIC 联合观测。德国“玛丽亚·S·梅里安”号上搭载的 SubCtech OceanPack CUBE 走航系统连续运行约四周，测得高分辨率的表层海表 fCO₂ 与温盐序列。研究给出一个反直觉结论：5—16°N、50—59°W 海域在冬季是 −1.7 TgC/月（1 Tg = 10⁶ t）的强碳汇，比既有气候态估计强约 10 倍。 一、研究背景 全球海洋吸收了约 23% 的人为 CO₂ 排放，是气候系统最重要的缓冲器之一。而赤道大西洋是仅次于赤道太平洋的第二大海气 CO₂ 源区：赤道上升流上涌的富 CO₂ 水与亚马逊河羽流的低 CO₂ 水在此剧烈交汇，形成极为复杂的源汇格局。 西热带大西洋（WTA）冬季的碳循环过程长期缺乏观测。在 Surface Ocean CO₂ Atlas（SOCAT）数据库中，穿越该区域、位于 10°N 以南的冬季断面仅有一条。与此同时，亚马逊河羽流被认为是具有全球重要性的碳汇——若不将其计入，热带大西洋海气 CO₂ 通量将被高估约 10%。北巴西流（NBC）沿南美海岸北流，在约 8°N 处转向（retroflection），并脱落世界上尺度最大的中尺度涡——北巴西流环（NBC rings）。这些涡旋每年脱落 5—9 个，直径约 250 km，以 8—15 km/天的速度向西北移动，是搅动区域水团的关键动力。冬季径流量虽相对偏低但仍显著，涡旋与亚马逊羽流如何相互作用、又如何在冬季决定碳通量，此前几乎是空白。 二、观测平台与方法 原文点名系统与观测时段：“An OceanPack CUBE FerryBox system from SubCtech was installed on RV Merian measuring continuously the oceanic fCO2 from 23 January to 19 February 2020.” —— Olivier et al., 2022, Biogeosciences（DOI: 10.5194/bg-19-2969-2022） EUREC4A-OA/ATOMIC 联合航次于 2020 年 1—2 月实施，参与船舶包括法国“阿塔兰特”号、德国“玛丽亚·S·梅里安”号（下称 Merian）与美国“罗纳德·H·布朗”号（下称 Ron Brown）。三船均从海面以下约 5 m 处取水，连续测量温度、盐度与 fCO₂。 其中，OceanPack CUBE FerryBox 走航系统安装于 Merian 号，自 1 月 23 日至 2 月 19 日连续测量海表 fCO₂。系统以约 7 L·min⁻¹ 的流量取水，先经去泡器脱除气泡，再流过温盐传感器，随后进入膜式平衡单元——CO₂ 透过膜扩散，膜另一侧的空气回路以 0.5 L·min⁻¹ 循环，最终进入高精度非色散红外（NDIR）气体分析模块完成定量。这一“水泵—脱气—膜平衡—红外检测”的连续流路，正是走航观测在船体颠簸、盐雾与长周期无人值守条件下保持稳定的关键。 对比船方面，阿塔兰特号采用传统的大型气—水平衡器（淋浴式）配合独立红外检测，于 1 月 30 日至 2 月 18 日运行，并额外采集了 138 个溶解无机碳（DIC）与总碱度（TA）样品用于碳酸盐体系定标；Ron Brown 号同样采用大型气—水平衡器方案。 数据后处理中，作者对各船 CO₂ 数据统一步做了“取水口温度与分析温度差”的校正。为把稀疏的船测数据扩展到区域尺度，研究又利用表层温度—盐度—叶绿素 a 的三维线性插值关系，结合卫星海表盐度、海温与叶绿素 a 产品，将 fCO₂ 重建到 2.5 km 网格上，进而计算海气 CO₂ 通量。 三、主要结果 图1. 德国SubCtech公司 紧凑型走航观测系统OceanPack CUBE 图2. 西热带大西洋表层盐度（a）与海气 ΔfCO₂（b）分布，白线标示北巴西流、北赤道流与涡旋走向（Olivier et al., 2022） 其一，冬季该区域是一个被严重低估的碳汇。 2020 年 2 月，5—16°N、59—50°W 海域的积分海气 CO₂ 通量为 −1.7 TgC/月，即海洋从大气吸收碳；而同期气候态给出的吸收量比它小约 10 倍。区域重构通量与船测航迹通量相互印证，重建 fCO₂ 与实测 fCO₂ 沿航迹的标准差仅约 4 µatm。 其二，北大西洋副热带水贡献了约 60% 的碳汇。 该水团盐度介于 35—36，冬季受强烈冷却与强风驱动，叶绿素 a 低于 0.14 mg·m⁻³。Ron Brown 号在其中测得 ΔfCO₂（海—气差）约 −40 µatm，Merian 号某条断面也低于 −30 µatm，均指向明显的大气 CO₂ 汇。 其三，亚马逊淡水羽流以 10% 的面积贡献了近 20% 的碳汇。 羽流具有低盐（SSS < 34.5）、低 fCO₂（< 380 µatm）、高叶绿素 a 的特征。2 月 5 日羽流宽度约 100 km，最低盐度约 30，ΔfCO₂ 低至 −73 µatm；随后被 NBC 涡旋向北输运至 12°N，覆盖面积超过 100 000 km²。羽流携带的硅酸盐浓度达 4—10 µmol·kg⁻¹，而硝酸盐在表层几近耗竭。 其四，不同结构可正可负。 NBC 转向区的赤道水上涌带来相对高 fCO₂，是区域内唯一稳定的小型碳源；被涡旋持续搅起的陆架丝状体宽度仅约 10 km，fCO₂ 高于 430 µatm，ΔfCO₂ 达 +50 µatm，与淡水羽流形成鲜明反差。值得注意的是，涡旋“捕获”赤道水的效应在冬季相对较弱，真正塑造碳通量的，更多是涡旋从近岸搅起的丝状水体，而非涡旋核心本身。 图3. 三船航迹的水团分类（a）及温—盐—叶绿素 a—fCO₂ 属性（b—d）：北大西洋副热带水、淡水羽流、陆架水、改性北巴西流水与丝状体各成一簇（Olivier et al., 2022） 四、结论与科学意义 研究指出，西热带大西洋冬季的碳通量由中尺度涡与亚马逊羽流的相互作用主导，其格局与夏季截然不同：北部海域的通量主要由海温控制，南部则由温度、盐度与叶绿素共同决定，因此与 NBC 涡旋生成和亚马逊径流的年际变率紧密相关。此前气候态之所以低估该区域的碳汇，很大程度上源于数据稀疏，无法刻画中尺度与小尺度过程。作者强调，要更准确地预测 fCO₂，尤其需要 10°N 以南的高分辨率海表盐度产品——盐度是那里最有价值的 fCO₂ 预测因子。该研究也坦承，靠近海岸的 fCO₂ 数据仍然不足，且目前仅刻画了两个具有不同特征的涡旋。 五、对海洋碳与温室气体观测的启示 这项工作展示了一条成熟的技术路径：把可长期无人值守的走航式 pCO₂ 观测系统装载到大型科考船上，与 DIC/TA 采样、温盐及营养盐测定协同，就能在数周尺度上获得高时空分辨率的海表 fCO₂ 序列，并进一步与卫星数据融合，把“点”的观测扩展为“面”的碳通量估计。对国内海洋科研院所与涉海单位而言，OceanPack 这类集成化走航系统在 FerryBox、机会船（ship-of-opportunity）以及区域碳汇核查等场景中，都能承担海表 pCO₂/fCO₂ 的连续测量任务；其膜式平衡与红外检测的组合方案，在长期稳定性与维护便利性之间提供了实用平衡。航次级的高质量比对（如本研究三船同区观测）也提示：跨平台观测的一致性评估，是让数据真正进入全球数据库、支撑碳收支评估的必要环节。 参考文献 1. Olivier, L., Boutin, J., Reverdin, G., Lefèvre, N., Landschützer, P., Speich, S., Karstensen, J., Labaste, M., Noisel, C., Ritschel, M., Steinhoff, T., & Wanninkhof, R. Wintertime process study of the North Brazil Current rings reveals the region as a larger sink for CO₂ than expected. Biogeosciences, 2022, 19(12): 2969–2988. DOI: 10.5194/bg-19-2969-2022 相关产品链接 德国SubCtech公司 紧凑型走航观测系统OceanPack CUBE

研究团队使用丹麦KC-Denmark公司的Van Veen抓斗采泥器（开口面积0.1 m²），在马尔马拉海东南部的盖姆利克湾15个站点采集表层沉积物，并同步采集贻贝与大型海藻，测定了多种金属的含量，结合富集因子、地累积指数、污染负荷指数与生态风险指数，评估了该海湾沉积物的污染程度与来源，并对不同年龄组人群经由食用生物体的健康风险作出量化。相关成果于2026年发表于《Biological Trace Element Research》。 研究背景 工业生产、农业活动与人口增长使金属污染成为全球性问题，而进入水柱后不易降解的金属，其最终归宿往往是沉积物。因此监测沉积物能清晰反映所在区域的污染状况；但沉积物同时也是金属释放的源头，积累的金属可能重新回到水体。要评估金属污染的生态与健康影响，既需测定沉积物中的金属含量，也需借助底栖指示生物——贻贝等滤食性动物耐污性强、富集能力好，绿藻中的石莼属也常用作生物指示种。 盖姆利克湾位于马尔马拉海东南部，因表层低盐黑海水与深层高盐地中海水之间的密度跃层，水体交换受限，被列为该海污染最严重的区域之一。当地主要产业包括制皂、橄榄种植、农业与炼油，湾内南部分布着多个商业港口。已有研究证实河流输入对湾内金属分布影响显著，也曾发现湾内沉积物与贻贝的金属积累高于其他区域。不过此前数据大多来自沉积柱芯或单一介质，综合沉积物、贻贝与海藻三类介质并按国际指标系统开展污染与健康风险评估的工作仍然欠缺，这正是本研究的切入点。 研究过程 采样于2021年6月23日至24日在盖姆利克湾进行，共获取28个样品：15个表层沉积物、7个贻贝与6个海藻样品。表层沉积物样品由Van Veen抓斗采泥器采集，开口取样面积为0.1 m²（即1000 cm²）；贻贝与大型海藻则取自0至1 m深的浅水岸边。所选贻贝为地中海贻贝，海藻为石莼（Ulva lactuca）与肠石莼（Ulva intestinalis）。全部样品冷冻干燥后用于金属分析，为便于与食品安全标准比较，测得的干重浓度统一换算为湿重。 分析测定的金属包括铜、锌、钒、钴、铬、铅、镍、锰，沉积物样品另测铝与铁。研究据此计算了一系列指标：以富集因子（EF）判断金属来自自然还是人为来源（EF>1.5通常指示人为富集）；以地累积指数、单项污染系数、污染负荷指数与潜在生态风险指数等综合刻画沉积物污染与生态风险；以生物—沉积物累积因子（BSAF）反映生物体对沉积物金属的富集；并对儿童、青少年、成年女性与成年男性四个年龄组，计算每日摄入量、每周估计摄入量、目标危害商（THQ）与危害指数（HI），评估食用贻贝与海藻可能带来的健康风险。 实验结果 一、沉积物金属普遍超过页岩参考值。 15个站点表层沉积物中，铜含量在19.9至124.9 mg/kg之间（均值67.9），锌在77.8至358.8 mg/kg之间（均值229），铬在83.2至578.3 mg/kg之间（均值242.9），镍在42.5至248.4 mg/kg之间（均值136.2），铅在13.8至93.2 mg/kg之间（均值46.8）；钒、钴、锰的均值分别为174.4、31与822.9 mg/kg。除个别站点外，多数金属含量都高于页岩平均值，指示该湾广泛存在金属富集。 图1. 丹麦KC-Denmark公司Van Veen抓斗采泥器 图2. 研究区采样站位分布（论文 Figure 1） 二、富集因子揭示铬的严重富集。 十个金属的富集因子中，铬最高，均值达到5，被归为严重富集；锌与铅属中度富集（均值分别为4.6与4.4）；铜、钒、钴、锰、铁仅为轻微富集（均值分别为2.3、2.3、2.7、1.6、2.2）。按沉积物质量指南评估，全部站点均受到较重污染，其中铬与镍尤为突出。当以可能效应水平（PEL）衡量时，锌、铬、镍的最高值均超过相应限值，意味着这些金属很可能对区域内底栖生物产生不利的生物效应，沉积物存在生态毒理风险。 图3. 沉积物中金属的富集因子（论文 Figure 4） 图4. 沉积物生态风险指标的空间分布（论文 Figure 5） 三、生物体金属含量高于世界多地并反映局部污染源。 海藻样品中金属浓度排序为锰>锌>铬>镍>钒>铜>铅>钴，总浓度在3.78至890.7 mg/kg（干重）之间。位于库尔顺卢码头（K5）的样品各项金属均显著偏高，研究者将其归因于该站点同时承受船舶交通与排污影响。贻贝样品中铬的最高值达到10.2 mg/kg，明显高于联合国粮农组织对渔业产品规定的限值。与世界其他区域的对比显示，本研究的金属含量总体偏高。 图5. 贻贝中金属的浓度（论文 Figure 3） 四、健康风险评估显示儿童风险最高。 对四个年龄组的摄入量计算表明，无论食用海藻还是贻贝，儿童的每日摄入量与每周估计摄入量都最高，说明儿童比其他人群更易受到金属暴露的危害；在多数海藻样品中，目标危害商与危害指数都超过1，提示存在明显的非致癌健康风险，需要采取相应的防护措施。 图6. 各年龄组因食用海藻的目标危害商占比（论文 Figure 2） 研究结论 研究给出的图景是：盖姆利克湾的沉积物、贻贝与海藻中金属含量普遍高于世界其他地区，也显著高于既往研究，指示该区域多年持续承受人为污染。沉积物方面，铬与镍的高度污染、以及锌、铬、镍超过可能效应水平，说明底质已构成生态毒理风险；生物体方面，儿童是相对更敏感的风险群体，食用当地海藻与贻贝时应格外注意。研究建议持续开展长期监测，并针对来源制定有针对性的管理措施。 丹麦KC-Denmark公司的Van Veen抓斗采泥器是本项研究沉积物样品的采集工具。它以0.1 m²（1000 cm²）的固定开口面积、依靠自重下沉与双爪闭合，在湾内水深与底质各异的多个站点都能稳定取得表层沉积物，使15个站点的金属浓度与各类污染指数具有可比性；正是这种可重复、有面积定量的表层取样，才为沉积物、贻贝与海藻三类介质的交叉比对和风险量化提供了数据基础。对于海洋污染监测与沉积物质量评估而言，KC-Denmark Van Veen抓斗采泥器是久经验证的标准工具。 参考文献 Balcıoğlu İlhan EB, Çağlar S, Mülayim A, et al. Spatial Variability of Metal Concentrations in Seaweeds, Mussels and Surface Sediments in Gemlik Bay: an Extensive Assessment of Contamination Sources and Associated Health Risks[J]. Biological Trace Element Research, 2026, 204(6): 4323-4347. DOI: 10.1007/s12011-025-04967-6. 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Van Veen抓斗式采泥器

网具是浮游动物采样百年来的标配，原位成像是正在崛起的新星——但两者给出的数字能直接画等号吗？在浮游动物格外稀疏的寡营养大洋，这个问题尤其尖锐。2022年6月，美国南卡罗来纳大学的Alexander Barth与Joshua Stone在《Frontiers in Marine Science》发表成果，在百慕大附近马尾藻海把法国HYDROPTIC公司UVP5水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统与分层网采做了正面对比，用同一片水域、同一套粒径门槛回答了“谁多谁少、何时可信”的方法学之问。 研究背景 浮游动物群落结构决定着海洋食物网的能量传递效率，也深刻影响生物泵对碳的输送。传统网采能浓缩大体积水体、把样品带回实验室精细鉴定，但缺陷同样明显：网衣会撞碎脆弱的胶质浮游动物，福尔马林固定还会“融化”原生生物的软组织；即便采用可开闭的多联网具，垂直分辨率也难以分辨米级薄片状的密集层。原位成像恰好补位——它让每个被拍摄者停留在真实的深度与环境中，姿态与形态毫发无损。然而成像也有软肋：视场体积有限，在浮游动物密度极低的寡营养海域，要采够统计可靠的个体数并不容易。UVP5这类设备在全球已有大量应用，但直接把成像计数与网采计数放在同一张桌上对账的研究仍然稀少，寡营养大洋更近乎空白。马尾藻海百慕大大西洋时间序列站（BATS）月月出海、数据基础雄厚，正是做这种“对账实验”的理想舞台。 研究过程 2019年6月与7月，研究团队两次登上“Atlantic Explorer”号科考船，在BATS站区开展配对观测。成像一侧，一台UVP5-HD（出厂编号209）挂载于CTD温盐深仪Rosette框架：420万像素镜头照亮18.8×18.8厘米视场约1.1升水体，以约15赫兹连续拍摄，所有大于125微米等效球径的颗粒自动量化，大于500微米者保存单帧图像。每个航次随常规CTD作业自动完成约18次下潜，单次剖面有效采样体积在0—250米约9.3立方米、250—1000米约14.4立方米。为杜绝船体摇摆导致的同一物体重复成像，数据处理剔除了下投底部50米和上收段记录，并上传EcoPart平台做下降滤波，再经ZooProcess处理、EcoTaxa随机森林预分类加人工校验。网采一侧，1平方米开口、153微米网衣的多联开闭网按8个水层执行4次分层拖网（昼2夜2，最深至1000米），样品一半福尔马林固定，实验室里以ZooSCAN扫描仪在2400—4800dpi下成像、同样经ZooProcess与EcoTaxa分类——与UVP5共用一套软件生态，随机森林模型加同一受训标注员复核。关键一步是“对齐口径”：UVP5图像中能可靠辨识的最小活体为934微米，网采数据因此截去小于该尺寸的个体后再行比较，两类设备从数据到分类实现了同一种语言。 图1. 法国HYDROPTIC公司UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 图2. UVP5原位图像与网采扫描图像的清晰度对比 图2. 同一海域五类共同类群的成像对比：(A-I) UVP5原位图像（比例尺4毫米）——环节动物、虾状甲壳类、毛颚类、Rhizaria、鱼类、软体动物、介形虫、束毛藻、桡足类；(J-Q) 网采ZooSCAN图像（比例尺2毫米），后者分辨率更高、可鉴定到目科（图片来源：Barth & Stone, 2022 Fig.1） 实验结果 一、分层密度：网采普遍更高，直接换算不可行。 在逐一对应的深度区间内，五组可比类群（环节动物、毛颚类、桡足类、虾状甲壳类、介形虫/枝角类）的密度估计几乎全部是网采高于UVP5；把同类深度区间点成散点，除虾状甲壳类外均找不出可靠的线性换算关系。对体长普遍小于1毫米的类群（网采样品中91.2%的桡足类小于934微米截断线），差异主要源自粒径门槛而非仪器失灵——UVP5的定量区间本就从毫米起步。 图3. 三类群密度的网采与UVP5垂直剖面对比 图3. 代表性剖面对比：(A-C) UVP5能部分复现网采显示的桡足类、虾状类、毛颚类垂直格局；(D-F) 复现失败的案例；(G-I) 低丰度的环节动物与介形虫/枝角类——UVP5甚至在网采空白的深度拍到个体。灰柱为网采，黄柱与金点为UVP5两种聚合方式（图片来源：Barth & Stone, 2022 Fig.4） 二、整柱积分：殊途同归。 把密度沿水柱积分后，格局反转：所有类群的水柱积分丰度在两种方法间均无统计学显著差异（配对Wilcoxon符号秩检验，p>0.05），以体积-干重转换估算的积分生物量同样如此。更妙的是，在250米以深的中层段，UVP5的积分估计与网采的差距缩小、个别情况反超——脆弱类群在网中受损、在镜头前却完好如初。 三、各有所见：脆弱者与小个子。 类群构成揭示了两种工具的“视野差”：UVP5拍摄的全部颗粒中84.5%为碎屑，活体里Rhizaria占39.4%、束毛藻占17.5%——这些胶质群体与丝状蓝细菌恰恰是网采加固定剂的重灾区，网里几乎不见踪影；网采则独占小型桡足类、翼足类与仔鱼的高分辨鉴定。研究还发现，大型毛颚类会躲开下沉的Rosette框架——逃避反应不只见于网口，也见于镜头前；而把多个剖面的数据合并与按剖面平均两种聚合方式结果无显著差异，作者建议保留剖面间变异以呈现真实不确定性。 图4. 水柱积分丰度两种方法无显著差异 图4. 各类群水柱积分丰度：(A) 网采（柱）与合并剖面UVP5（菱形）；(B) 网采与按剖面平均UVP5（圆点及标准差）。所有类群两方法间均无显著差异（图片来源：Barth & Stone, 2022 Fig.6） 研究结论 这场正面对比的结论不是“谁取代谁”，而是“如何联用”：分层尺度上两类数据不可直接互换，网具在小型个体与分类分辨率上无可替代；而一旦把视线抬升到整个水柱，UVP5给出的丰度与生物量积分与网采统计上难分高下，且为脆弱胶质类群和米级垂直结构保留了网采永远无法提供的原位真相。对于把UVP5数据用于生物量估算和碳泵研究的团队，这篇文章给出了一份实用的“误差说明书”——粒径门槛、采样体积、逃避反应、聚合方式，每一环都影响解读。而在观测体系的设计上，这场对比本身就是HYDROPTIC产品理念的注脚：UVP5挂在CTD Rosette上随每次常规下潜自动采集，不占用额外缆时，ZooSCAN则在岸上用同一套ZooProcess/EcoTaxa流程接住网采样品——“原位成像+实验室扫描”首尾相接，浮游动物的垂直世界从此既数得清、也认得准。如今这一闭环已延续到UVP6与更高频的成像平台，寡营养大洋的稀疏群落，正被越来越密的镜头网络所看见。 参考文献 Barth, A., Stone, J. (2022). Comparison of an In Situ Imaging Device and Net-Based Method to Study Mesozooplankton Communities in an Oligotrophic System. Frontiers in Marine Science, 9, 898057. DOI: 10.3389/fmars.2022.898057 Picheral, M., Guidi, L., Stemmann, L., Karl, D. M., Iddaoud, G., Gorsky, G. (2010). The Underwater Vision Profiler 5: An advanced instrument for high spatial resolution studies of particle size spectra and zooplankton. Limnology and Oceanography: Methods, 8(9), 462-473. DOI: 10.4319/lom.2010.8.462（UVP5方法参考） 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

深海结核开采对海底环境的影响程度，取决于采矿羽流的扩散范围与再沉降速度。2025年发表于《Nature Communications》的一项研究中，以Gazis为首的国际团队对深海结核采集车海试开展了独立科学监测，在距采矿区不同距离布放多传感器平台，其中挂接于温盐深系统的Seapoint浊度计持续记录了羽流浓度的时间序列，结合水下航行器与载人影像，完整量化了羽流的扩散、絮凝与再沉积过程。 研究背景 自1872至1876年英国挑战者号航次首次打捞出深海结核以来，多金属结核开采一直是人类觊觎却难以评估风险的产业。采集车沿海底行驶碾压沉积物，产生的底栖羽流会覆盖周边生物群落；评估环境影响的关键，在于知道羽流能被搬多远、悬多久、沉多厚。2021年在太平洋克拉里昂-克利珀顿区开展的采集车海试，为定量回答这些问题提供了难得机会，国际科学团队据此布置了独立于开发商的监测系统。 研究过程 2021年4月19日，履带式采集车被下放至4500米深的海底，遥控运行41.33小时，行驶21.37公里，沿171条采矿道采集结核，每条采矿道长50米、宽4米，总采掘面积0.034平方公里；被翻动的结核约660吨，经“灯泡式”转弯机动堆放在各条采矿道末端，三条采掘带分别包含55条、31条和85条采矿道。监测系统围绕采矿区展开：23个静态海底平台布放在距采矿区50米至1800米的不同距离上，平台上的光学后向散射传感器持续记录悬浮颗粒浓度，且均以采矿区表层沉积物配制的参照悬浊液完成标定；其中挂接在温盐深系统上的Seapoint浊度计工作波长880纳米，量程0至25 NTU，在100倍增益下灵敏度达每FTU 200毫伏，线性度±2%，为各平台提供了统一的浊度基准。所有传感器在试验开始前就记录了环境背景浓度与背景声学反散射强度。 图1. 美国Seapoint公司STM浊度仪 图2. 采矿区三条采矿道与海底地形（论文 Figure 1） 两台遥控潜水器负责布放与回收平台并目视观测羽流；自主水下航行器则获取了多波束、侧扫与海底影像，并在距采矿区最远5公里、离底5米、10米、30米与50米的高度上测量悬浮颗粒浓度，所有传感器在试验前即开始记录，确保拿到环境背景值。 图3. 4500米深海底采矿痕迹的正射影像（论文 Figure 2） 实验结果 羽流浓度随距离与高度快速衰减。 采矿道50米外记录到的最大悬浮颗粒浓度比环境背景值高出最多4个数量级，但浓度随时间、距离和高度的增加迅速回落，幂律拟合显示其衰减规律明确。羽流主体贴近海底，在1米监测高度浓度最高，至50米高度已接近背景水平；潜水器影像也显示羽流边缘清晰、与周围海水界限分明，垂向混合有限。波纹的形成与再悬浮实验给出的临界切应力相互印证：波纹在切应力约0.04牛每平方米时开始形成，而再悬浮新沉降的羽流沉积物需要约0.1牛每平方米。 图4. 1米高度羽流最大浓度的时空分布（论文 Figure 3） 重力流与底流接力搬运。 采集车后方形成的重力流沿较陡的海底段落向下坡方向运移了500米，离底1.2米高度的水体追踪显示其在重力流经过期间向东位移了380米，并在东北至东方向的海底留下沉积波纹；而在监测区范围内直至4.5公里处，沉积物扩散的主导因素是当时的底层流场。自主水下航行器在采矿试验期间及结束后进行了约54小时的伴随巡测，完整记录了羽流的空间范围。 絮凝与再沉积迅速发生。 颗粒在悬浮中快速絮凝：海底表层沉积物的中值粒径仅0.012毫米，而羽流中值粒径在第二、三次羽流事件中升至0.147毫米，说明细颗粒大量聚集成团。实验室对研究海区类似团聚颗粒的沉降实验给出约每天100米的沉降速率，据此估算2至3米高羽流中颗粒的滞留时间仅30至45分钟，八成以上颗粒在此期间沉降。毫米级摄影测量重建显示，采矿道旁再沉积的沉积物厚度约3厘米，采矿道本身的最小侵蚀深度约5厘米；再沉积范围可依据水下航行器影像逐区绘制成图。 图5. 最大浓度随距离与高度的幂律衰减（论文 Figure 6） 图6. 采矿区内的沉积物再沉积（论文 Figure 9） 研究结论 该研究表明，尽管采集车羽流的初始浓度极高，其贴底分布与快速再沉积把影响限制在相对有限的范围内，但准确的浓度时间序列是得出这一结论的前提。Seapoint浊度计在这项监测中承担了多平台浊度基准的角色：880纳米工作波长与可选增益设计保证了在深渊低浊背景下的分辨率，而其小体积可直接集成到温盐深系统上，与锚泊平台长期共存，试验前后的参照悬浊液标定也让各平台数据可以相互比对合并。对于深海环境基线调查与采矿影响评估而言，把Seapoint浊度计纳入标准监测载荷，是获取合规、可比、长序列浊度数据的务实方案。 参考文献 Gazis I-Z, de Stigter H, Mohrmann V, et al. Monitoring benthic plumes, sediment redeposition and seafloor imprints caused by deep-sea polymetallic nodule mining. Nature Communications, 2025, 16: 1229. https://doi.org/10.1038/s41467-025-56311-0 相关产品链接 美国Seapoint公司 浊度传感器

葡萄牙海洋与大气研究所的研究团队，使用德国HYDRO-BIOS公司标准WP-2浮游生物网（网口直径0.56 m、网目200 µm，装配流量计），在里斯本湾卡斯凯什监测站开展2005至2015年的长期采样，系统刻画了上升流海岸带浮游动物群落的时间动态与年际演变。相关成果于2023年发表于《PeerJ》。 研究背景 海岸带是海洋与陆地过程共同作用的复杂系统，也是全球生态与经济价值最高的生态系统之一。浮游动物在海岸带食物网中承担着把初级生产者能量向高营养级传递的关键角色，且能快速响应环境变化，因此被视为生态系统变化的灵敏指示者；浮游动物生物量、多样性与群落结构的长期变化，常与气候变化和人类活动压力相联系。 葡萄牙海岸位于东北大西洋上升流系统的北缘。上升流带来丰富营养盐，支撑起旺盛的初级生产与浮游动物丰度，进而为沙丁鱼、鳀鱼与竹筴鱼等高经济价值鱼类提供饵料条件——仅沙丁鱼一项，年捕捞量就长期维持在约15万吨量级，而这些鱼类的补充量高度依赖上升流能否为鱼卵仔鱼提供充足的浮游动物饵料。 然而，葡萄牙海域至今缺乏覆盖足够时空尺度的标准化监测，对浮游动物群落季节与年际变异的评估仍显不足。气候预测进一步提示，未来上升流事件可能增强，同时降水与塔霍河径流预计减少、水体趋于更咸。研究团队据此提出假设：春夏季与冬季在浮游动物丰度与组成上应存在差异，上升流期应伴随高生产力，而年际尺度上应能检出群落组成的位移迹象。 研究过程 监测站位于卡斯凯什外海约2.5海里、水深36 m处，紧邻塔霍河口（38°40′N，09°26.2′W），在浮游生物监测站点的全球编目中列于第54号。监测自2005年起持续开展，本次分析采用2005年2月至2015年6月的样品：采样尽可能逐月进行，但存在明显断档——2011与2012年完全未采样，2009年起频次受限（2009年4个样品，2010年起每年仅1至2个，且此后不再采集冬季样品），最终纳入分析的样品共49个。为降低塔霍河羽流影响，采样统一安排在高潮前约2小时，高潮前4小时与高潮后3小时内的样品不予采用。 采样使用WP-2浮游生物网，网口直径0.56 m、网目200 µm，装配流量计，自表层至距底5 m做倾斜拖网，单次平均滤水体积48.9 ± 18.2立方米；样品随即以海水配制的4%硼砂缓冲甲醛固定。 环境因子方面，海表温度与叶绿素a取卫星遥感产品，上升流指数取自罗卡角的公开数据集，降水则用流域雨量站记录作为径流与盐度的替代指标。实验室中，生物量先以排水体积法测定、再按经典关系折为干重；样品经Folsom分样器分样后在最小分样中鉴定，常见类群每站至少计数500个个体，丰度以每立方米个体数表示。统计分析动用了方差分析与非参数检验、主成分分析、动态因子分析，以及Lomb–Scargle周期图与Mann–Kendall趋势检验等多套方法。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司WP-2浮游生物网 图2. 德国HYDRO-BIOS公司WP-2浮游生物网 图3. 监测站位置：葡萄牙西岸卡斯凯什湾，三角星为浮游生物监测站，可见里斯本、罗卡角与塔霍河口（论文 Figure 1） 实验结果 一、十一年共鉴定出86个类群。 其中43个鉴定到科或更高阶元，25个到属，18个到种。桡足类在群落中占据绝对优势，各时期占比介于71%至96%，并在7月与10月出现两个丰度峰：7月月均丰度8,956 ± 11,981 ind. m⁻³、生物量213 ± 193.4 mg m⁻³；10月月均丰度12,321 ± 16,283 ind. m⁻³、生物量86.2 ± 110.4 mg m⁻³。 二、季节节律清晰，但趋势与周期性并不显著。 春夏季生物量较高（春季平均77.8 ± 45 mg m⁻³，4月可达107 ± 96.4 mg m⁻³），冬季最低（丰度4,116 ± 2,769 ind. m⁻³、生物量56 ± 46 mg m⁻³，1月仅10.2 mg m⁻³）。海表温度6月至11月平均高于18.1 °C，冬季最低为13.5 ± 1.2 °C；上升流在7至8月最强，叶绿素a全年维持较高水平。尽管季节差异直观上明显，但月、季与年际尺度上的丰度、生物量与多样性均未检出统计显著差异或单调趋势——只有最初几年夏季与秋季的丰度例外。 图4. 卡斯凯什站的生物量与丰度：(a) 季节平均、(b) 月度平均（论文 Figure 3） 三、年际群落组成出现方向性位移。 软体动物呈单调上升（约占总样品10%，其中双壳类占软体动物的97%，Mann–Kendall检验p<0.02），浮游幼虫与终生浮游生物之比自2009年起上升；蔓足类与十足类则呈单调下降，哲水蚤类群中的Calanus属也检出显著下降趋势；水母类（管水母约60%、水螅水母39%）自2010年起春季丰度增强。桡足类丰度与海表温度、上升流指数正相关。此外自2011年起出现明显延长的干季，与降水格局转变相吻合。 图5. 主要类群丰度的年际季节平均（蓝/深蓝/灰/黄依次为春、夏、秋、冬季），并给出线性趋势与R²（论文 Figure 5） 研究结论 这项工作是葡萄牙海岸首次开展的浮游动物长期综合研究。它表明该上升流站位全年维持高生产力，季节信号明确，但在本时段内尚未形成统计显著的单调趋势；群落组成却已出现可辨的方向性调整——向软体动物与水母类倾斜，同时蔓足类、十足类与部分哲水蚤类群减少。由于采样断档较多，研究者强调上述格局仍需在后续监测中验证，并建议维持乃至提高该站的采样频次。 德国HYDRO-BIOS公司的WP-2浮游生物网是本项十一年序列得以标准化的采样基础。作为国际通用的定量网具，WP-2以0.25平方米的标准网口配合可更换网衣（常用100、180、200 µm等网目），保证不同年份、不同季节的样品严格可比；坚固的框架与网衣结构足以应对大西洋岸带的风浪条件，并可灵活搭配机械流量计，把每一网次换算为可量化的滤水体积。对于海岸带长期监测、鱼类补充量评估与浮游生物时间序列研究而言，HYDRO-BIOS WP-2网是久经验证的标准工具。 参考文献 Dos Santos, A., Marques, R., Pires, R. F. T. Zooplankton biodiversity and temporal dynamics (2005–2015) in a coastal station in western Portugal (Northeastern Atlantic Ocean). PeerJ, 2023, 11: e16387. https://doi.org/10.7717/peerj.16387 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 WP2闭合浮游生物网

德国阿尔弗雷德·魏格纳极地海洋研究所（AWI）联合奥尔登堡大学亥姆霍兹功能性海洋生物多样性研究所（HIFMB）等多家机构的科研团队，借助法国HYDROPTIC公司的ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统，结合COI/18S多标记宏条形码技术，对北巴伦支海至南森海盆的北极表层浮游动物群落开展了整合分析，共鉴定出11个门、58个物种，并证实“图像定量+分子鉴定”的联合方案可作为北极浮游动物多样性监测的推荐框架。相关成果发表于国际浮游生物领域权威期刊《Journal of Plankton Research》。 研究背景 浮游动物是海洋生态系统物质循环与能量流动的关键环节，对温度、海冰和盐度变化高度敏感，是北极环境变化的重要指示类群。当前北冰洋正经历海冰消退与“大西洋化”的快速转型，浮游动物的地理分布与群落结构随之改变，对其多样性与数量的监测需求日益迫切。 传统浮游动物监测依赖浮游生物网采样加显微镜形态鉴定，耗时费力且易受人为偏差影响。宏条形码技术虽能通过高通量测序识别隐存种、幼体和易变形的胶质类生物，大幅提升分类分辨率，却无法提供丰度、生物量和个体大小等定量信息。图像分析技术恰好弥补这一短板：ZooSCAN可对保存的网采样品进行高通量扫描，自动提取每个生物个体的形态参数（面积、长轴、短轴等），进而估算生物体积与生物量；配套的EcoTaxa在线分类平台则通过深度学习自动预测加专家人工校验，实现半自动化的快速分类。两者联用，理论上可同时获得高分类分辨率与可靠的定量数据。 研究过程 研究团队于2017年6月23日至7月20日搭乘“极星号”（RV Polarstern）破冰船执行PS106.2航次，沿北巴伦支海（BS，站位52、64、65）—南森海盆南部（SNB，站位67）—南森海盆中部（NB，站位70–74）—Yermak海台（YP，站位76–78）断面共12个站位，采用矩形中层拖网（RMT1，网口1 m²、网目320 μm）在100 m至表层进行双斜拖采样，每站滤水体积651–1443 m³。 图1. PS106.2航次浮游动物采样站位分布（北巴伦支海、南森海盆及Yermak海台） 样品在船上用Motoda分样器一分为二：一半用4%缓冲甲醛海水溶液固定，用于定量图像分析；另一半按0.5–1–2–4 mm筛分后冷冻干燥，用于干重测定与宏条形码测序（COI、18S rRNA V4和V9三个标记）。 图像分析环节，固定样品经筛分、分样（最小1/256，每个亚样约1000个颗粒）后，使用法国HYDROPTIC公司的ZooSCAN（Biotom型，2400 dpi分辨率）进行数字化扫描，再经ZooProcess软件切割为单目标图像并关联元数据。全部14,371张单体图像上传至EcoTaxa平台，利用基于北极浮游动物验证图像集训练的深度学习模型自动预测分类，再由分类专家逐一确认或校正。 图2. 法国HYDROPTIC公司ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统 实验结果 1. 分子与图像方法优势互补，共鉴定11门58种。 三种分子标记共获得926（V4）、498（V9）和11,870（COI）个扩增子序列变体（ASV），其中COI在种级鉴定上表现最优，90.0%的序列可归属到属、89.9%到种。整合两种方法共鉴定出11个门、16个纲、31个目、43个科、47个属和58个种；宏条形码鉴定的分类单元数量多于图像分析（11 vs. 6个门，58 vs. 14个种），而图像分析在桡足类等形态特征明显类群的定量上更具优势——约5300张桡足类图像中仅1.6%无法鉴定到科。 图3. ZooSCAN获取的北极浮游动物代表性类群图像（比例尺2 mm） 2. 两种方法揭示一致的群落空间格局。 各站位优势类群均以哲水蚤科（Calanidae）为主：COI序列与图像生物量中，极北哲水蚤（Calanus hyperboreus）在多数站位占所有类群的20%–90%，且优势度随纬度升高而增强；飞马哲水蚤（C. finmarchicus）在图像丰度中平均贡献42%。巴伦支海站位以C. glacialis为常见种，南森海盆及Yermak海盆站位则以C. hyperboreus和Metridia longa为主。 图4. 六种方法（V9/V4/COI宏条形码与图像丰度/生物体积/生物量）揭示的各站位优势类群组成 3. 丰度与生物量随纬度升高而下降。 基于图像的定量结果显示，总浮游动物丰度介于13 ind/m³（YP最北站76）至94 ind/m³（BS最浅站52）之间；生物体积为50 mm³/m³（BS）至248 mm³/m³（NB站70）；生物量为8.5 mg DM/m³（站65）至31 mg DM/m³（站52）。在巴伦支海、南森海盆和Yermak海台三个区域内，丰度、生物体积和生物量均呈现随纬度升高而降低的趋势。 图5. 各站位浮游动物总丰度、生物体积与生物量（按区域和纬度排序） 4. 环境驱动因子跨方法高度一致。 多元分析表明，温度和采样水层中极地表层水（PSW）所占比例是所有方法共同检出的显著环境驱动因子；环境PCA第一轴解释了65.9%的方差，清晰分开巴伦支海与南森海盆/Yermak海台站位。所有方法的Shannon多样性均随纬度升高而降低，基于有无数据的Jaccard相似性在各方法间显著相关（P < 0.01）。 研究结论 该研究证明，ZooSCAN图像分析与COI宏条形码的联合应用能够克服单一方法的局限：分子方法提供种级高分辨率鉴定（尤其对小型、稀有和胶质类群），图像方法则提供个体级大小参数、丰度、生物体积与生物量的直接定量，并建立可长期保存、可重复分析的数字图像档案。两种方法独立检出了相同的群落空间格局与关键环境驱动因子，交叉验证了彼此的可靠性。研究团队据此明确推荐：未来北极浮游动物多样性与定量监测应采用“ZooSCAN图像分析 + COI宏条形码”的整合方案，以确保同时捕捉群落“多样性”与“数量”两个维度的变化。 法国HYDROPTIC公司的ZooSCAN在此次研究中展现了卓越性能：2400 dpi高分辨率扫描、自动化形态参数提取、与EcoTaxa在线分类生态的无缝衔接，使14,371张图像的高效处理与专家校验成为可能，为这一北极整合研究提供了关键技术支撑。从样品数字化到丰度/生物量定量的完整工作流，正是ZooSCAN在全球浮游动物监测网络中被广泛采用的核心价值所在。 参考文献 Laakmann S, Cornils A, Metfies K, Koplin J, Neuhaus S, Bunse C, Niehoff B, Flores H (2025) Of sequences and images – diversity and quantity of Arctic epipelagic zooplankton by an integrative approach. Journal of Plankton Research, 47(6): fbaf059. https://doi.org/10.1093/plankt/fbaf059 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统

加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）地球、海洋与大气科学系团队汇集1880—2016年间258个已发表与未发表数据来源，构建了全球首个“中层浮游动物与微型游泳动物数据库”（MMMD），共收录约26.6万条定量记录、覆盖5,557个采样地点。在这一数据库中，德国HYDRO-BIOS公司的MPN多联浮游生物网（Multiple Plankton Net，即MultiNet）贡献了10,691条定量记录，其网孔55—300 µm、网口0.125、0.25、0.5与1 m²多种规格，是数据库中分层采样的代表性网具。相关成果于2025年发表于《Scientific Data》。 研究背景 中层带（200—1000 m）是地球上体量最大的生物栖息空间之一，生活着数量庞大的中型浮游动物与微型游泳动物，它们在海洋食物网中承上启下，并通过昼夜垂直迁移把表层固定的碳向下输送，是生物碳泵的关键一环。然而，中层带采样成本高、难度大，长期以来的观测多为零散的航次，数据分散在不同文献、数据库与未发表资料中，难以支撑宏观生态学分析。 更棘手的是方法学不一致：不同研究使用的网具类型、网孔尺寸、网口面积与拖网方式千差万别，而网孔大小会系统性地决定哪些体型的生物被捕获，直接影响丰度与生物量的可比性。以中层浮游动物为例，其体长约0.2—20 mm，微型游泳动物约20—200 mm，同一群落用不同网具采样，结果可能相差数倍。因此，要开展全球尺度的中层带生态研究，必须先对海量历史数据进行系统整合与标准化校准。 研究过程 数据库构建从文献检索开始，研究团队以“中层带”“垂直分布”“中层浮游动物”“中层微型游泳动物”“暮光带”“深水浮游生物”等关键词，通过Web of Science与Google Scholar检索，并纳入研究人员未发表的北太平洋与南大洋数据。除文献外，还整合了PANGAEA数据中心、COPEPOD全球浮游生物数据库、BioTIME生物多样性时间序列库与Jellyfish Initiative（JeDI）水母数据库，按深度（200—1000 m）与类群筛选出可用的定量丰度或生物量记录。 标准化的核心是消除网孔与拖网方式带来的偏差。研究者先按网孔把样品划分为等级：中层浮游动物分六档（≤100、100—200、200—250、250—350、350—500、500—1000 µm），微型游泳动物分三档（1000—3000、4500—5000、>5000 µm），并以最常用的225 µm档作为校准参考。随后选取24个类群（覆盖90%的非零丰度记录），利用线性回归依次对网孔、拖网类型与季节进行逐步校准，把不同来源的密度数据折算到统一基准上。用于比对的网具类型清单也做了标准化，HYDRO-BIOS的MPN多联浮游生物网即被单独列为一种标准网型。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet多联浮游生物网 图2. 中层浮游动物与微型游泳动物数据库记录的全球分布（颜色为记录数，对数标度） 图3. 数据库记录的网孔尺寸（a、b）与采样年份、时间（c、d）分布特征 实验结果 1. 数据库规模与覆盖面。 最终数据库包含约27万条记录、46个字段，来自258个数据源，时间跨度为1880—2016年，覆盖全球所有大洋与5,557个独立采样地点，是全球首个系统整合中层带浮游动物与微型游泳动物定量数据的专题数据库。 2. 主流网具构成清晰。 数据库对来源网具做了标准化归类，Juday网、多联开闭网等经典网型均有大量收录，其中MPN-HYDROBIOS多联浮游生物网贡献10,691条定量记录，并被单独列为一种标准网型；其网孔范围为55—300 µm、网口面积覆盖0.125、0.25、0.5与1 m²，是分层采集的代表性网具。 3. 数据完整性存在明显缺口。 相当一部分记录缺失关键信息：仅14.8%与17.6%的记录能分辨为白天与夜间采样，多数记录集中在1960年之后；此外，记录中普遍缺少生物体尺寸信息，而尺寸决定了摄食关系与碳输出贡献，这构成数据库应用上的一大限制。 4. 标准化校准有效压缩了方法学偏差。 以磷虾类（Euphausiacea）为示例，原始密度数据因网孔、拖网方式与季节不同而分散，经线性回归逐步校准后，对数转换后的密度分布趋于对称并聚集到同一均值附近，表明校准流程确实消除了主要的方法学差异。 研究结论 这项工作是全球中层带生态研究的一项基础性工程：它第一次把横跨一个多世纪、来源与方法各异的定量数据整合进同一框架，并通过网孔—拖网—季节的逐步校准，让原本不可比的历史丰度数据具备了横向对照的可能。数据库以开放的Excel文件形式发布（Zenodo，CC BY 4.0），并配套元数据说明与R代码，可供全球研究者持续补充与更新，从而推动对中层带生物分布与碳泵功能的宏观认识。 在本数据库贡献突出的HYDRO-BIOS MPN多联浮游生物网，是中层带分层采样的重要技术担当。该系列网具网孔覆盖55—300 µm、网口提供0.125、0.25、0.5与1 m²四种规格，正对应中层浮游动物与微型游泳动物的不同体径范围，可一次下放分层获取多个水层样品，大幅提升深层采样的效率与层间分辨率。MultiNet系列现有Mini、Midi、Maxi与Mammoth等型号，最大工作水深达6000 m，支持搭载CTD及多种传感器，并具备在线与离线两种工作模式，能够灵活适配不同深度的分层定量研究，为构建可比较、可复用的深层生态数据集提供了硬件保障。 参考文献 Egorova Y, Pakhomov EA, McIvor I, Le A, Spesivy T. Mesopelagic Mesozooplankton and Micronekton Database. Scientific Data 12: 1294 (2025). https://doi.org/10.1038/s41597-025-05638-w 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 浮游生物多联采样网

德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）联合佛得角国家渔业发展研究所的科研团队，借助德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet浮游生物多联采样网与法国HYDROPTIC公司的UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统，配合船载声学观测，对北大西洋东部一个亚缺氧反气旋模态水涡（ACME）开展了“声学+光学+网采”三位一体的协同观测，首次揭示了此类低氧涡中浮游动物的四种低氧应对策略：涡内浮游动物总丰度约为涡外的1.5倍，而声学散射层整体避开了85–120 m的浅层低氧区。相关成果发表于《Biogeosciences》。 研究背景 北大西洋东部热带海域（ETNA）在约300–600 m深处存在永久性中层低氧区（OMZ），核心氧浓度很少低于40 μmol O2/kg。但近年来研究发现，该海域频繁生成的反气旋模态水涡（ACME）会在混合层下方形成浅层亚缺氧“死区”——涡核氧浓度可低至2 μmol O2/kg以下。这种全球变暖背景下预计不断扩张的浅层低氧结构，对浮游动物究竟意味着什么，此前无人观测过。 回答这一问题的难点在于单一设备的局限：声学可连续刻画散射层的时空分布，但无法鉴别散射体的生物类群；网采能提供精确的物种分类与丰度，垂直分辨率却有限；光学剖面成像有出色的垂直分辨率，但鉴类能力受图像分辨率制约。只有将多种手段在同一垂向上联合布设、互为补充，才能同时回答“谁、在哪、多少”的问题。为此，研究团队设计了MultiNet分层网采与UVP5原位成像、声学走航同步进行的观测方案。 研究过程 研究依托佛得角海洋观测站（CVOO）时间序列计划。2014年3月18–19日，团队搭乘“Meteor”号执行M105航次，在佛得角群岛以北对一颗经卫星高度计追踪识别的ACME实施“猎涡”采样：两条互相垂直的ADCP走航断面用于定位涡心，一条CTD/UVP5剖面断面横穿涡旋，并在涡内完成昼夜两次MultiNet分层拖网。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet浮游生物多联采样网 图2. 法国HYDROPTIC公司UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（论文使用UVP5型） 分层网采采用德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet Midi型浮游生物多联采样网，网口面积0.25 m2，配备5个网袋，网孔200 μm，装有流量计以精确计量滤水体积，以1 m/s的速度垂直拖曳。涡内站位按氧剖面设置600–300–200–120–85–0 m五个水层，分别于白天（12:40 UTC）和夜间（02:10 UTC）在涡核附近各完成一次拖网，另在涡边缘及涡外CVOO常规站位（800–600–300–200–100–0 m）采样作为对照。样品以4%硼砂缓冲甲醛固定，经ZooSCAN扫描鉴定39个类群。与之互补，安装于CTD玫瑰花架内的UVP5对粒径大于60 μm的颗粒和大于500 μm的浮游生物进行原位成像，每米深度约拍摄10帧、单帧取样体积0.93 L，上层600 m总取样体积约6.34 m3，图像经ZooProcess自动分类为41个类群并由专家校验。 图3. M105航次走航轨迹与采样站位（三角为CTD/UVP站，圆圈为MultiNet昼夜站位，虚线圆为涡旋范围） 实验结果 1. 低氧涡是浮游动物的“绿洲”而非“死区”。 涡心实测最低氧浓度仅3.75 μmol O2/kg（106 m），但MultiNet数据显示涡内上层600 m浮游动物总积分丰度达151000±34000 ind./m2，约为涡外（101000±15000 ind./m2）的1.5倍；UVP5图像进一步显示涡内大型颗粒聚集体约为涡外5倍，且向下一直可见于600 m。 图4. 船载75 kHz ADCP记录的平均体积散射强度（Sv）断面，白色等值线为氧浓度，涡内85–120 m低氧核出现Sv极小值 2. 声学散射层显著规避浅层低氧区。 走航ADCP显示，夜间散射层在涡内整体上浮变浅，其下界与约85 m的上氧跃线重合，氧浓度低于约20 μmol O2/kg的涡核出现Sv绝对极小值；CVOO锚系ADCP在2010年极端低氧涡过境期间的时序数据同样表明，白天Sv在氧浓度低于约20 μmol O2/kg时骤降。 3. UVP5与MultiNet联用鉴定出四种低氧应对策略。 ①浅层低氧规避与表层压缩：大多数哲水蚤类桡足类、磷虾、等辐骨虫类等，其可栖息体积被压缩至薄薄的富氧表层；②白天进驻低氧核、夜间上浮表层“偿还氧债”：管水母、Oncaea spp.、真哲水蚤类；③昼夜居留低氧核：介形虫、多毛类及部分胶质浮游动物，UVP5显示胶质类在低氧核内甚至比表层更丰富；④昼夜垂直迁移（DVM）穿越低氧层往返表层与深层。 图5. UVP5记录的涡断面氧含量与聚集体、桡足类、等辐骨虫类、胶质浮游动物、磷虾类分布 图6. 基于MultiNet分层样品的八个代表类群丰度垂直分布（白柱为昼、灰柱为夜） 4. 虾型微型游泳生物对低氧极为敏感。 UVP5剖面中，氧浓度低于28 μmol O2/kg处未观察到任何磷虾或十足类，其积分丰度在涡内显著低于涡外。 研究结论 研究表明，“开放海洋死区”的标签并不准确——低氧涡实为生产力热点与“生存策略试验场”：部分类群因低氧规避被压缩进表层，猎物—捕食者遭遇率上升，涡旋表层可能成为高营养层的觅食热点；而约20 μmol O2/kg是多数散射生物规避行为启动的临界氧浓度。未来海洋脱氧背景下，生物呼吸与有机质主动输运将随规避行为减弱，可能对低氧区形成正反馈。低氧涡因而成为预测开放海洋浮游生物功能群响应全球变化的“水晶球”。 德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet与法国HYDROPTIC公司的UVP在此次研究中展现了卓越的多设备协同性能。MultiNet Midi以按氧剖面定制的五水层分层采样和昼夜重复观测，提供了高分类学分辨率的物种丰度数据，是判定四种低氧应对策略的关键依据；UVP5则以米级垂直分辨率的原位成像，揭示了聚集体、胶质浮游动物等易碎、易损类群在低氧核内的真实分布——这恰是网采手段难以覆盖的盲区。两者与声学数据互为补充、交叉验证，为低氧生态学研究树立了“声学+光学+网采”协同观测的典范。 参考文献 Hauss, H., Christiansen, S., Schütte, F., Kiko, R., Edvam Lima, M., Rodrigues, E., Karstensen, J., Löscher, C. R., Körtzinger, A., Fiedler, B. Dead zone or oasis in the open ocean? Zooplankton distribution and migration in low-oxygen modewater eddies. Biogeosciences 13, 1977–1989 (2016). https://doi.org/10.5194/bg-13-1977-2016 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 浮游生物多联采样网 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

法国滨海大学海洋与地球科学实验室（LOG）、索邦大学维勒弗朗什海洋实验室（LOV）联合加拿大达尔豪斯大学的科研团队，借助法国HYDROPTIC公司的UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统，开发出全新工具VisuTrap——将UVP6相机直接嵌入沉积物捕集器，首次实现了对单个海洋颗粒物原位沉降速度的大批量直接测量，相关成果发表于《Limnology and Oceanography: Methods》。 研究背景 海洋生物泵每年将约5–12 Gt碳从表层海水输运至深海，其中颗粒物的重力沉降扮演着关键角色。沉降速度直接决定颗粒物在上层海水中被摄食、被微生物降解的暴露时间，进而决定碳通量衰减的深度，是估算颗粒有机碳（POC）通量的核心参数。 然而，原位沉降速度的测量一直非常稀缺。传统方法多基于颗粒物群体进行推断：或利用斯托克斯定律和粒径-沉速经验关系间接估算，或通过沉积物捕集器通量、210Po-210Pb不平衡等示踪手段反演。实测值跨越数个数量级（每天几米到上千米），单一的粒径模型根本无法解释这种巨大差异。少数直接测量手段（沉降柱、ROV搭载沉降舱、潜水观察等）不仅难以复制推广，还容易在采样过程中破坏脆弱的海洋雪聚集体。海洋学界迫切需要一种非破坏性的、能同时获取颗粒形态与速度的原位观测工具。 研究过程 研究团队的核心思路是：把UVP6-LP低功耗相机横向安装进沉积物捕集器，利用捕集器隔离出一团不受水平流影响的水体，让颗粒物在其中自由沉降，相机以1.3 Hz的高频连续拍摄全幅图像，事后通过图像处理重建颗粒轨迹并计算垂直速度。 团队设计了两种配置：漂移式VisuTrap将UVP6-LP装入全新设计的圆柱-锥形捕集器（高149 cm、宽50 cm，空气中重62 kg），配备铅环压载与合成泡沫浮力块保证垂直姿态（倾角从15°改善至3°），顶部蜂窝挡板减少外部水流干扰；锚系式VisuTrap则将UVP6直接安装在标准PPS5时间序列捕集器（开口直径112 cm）的框架上。为实现颗粒跟踪，团队开发了全新的全幅图像采集模式（该模式自2022年起已成为市售UVP6的标准功能），仪器可在“跟踪模式”（1.3 Hz连续全幅拍摄）与常规“vignette模式”之间自动切换，支撑数天乃至近一年的长期部署。回收后，图像经专门的Python流程完成颗粒检测（>100 μm）、形态测量与轨迹关联，轨迹图上传EcoTaxa平台人工校验。 图1. 法国HYDROPTIC公司UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 实验结果 研究团队在地中海西部开展了系列验证实验：2022年9月MOOSE-GE航次期间在LION和DYFAMED站位以漂移式VisuTrap在200 m和500 m深度进行了多次约45小时的部署，2023年1月至5月在DYFAMED逐月加测；锚系式VisuTrap则在DYFAMED锚系2000 m深度连续工作了近11个月（2022年9月至2023年7月）。 超36万条颗粒轨迹，规模空前。 每次部署记录约7.5万–9.5万帧全幅图像，清洗后共获得363,434条粒径大于100 μm的颗粒轨迹，粒径覆盖101 μm至6.56 mm，平均跟踪时长6.2秒（最长147秒）。单次研究测量超过30万个颗粒速度，这在海洋颗粒速度测量领域从未实现。 沉降速度跨越-181至+167 m/d，意外发现大量“上升颗粒”。 漂移式VisuTrap测得的垂直速度90%置信区间为-181至167 m/d（均值-2.9±110 m/d），锚系式为-132至151 m/d（均值4±87 m/d），下降速度与最新文献汇编一致。出人意料的是，上升轨迹占全部轨迹的49%，且在两种捕集器中比例相当——这一此前从未被量化的现象提示捕集器内水动力与生物过程对颗粒行为的复杂影响。 图2. VisuTrap记录的颗粒轨迹示例：(a) 下沉颗粒（140 m/d）与 (b) 上升颗粒（-130 m/d），左侧为颗粒在视野中的逐帧位置，右侧为对应时刻的颗粒图像 形态聚类揭示沉降行为差异。 对2087条经验证的大于620 μm非生物颗粒轨迹进行主成分分析与k-means聚类，前四个主成分解释了90.7%的形态变异，颗粒被分为团聚体（平均ECD 2535 μm）、薄片状（917 μm，最暗）和球状（最亮最圆）三类。团聚体的平均垂直速度显著低于其他两类，而粒径与速度之间并无简单关系——这直接证明“仅按粒径推算通量”的局限。 图3. 大于620 μm颗粒的粒径与垂直速度分布，颜色代表颗粒平均灰度值；上方与右侧分别为粒径和速度的密度分布 研究结论 VisuTrap将UVP6从“颗粒存量与粒径分布测量仪”升级为“颗粒动力学原位测速仪”，为碳通量评估提供了速度与形态兼备的新数据维度，也为检验和改进基于粒径的POC通量模型奠定了观测基础。 法国HYDROPTIC公司的UVP6在此次研究中展现了卓越性能：其侧视安装仅2.3 cm的窄景深（仅为相机与光源间距的10%）大幅降低了粒径与速度测量误差；低功耗设计使其能搭载于漂移与锚系捕集器上连续工作近一年；1.3 Hz全幅跟踪模式已成为2022年以来市售机型的标准配置，任何用户均可复现这一方法。配合EcoTaxa图像分类生态，UVP6可灵活集成于剖面、锚系、捕集器乃至浮标等多类平台，持续拓展海洋颗粒与浮游生物原位观测的边界。 参考文献 Laget, M., Accardo, A., Picheral, M., Catalano, C., Guidi, L., & Biard, T. (2026). Combining the Underwater Vision Profiler 6 with sediment traps to measure in situ velocity of marine particles. Limnology and Oceanography: Methods, 24(7), e70052. https://doi.org/10.1002/lom3.70052 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

地球上最大规模的动物迁徙不在非洲草原，而在海洋：每天黄昏，无数浮游动物、鱼类和头足类从暮光带涌向表层觅食，黎明前又返回深处藏匿。2020年，美国缅因大学、伍兹霍尔海洋研究所、法国索邦大学 Villefranche 海洋学实验室等机构的联合团队Nils Haëntjens、Emmanuel Boss等在《Geophysical Research Letters》发表成果，证明遍布全球的生物地球化学Argo浮标（BGC-Argo）能够“看见”这场迁徙的中层生物信号，而船载法国HYDROPTIC公司UVP5原位成像系统正是这一结论的关键“公证人”。 研究背景 中层鱼类与浮游动物昼夜垂直迁移（DVM）是海洋食物泵的重要引擎——它们夜间在表层进食，白天把碳“搬运”并排泄进暮光带。但研究这些生物传统上只能依赖科考船：声学鱼探仪受船底气泡与噪声干扰、网采逃逸率高、且船只的时空覆盖极其有限。BGC-Argo浮标阵列则在全球数百个点位每日连续测量水温、盐度、溶解氧、叶绿素与颗粒后向散射，是名副其实的“全天候哨兵”。问题在于：浮标搭载的生化传感器能否捕捉到迁移生物的踪迹？此前有研究在浮标溶解氧剖面中见过疑似生物信号，但缺乏独立证据。要坐实“浮标看到了生物”，就需要在同一海域用声学、成像与网采三种独立手段同时“验货”。 研究过程 研究依托北大西洋气溶胶与海洋生态系统研究计划（NAAMES）。2017年9月5—7日，科考船在西北大西洋一处站位（44°21.8′N, 43°21.5′W）开展连续观测：船载科学鱼探仪（38 kHz与120 kHz）记录声散射层；CTD挂载法国HYDROPTIC公司UVP5水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（5HD高清型）反复下潜，对大于600微米的浮游动物与海洋雪连续成像，并输出大于64微米颗粒的粒径分布；Isaacs-Kidd中层拖网同步采样中层鱼类。UVP图像与元数据导入EcoTaxa平台处理，逐帧识别桡足类、磷虾、放射虫、毛颚动物等类群。与此同时，附近一具BGC-Argo型剖面浮标（WMO 5903108）正以1—1.5个观测/分巴的超高分辨率剖面测量荧光溶解有机物（FDOM）与颗粒后向散射（bbp）——浮标与船站平均相距22公里、时间差平均仅1.4天，构成20组“船-浮标”配对观测。 图1. 2017年9月5—7日NAAMES站位船载38 kHz声学回波时序：灰色阴影为估算的DVM散射层深度轨迹，黄线为CTD/UVP下潜剖面，橙线及其圆点为浮标FDOM剖面中的 spike 信号（图片来源：Haëntjens et al., 2020 Fig.1） 实验结果 一、三类独立观测在同一深度“会师”。 声学显示生物白天下潜至约350米、夜间上浮至约50米；UVP5的成像剖面与之高度吻合——夜间上层200米内浮游动物丰度升高，峰值出现在50米，恰与声学迁移层重叠；白天丰度高值则出现在深层。浮标FDOM与bbp剖面中出现的“尖峰层”（spike layers）位于约300米，与声学散射层和UVP观测的生物层深度一致或略浅。20组船-浮标配对中，3组（15%）存在FDOM尖峰层、5组（25%）存在单个尖峰。 图2. 同一站位浮标生化剖面（b）与船载声学（a）对比；右侧（c）为UVP5观测的浮游动物类群丰度剖面，按夜间、黎明、白天分列，桡足类（红）与磷虾等甲壳类占主导（图片来源：Haëntjens et al., 2020 Fig.2） 二、UVP5给出生物的“身份画像”。 UVP5图像显示该站位浮游动物以桡足类和磷虾为主，多数个体的Ferret直径介于5—25毫米；中层拖网则捕获灯笼鱼（Myctophidae）、星衫鱼（Cyclothone）等2—11厘米的中层鱼类。三类手段各管一段体型谱，拼出了完整的中层生物群落图。 三、全球浮标数据库的“体检”结果。 团队进而对全球BGC-Argo数据库中剖面分辨率高于1观测/3分巴的浮标做了系统筛查（24873条低分辨率的APEX浮标剖面因无法检出信号被排除在分析之外），发现：尖峰层白天更深、夜间上浮；北半球冬末至秋季信号最强，南大洋次之；夜间检出率显著低于白天。声学估算的迁移速度约0.06米/秒，团队据此建议浮标剖面速度应低于0.08米/秒——这正是生物能“跟上”浮标、留下连续信号的速度阈值。相比之下，CTD玫瑰架以0.5—1米/秒快速下潜且排水量大，反而会“惊走”生物，这也解释了为何船载Rosette传感器看不到尖峰。 图3. 全球BGC-Argo浮标bbp尖峰层分析：(a)5°×5°网格内尖峰层检出比例，(b)尖峰层深度随太阳高度角的变化，(c)北大西洋与南大洋检出率的季节变化（图片来源：Haëntjens et al., 2020 Fig.3） 研究结论 这项研究首次系统证明：BGC-Argo浮标的FDOM与bbp剖面尖峰可以作为中层生物聚合与迁移的探测器，把“地球上最大动物迁徙”的观测延伸到船只罕至的偏远海域与冬季。而这场“浮标革命”的成立，离不开UVP5提供的独立成像验证——正是它逐帧记录下的浮游动物丰度与类群剖面，让声学层、光学尖峰与生物实体一一对应。论文结尾还展望：随着HYDROPTIC公司UVP6-LP等微型原位相机装载上浮标、微型声呐等主动声学传感器成熟，浮标将真正集“听、看、辨”于一身。从船载UVP5到浮标载UVP6，HYDROPTIC的UVP家族正在把原位定量成像嵌入全球海洋观测系统——今天用于验证发现，明天即为常态监测输出每一帧可分类、可溯源的生物图像数据。 参考文献 Haëntjens, N., Della Penna, A., Briggs, N., Karp-Boss, L., Gaube, P., Claustre, H., Boss, E. (2020). Detecting Mesopelagic Organisms Using Biogeochemical-Argo Floats. Geophysical Research Letters, 47(6), e2019GL086088. DOI: 10.1029/2019GL086088 Picheral, M., Guidi, L., Stemmann, L., Karl, D. M., Iddaoud, G., Gorsky, G. (2010). The Underwater Vision Profiler 5: An advanced instrument for high spatial resolution studies of particle size spectra and zooplankton. Limnology and Oceanography: Methods, 8(9), 462-473. DOI: 10.4319/lom.2010.8.462（UVP5方法参考） 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

加拿大达尔豪斯大学联合德国阿尔弗雷德·魏格纳极地海洋研究所（AWI）等机构的科研团队，借助法国HYDROPTIC公司的UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统，首次实现了对大于600 µm棕囊藻（Phaeocystis）群体的高时空分辨率原位定量，记录了拉布拉多海的大规模棕囊藻水华与威德尔海的群体沉降事件，并证实这类“庞然大物”对混合层以下碳通量的贡献出人意料地低。 研究背景 棕囊藻是全球广布的定鞭藻门浮游植物，常在近海与大洋形成大规模群体水华。水华期间，成百上千个细胞包埋在黏多糖基质中形成直径100 µm至数毫米的球形或云状群体，深刻影响碳收支、食物网结构与气候过程（如二甲基硫释放）。随着气候变暖，棕囊藻在拉布拉多海及北极海域的生物量占比持续上升，其对生物碳泵的影响成为亟待回答的科学问题。 然而，棕囊藻群体结构极其脆弱：传统采水与显微计数会在采样中破坏群体，多数固定剂又会溶解群体基质，导致丰度与生物量长期被错误估算，其碳输出贡献因此难以量化。原位成像虽是非破坏性定量的理想手段，却很少被用于棕囊藻水华观测——上一代UVP5的全球数据集中甚至从未记录到棕囊藻水华。UVP6针对透明海洋生物优化的光学系统，为破解这一难题提供了可能。 研究过程 团队整合了南北两个高纬度系统的UVP6数据。在拉布拉多海，2022年5月11日至6月10日BELAS-1航次（R/V Celtic Explorer）期间，将UVP6-HF高频型号挂载于CTD采水架上进行剖面观测：拍摄频率25 Hz，每帧对应0.68 L水体，像素分辨率73 µm，机载自动分割记录大于600 µm的颗粒图像，并与CTD温盐深数据逐帧对应。在威德尔海，锚系BGC-1（69°00.07′S, 27°00.07′W）搭载UVP6-LP于约250 m深度以0.2 Hz频率连续观测逾半年（2021年10月至2022年3月），同锚系44 m处的远程采水器每周采集水样用于18S rRNA扩增子测序，实现影像与分子数据的互证。 图像经UVPapp处理后上传EcoTaxa平台，以随机森林算法分类并人工校验。团队还利用5个棕囊藻培养株（P. pouchetii、P. globosa、P. antarctica等）在实验室进行UVP6成像比对，确认野外群体中圆形、椭球形及豆形、边缘光滑、灰度值高（214±11，指示低碳含量与透明基质）的目标即为棕囊藻群体。 图1. 法国HYDROPTIC公司UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 实验结果 拉布拉多海：近10万个群体勾勒水华消亡全过程。 航次捕获了一场异常偏早、偏大的春季水华的衰亡期。表层水温低于4°C，混合层初期仅约20 m，次表层叶绿素a极大值超过6 mg m-3。棕囊藻群体集中于上层150 m：水华衰亡初期混合层内丰度不足4个/L，而40–70 m深处高达11个/L；混合层加深至约80 m后群体遍布其中；5月31日后各深度丰度骤降至近零。观测期末归一化生物量粒径谱斜率下降15%、群体圆度随深度降低10%，指示衰老群体正被输出真光层。全航次共成像约95,000个大群体（最大约3 mm）。 图2. 拉布拉多海2022年春季水华衰亡期的环境条件与棕囊藻群体丰度：(a) 站位图；(b) 温度；(c) 叶绿素a；(d) >600 µm棕囊藻群体丰度，白线为混合层深度 威德尔海：表层峰值与深层沉降相隔两个月。 锚系UVP6在250 m深度记录到2022年1–3月的群体沉降事件，2月初峰值丰度仅0.026个/L；而44 m处的18S测序显示棕囊藻在两个月前已是表层最丰富的浮游植物类群之一。按文献报道的14 m/d群体沉速，200 m深度差仅需约14天，实际滞后却长4倍——说明绝大多数群体在上层被再矿化，仅极小部分抵达250 m。 图3. 威德尔海中部棕囊藻季节动态：(a) 锚系位置；(b) 44 m处18S rRNA相对读长丰度（绿）与250 m处UVP6群体丰度（橙） 碳账本：生物体积占比可观，碳通量贡献极低。 水华衰亡期，大群体占拉布拉多海上层150 m大颗粒（>600 µm）生物体积的比例最高达55%，但换算为碳后仅占总颗粒碳的0.4%（积分碳生物量至多11.5 mg C m-2）。碳通量方面，表层群体通量虽可超10 mg C m-2 d-1，至多占大颗粒通量的15%，100 m以下骤降至不足0.5%；通量衰减系数b高达1.8–7.8，生物碳泵效率至多0.03，远低于常见值（>0.2），比整体颗粒（0.13–0.49）低一个数量级。威德尔海更甚：峰值时群体通量仅占大颗粒通量的0.25%，12月至2月积分通量0.66 mg C m-2，不足大颗粒积分通量的0.01%。 图4. 大棕囊藻群体对大颗粒POC通量的贡献：(a) 拉布拉多海100 m；(b) 威德尔海250 m，深蓝为大颗粒通量，浅蓝为棕囊藻群体通量，绿色为小颗粒通量 研究结论 研究首次以原位影像证明：大棕囊藻群体虽体积庞大，却因碳含量与沉速双低，在上层海水即被摄食与再矿化，对混合层以下碳输出的贡献微乎其微——这也意味着仅依据粒径分布估算的传统POC通量很可能被高估。随着棕囊藻水华在全球范围扩张，原位高时空分辨率观测对评估其生物地球化学影响不可或缺。 法国HYDROPTIC公司的UVP6在此次研究中展现了卓越性能：针对透明生物优化的光学系统使其能够清晰捕获前任UVP5从未记录到的脆弱棕囊藻群体；UVP6-HF高频型号（25 Hz）与CTD采水架无缝集成实现剖面精细观测，UVP6-LP低功耗型号则在南极锚系上无人值守运行逾半年，充分验证了其在剖面、锚系乃至冰下平台的多平台适应性；配合EcoTaxa图像分类与机器学习流程，为全球棕囊藻监测网络的构建提供了成熟工具链。 参考文献 Laget, M., Rogge, A., Wietz, M., Musselman, L., Hu, Y.-Y., McGinty, N., Tuo, S.-H., Holtappels, M., Finkel, Z. V., & Waite, A. M. (2025). In situ imaging of large colonial Phaeocystis quantifies inefficient carbon export. Research Square https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-7773706/v2 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

法国索邦大学维勒弗朗什海洋实验室（LOV）联合德国GEOMAR、巴黎高师/IPSL、留尼汪大学及美国佛罗里达州立大学的科研团队，借助法国HYDROPTIC公司的UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（低功耗型UVP6-LP），在南大西洋Cape Basin完成17个月BGC-Argo浮标漂移观测，首次原位揭示中尺度涡旋边缘强锋面区可选择性地将特定形态海洋雪从混合层快速输运至600米中层海洋，为“锋生颗粒注入泵”机制提供了直接观测证据。成果于2025年3月发表于《Biogeosciences》。 研究背景 海洋生物碳泵（BCP）每年将约3–10 Pg颗粒有机碳输出至真光层以下；若没有它，大气CO2浓度将高出约200 ppm。其中，直径大于500 µm的海洋雪靠重力沉降构成生物重力泵（BGP），而由物理过程驱动的颗粒注入泵（PIP）——尤其是中尺度涡（10–100 km）与亚中尺度锋面（百米至十公里）引起的下沉输运——同样重要，却因过程短暂、尺度小而极难捕捉。 传统观测对此力不从心：船测难以“守”在移动涡旋的边缘锋面上，沉积物捕集器无法分辨颗粒形态与输运路径。将能在涡旋活跃区长期驻留、逐一颗粒成像的UVP6-LP搭载于BGC-Argo浮标，恰好提供了破局能力。 研究过程 2021年4月14日，研究团队在德国“太阳号”SO283航次中，于南非本格拉上升流外缘一个气旋涡内（33.10°S, 13.87°E）布放搭载UVP6-LP的BGC-Argo浮标（WMO: 6903095）。浮标随涡旋与水团漂移约1.5年，先后穿越气旋涡、反气旋涡、亚南极锋及多个涡间锋面区，2022年9月19日回收，共完成183条剖面（多数至600或1000米）。浮标同步集成温盐深、溶解氧、叶绿素荧光与后向散射传感器；卫星高度计资料经TOEddies算法追踪中尺度涡，并以5天后向FTLE（李雅普诺夫指数）诊断锋面辐合强度。 图1. 法国HYDROPTIC公司UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 UVP6-LP对0.102–16.40 mm等效球径的颗粒与浮游动物原位成像。得益于浮标回收，全部≥500 µm图像（颗粒物占85.5%）被完整取回，经EcoTaxa平台CNN特征提取、随机森林分类与专家校验后，对碎屑形态参数做PCA与k-means聚类（k=4）划分出四种形态型，并按5米×1天分辨率重建其时空分布。 图2. 浮标17个月漂移轨迹（a，红星为三次输出事件位置）及三次事件期间的涡旋/ADT快照（b–d），事件均位于气旋涡与反气旋涡之间的锋面区（来源：Accardo et al., 2025） 实验结果 三次“颗粒柱”事件直指600米深海。 生产季（2021年10月底–2022年5月）中，UVP6观测到三次大型颗粒（MaP，0.5–16 mm）浓度异常的柱状特征：2021年10月8–23日、11月25日–12月22日、2022年3月3日–4月28日，每次持续约一个月，颗粒自表层贯穿混合层直达约600米。事件内颗粒丰度较背景期升高2–3倍（第一次超7倍），MiP有机碳含量平均增加约25%。 事件全部锁定在涡旋边缘锋面区。 三次事件无一例外发生在气旋涡与反气旋涡交界的亚中尺度强锋区，对应FTLE值高于0.45 d-1。100–1000米层MiP、MaP丰度与FTLE显著正相关（Spearman系数0.40与0.49），MiP丰度还与低表观耗氧量（AOU）显著负相关（-0.59）——颗粒与“刚离开表层的年轻水团”共存，直接指向物理性向下输运。而经典涡致下沉泵（ESP）算法仅识别出28条事件剖面、仅7条靠近观测特征且厚度不足百米，说明这是一种贯穿大半个水柱的锋生输运新机制。 图3. 大型颗粒MaP（a）与微型颗粒MiP（b）浓度的时间-深度分布，黄星为三次输出事件，红线为混合层深度，顶部蓝点为FTLE强度（来源：Accardo et al., 2025） 输出具有鲜明的形态选择性。 四种形态型中，长条形颗粒（平均粒径约820 µm，疑似Chaetoceros链状硅藻，与表层叶绿素相关达0.65）始终滞留表层、几乎不参与深层输出；深层组合则明显向“小而致密”偏移：以第三次事件为例，小型颗粒占比从表层12%升至深层23%，致密聚合体从25%升至47%。混合层如同物理屏障，只有沉降足够快的致密形态才能穿越，并被锋面垂直流进一步“压”向深海。 图4. PCA-k-means形态空间聚类（a、b）、四种形态型的UVP6代表图像（c）及三次事件期间各形态型随深度的占比变化（d）（来源：Accardo et al., 2025） 研究结论 图5. 机制示意图：①涡旋搅拌与辐合促进表层颗粒聚集；②重力泵输运快沉形态穿越混合层；③锋生机制在涡间界面诱发强垂直速度，将颗粒输运至600米（来源：Accardo et al., 2025） 该研究提出“锋生颗粒注入泵”概念：涡旋边缘锋面的辐合与搅拌促进颗粒生产聚集，重力沉降筛选出致密快沉形态，锋面强垂直速度（可达每天数十至上百米）再将颗粒从混合层快速注入中层海洋，从而加深碳输运深度、提升生物碳泵效率。鉴于此类结构在全球海洋无处不在，这一机制对全球碳收支的贡献值得重新评估。 法国HYDROPTIC公司的UVP6-LP在此次研究中展现了卓越性能：17个月无人值守漂移中稳定完成183条剖面成像，回收后完整交付全部高清颗粒图像，支撑从分类学到形态型的全链条分析。UVP6系列可搭载剖面采水架、BGC-Argo浮标、水下滑翔机、潜标等多种平台，提供UVP6-LP、UVP6-HF等型号，为海洋碳泵机制研究与长期观测提供关键技术支撑。 参考文献 Accardo, A., Laxenaire, R., Baudena, A., Speich, S., Kiko, R., and Stemmann, L.: Intense and localized export of selected marine snow types at eddy edges in the South Atlantic Ocean, Biogeosciences, 22, 1183–1205, https://doi.org/10.5194/bg-22-1183-2025, 2025. 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

印度洋是全球海洋中生物碳泵研究最薄弱的大洋，其固碳输出效率长期缺乏直接观测。美国佛罗里达州立大学Stukel等人2026年发表于《Deep-Sea Research Part II》的论文，利用2022年1–3月BLOOFINZ-IO航次，在印度尼西亚贯穿流下游、澳大利亚西北外的阿拉戈海盆开展了4个拉格朗日漂移观测循环，以漂流沉积物捕集器直接实测沉降颗粒通量，同步以UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统获取51–1290 μm颗粒物粒径谱，首次系统刻画了这片“数据空白”海区真光层内部与真光层之下的碳输出格局。结果显示：真光层输出碳通量平均为7.0 mmol C·m-2·d-1，输出效率达初级生产的17%；出乎意料的是，混合层之下、深层叶绿素最大值之上的“深层真光层”通量反而高于真光层底部，说明这一层是颗粒物净再矿化层；进入弱光层后通量衰减温和（转移效率0.62，Martin b值约1.1），颗粒组分也从真光层内的新鲜浮游植物转变为植食性浮游动物的粪球。UVP6粒径谱在其中扮演了关键角色——它揭示的大型缓慢沉降聚集颗粒，正是解释深层真光层“通量悖论”的钥匙。 研究背景 海洋生物碳泵通过将浮游植物固定的碳以颗粒形式输送到深海，是调节大气二氧化碳浓度的核心机制，全球每年向深海输送约50–130亿吨碳。然而这一过程的效率在不同海区差异巨大：输出多少、衰减多快，取决于颗粒物的大小、结构与组分，而这些属性恰恰难以直接观测。沉积物捕集器能实测到达某一深度的通量，却无法回答颗粒从何而来、在哪个水层被改造；传统的粒径-通量经验算法又需要海区校准，不能直接照搬。 印度洋的生物碳泵观测长期稀少，其东侧的东印度洋更是几近空白。阿拉戈海盆位于印尼贯穿流下游，低纬寡营养、层化强，接近全球低纬寡营养大洋的典型状态；它与半封闭寡营养边缘海墨西哥湾（蓝鳍金枪鱼产卵场）生态功能相似，为跨海区对比提供了天然蓝本。 研究过程 2022年1–3月，研究团队在阿拉戈海盆（约14°S–18°S，114°E–118°E）开展BLOOFINZ-IO航次，布放成对漂流阵列开展拉格朗日实验：一个阵列挂载漂流沉积物捕集器，在不同深度（约50–420 m）收集沉降颗粒；另一个阵列在固定深度悬挂原位培养瓶，以碳同位素标记法测定24小时净初级生产力。4个观测循环各持续3.3–4.3天，覆盖不同水团与生产状态。 每天凌晨，研究船在漂流阵列附近施放配备采水瓶的CTD系统，测量温盐、溶解氧与叶绿素荧光剖面，采集营养盐、颗粒有机碳与色素样品；同时，安装在采水框架上的UVP6以每秒多帧的频率对水体进行原位成像，量化51–1290 μm范围颗粒物（含聚集颗粒与大型浮游生物）的丰度与体积随粒径、深度的分布。沉降颗粒的碳、氮含量及其稳定同位素组成（δ13C、δ15N）、叶绿素与脱镁色素比例，则用于追溯颗粒的来源与改造历程。 图1. 研究海域与拉格朗日漂流轨迹：上图为东印度洋与澳大利亚西北陆架，红框为阿拉戈海盆研究区；下图为4个观测循环（C1–C4）的漂流轨迹。图源：Stukel et al., 2026, DSR II, Fig.1 实验结果 输出效率惊人：低生产力海区输出了17%的初级生产。尽管海区寡营养、层化强，真光层底部实测碳输出平均达7.0 mmol C·m-2·d-1，对应输出效率（输出/净初级生产力）约0.17——高于许多热带海区的典型值。研究发现风暴初期注入的营养盐在随后数周被逐渐消耗，生产与输出存在数天尺度的耦合。 深层真光层是“净再矿化层”。真光层内部的沉降通量（混合层以下、深层叶绿素最大值以上）平均略高于真光层底部的输出通量——这意味着部分颗粒在穿过深层真光层时被再矿化“消化”掉了，该层是净异养的颗粒改造带。进入弱光层后，衰减放缓：真光层底部以下100 m的转移效率为0.62，Martin b值平均约1.1，在热带海区中属衰减较缓的类型。 图2. 沉积物捕集器实测的（a）有机碳、（b）氮、（c）色素沉降通量垂直剖面（四个循环及均值）。图源：Stukel et al., 2026, DSR II, Fig.5 颗粒组分随深度“换血”。真光层内的沉降颗粒富含新鲜叶绿素——部分叶绿素可能包裹在有尾类（appendicularian）胶质“住房”中随颗粒下沉；真光层以下，颗粒色素以植食性浮游动物粪球标志的脱镁色素为主，碳氮比与同位素组成随深度变化进一步印证颗粒在沉降途中持续被摄食与再矿化。 UVP6粒径谱锁定“缓慢的大颗粒”。UVP6剖面显示，100–1000 μm的大型颗粒与聚集颗粒在深层真光层最为丰富。三种已发表的粒径-通量算法应用于UVP6数据时均无法准确复现实测通量，印证了此类算法需海区校准；但三种算法一致显示真光层内特定粒径的颗粒沉降比深层更慢。综合判断：小型蓝藻等微型细胞很可能先被并聚集成大型但结构疏松、沉降缓慢的海洋雪，这些颗粒滞留在深层真光层，成为该层中型浮游动物（包括附着颗粒生活的桡足类）的重要饵料来源，驱动了强烈的就地再矿化。 图3. UVP6观测的大型颗粒体积随粒径与深度的分布：a–d为四个循环0–500 m的平均粒径-深度体积热图，e为全粒径积分体积剖面。深层真光层聚集大量缓慢沉降的大型颗粒。图源：Stukel et al., 2026, DSR II, Fig.4 研究结论 阿拉戈海盆的生物碳泵运转模式可概括为“低生产力、高输出效率、深层真光层强再矿化、弱光层温和衰减”。这一格局与墨西哥湾同类半封闭寡营养海区高度相似——两者均在深层叶绿素最大值附近出现净再矿化，提示该模式可能是低纬寡营养海洋的普遍特征。研究同时表明，仅靠捕集器或仅靠光学粒径谱都无法完整解析碳输出，两者协同才能还原颗粒从生产、聚集、沉降到被摄食的全链条。 图4. 阿拉戈海盆与墨西哥湾上真光层（UEZ）、下真光层（LEZ）与上层弱光层（UTZ）碳收支对比：灰色箭头为沉降颗粒通量，绿色箭头为自上真光层输出的浮游植物沉降，棕色箭头为植食者粪球通量，红色数字为净初级生产力。图源：Stukel et al., 2026, DSR II, Fig.8 结语 从拉格朗日漂流阵列到UVP6的逐帧原位成像，这项研究示范了“实测通量+光学粒径谱”的双核观测范式：沉积物捕集器给出真值锚点，UVP6则补足颗粒群落的结构细节与垂直连续性，让“哪个水层在输出、哪个水层在消耗”变得可测可解。HYDROPTIC UVP6系列可搭载滑翔机、锚系浮标、BGC-Argo浮标与CTD采水系统，以百微米级分辨率持续记录颗粒物与浮游生物动态，是生物碳泵、海洋雪与中浮游生物研究的主流原位成像方案。在印度洋这样的观测空白区，每一台UVP6下潜，都在为全球碳循环版图补上一块拼图。 参考文献 1. Stukel, M. R., Biard, T., Décima, M., Fender, C. K., Kehinde, O., Kelly, T. B., et al. (2026). Sinking particle export within and beneath the euphotic zone in the eastern Indian Ocean. Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 226, 105590. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2026.105590 2. Picheral, M., Catalano, C., Brousseau, D., et al. (2022). The Underwater Vision Profiler 6: an imaging sensor of particle size spectra and plankton, for autonomous and cabled platforms. Limnology and Oceanography: Methods, 20(2), 115–129. https://doi.org/10.1002/lom3.10475 3. Fender, C. K., et al. (2019). Investigating Particle Size-Flux Relationships and the Biological Pump Across a Range of Plankton Ecosystem States From Coastal to Oligotrophic. Frontiers in Marine Science, 6, 603. https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00603 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

中国科学院海洋研究所研究团队通过对热带西北太平洋经向断面调查，对比研究了暖涡（WE）、冷涡（CE）和九州-帕劳海脊（KPR）区域的初级生产力、颗粒物动态及碳输出过程。借助水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（UVP）等设备，发现KPR区域上升流有更高营养盐输入，输出效率显著高于其他区域，揭示了海脊上升流对寡营养海域生物碳泵的强化作用。 研究背景 生物碳泵（BCP）通过将表层有机碳输送至深海，在调节大气CO2浓度中起关键作用。然而，海底地形（如洋中脊）对BCP的影响尚未被充分研究。热带西北太平洋作为典型寡营养海域，传统上被认为BCP效率较低，但九州-帕劳海脊（KPR）作为该区域的显著地形特征，已被证实通过内潮混合驱动深层上升流。此前研究多关注中尺度涡旋对碳循环的影响，而海脊地形诱导上升流对生物碳泵的调控机制仍属未知。本研究通过比较海脊与涡旋系统对碳输出过程的影响差异，为理解寡营养海域碳封存机制提供新视角。 传统对颗粒有机碳通量的研究主要依赖沉降物捕集器，该方法虽能直接测量沉降通量，但受限于投放时间分辨率低（通常数天至数周），难以捕捉短时程变化，且成本高昂、操作复杂，难以实现大范围空间覆盖。 法国HYDROPTIC公司的UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统解决了这一难题。UVP是一种高分辨率水下成像系统，主要用于在已知水体下对水中的大型颗粒物（>100 μm）进行量化，同时能够记录大型颗粒物和浮游动物（>700 μm）的水下原位图片。UVP工作深度可达6000 m，具有高度灵活性，为解析海脊等复杂地形对生物碳泵的影响提供了有力的技术支撑。 研究过程 2015年12月，研究团队搭载“科学”号考察船在热带西北太平洋沿西北-东南断面开展调查，共设置9个站位，跨越暖涡（WE，站D1）、背景区（BR，站D3-D5）、冷涡（CE，站D7-D9）和九州-帕劳海脊区（KPR，站D11、D12）四个区域。在每个站位，UVP搭载于CTD采水器布放至2000 m，获取水下颗粒物的垂直剖面数据。此后利用UVP获取的粒径谱数据，结合统计模型估算150 m、1000 m和2000 m三个深度的颗粒有机碳（POC）通量，并以150 m处POC通量与真光层初级生产力的比值计算碳输出效率（e-ratio）。 图1. 水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（UVP6，最新型号） 实验结果 1.KPR区域营养盐和初级生产力较高 KPR和冷涡区域均观测到温跃层和营养盐的明显抬升，但KPR上升流携带的营养盐浓度更高。上层200 m营养盐积分结果显示，KPR区域的溶解无机氮、磷酸盐和硅酸盐均显著高于其他区域（图2）。KPR区域初级生产力达142.05 mg C m-2d-1，是BR背景区的4倍，叶绿素a积分浓度（22.1 mg m-2）也明显高于冷涡区（19.84 mg m-2）和背景区（17.96mg m-2）。 图2. 营养盐浓度的横断面分布与研究区域200 m以上深度综合营养盐清单 2.KPR区域颗粒物体积浓度和大型颗粒占比最高 KPR区域上层200 m颗粒物体积浓度最高，冷涡区次之，暖涡和背景区最低（图3）。尤为显著的是，KPR区域大颗粒（ESD ≥ 500 μm）在全水柱中的占比均明显高于其他站位，D12站大型颗粒占总颗粒物体积的48%，其他站位通常低于20%。KPR区域浮游动物丰度（0.32 ind L-1）在上层150 m也明显高于其他站位（<0.15 ind L-1）。 图3. 沿样带不同深度层PVC和相应水柱清单的剖面分布图 3.KPR区域POC通量全水柱显著增强 KPR区域在200 m、1000 m和2000 m的POC通量分别为9.04±6.74、5.52±0.10和3.09±1.96 mgCm-2d-1，分别是冷涡区的2.8至5.7倍，是背景区的5.9至11.4倍。站D12在25 m处POC通量达62 mgCm-2d-1，在2000 m仍保持5.04 mgCm-2d-1，显著高于其他站位（图4）。 图4. POC通量沿样带不同深度层的剖面分布图 4.KPR区域碳输出效率最高 KPR区域碳输出效率（e-ratio）在D12站达10%，显著高于冷涡、暖涡和背景区。相关性分析表明，真光层POC通量与颗粒物体积浓度、浮游动物丰度和大型颗粒占比呈显著正相关，与水深和小颗粒占比呈显著负相关（图5）。海脊诱导上升流通过促进浮游植物聚集和浮游动物包装作用，增加了大型颗粒物的比例，从而增强了全水柱的碳输出。 图5. POC通量与环境和生物之间的皮尔逊相关系数（R）图 研究结论 研究首次揭示了九州-帕劳海脊诱导上升流对热带西北太平洋生物碳泵的显著增强作用：（1）海脊诱导上升流携带的营养盐浓度较高，使KPR区域上层营养盐积分浓度居四区之首；（2）KPR区域初级生产力、叶绿素a和颗粒物体积浓度均显著高于其他区域；（3）大型颗粒占比与POC通量呈显著正相关；（4）KPR区域碳输出效率远高于冷涡和暖涡区域。 本研究充分展现了UVP在海洋碳循环研究中的巨大应用价值，使得从表层至2000 m全水柱颗粒物粒径谱的高分辨率原位观测成为可能，为POC通量估算和生物碳泵效率评估提供了关键数据支撑。作为国际公认的海洋颗粒物原位观测利器，UVP正持续助力我国深海碳循环与生态研究迈向新高度。 参考文献 Guo S J, Zhu M L, Zheng S, et al. Impacts of ridge-induced upwelling on the biological carbon pump in the tropical Northwestern Pacific[J]. EGUsphere [preprint], 2026, 597, https://doi.org/10.5194/egusphere-2026-597, 2026. 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

法国土伦大学地中海海洋学研究所（MIO）、索邦大学维尔弗朗什海洋学实验室（LOV）、布雷斯特海洋环境科学实验室（LEMAR）等机构组成的科研团队，在东北大西洋波丘派恩深海平原（PAP-SO）海域开展的APERO航次中，首次将法国HYDROPTIC公司的UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统搭载于SeaExplorer水下滑翔机，对三个中尺度涡旋及其间锋面进行了长达25天、约500公里的连续剖面观测，捕捉到颗粒有机碳（POC） stock与通量在10公里尺度上即可相差一个数量级的剧烈变化，并证明涡旋核心与锋面区控制碳输出的机制截然不同。成果发表于《Journal of Geophysical Research: Oceans》。 研究背景 海洋吸收了工业革命以来约30%的人为二氧化碳排放，其中生物泵——表层浮游植物固碳、颗粒有机碳沉降并向深海传递——是长期封存碳的关键途径。然而生物泵的强度始终难以精确量化：海洋雪大小、形状、组分各异，沉降速率从每天几米到数百米不等；更棘手的是，碳输出在中尺度涡旋、锋面等（亚）中尺度动力过程调制下呈现极强的时空变异，卫星高度计的有效分辨率（100—150公里、14—21天）根本无法分辨。要回答“碳到底在何处、以何种效率沉入暮光层”，就需要一种能搭载自主平台、在千米水深连续“数颗粒”的原位成像仪器。UVP6正为此而生——小型化、低功耗的设计使其能装上滑翔机与BGC-Argo浮标，把粒径谱测量带到传统船采无法覆盖的时空尺度。 研究过程 2023年6月3日—7月15日，法国两艘科考船Thalassa号与Pourquoi Pas?号在PAP-SO观测站海域实施APERO航次（评估海洋生源物质的生产、输出与再矿化：从表层到黑暗海洋），综合调度了243个CTD站位、144个海洋雪捕捉器、5套漂流颗粒物捕集器阵和多台自主平台。其中，SEA092号SeaExplorer滑翔机于6月9日—7月3日连续作业25天，往返穿梭于一个气旋涡C1和两个反气旋涡A1、A8之间，完成0—1000米水深的锯齿状剖面，航程约500公里。滑翔机集成温盐、溶解氧、叶绿素荧光、700纳米光学后向散射（bbp700）等传感器，核心载荷为法国HYDROPTIC公司UVP6-LP低功耗型成像器：像元分辨率73微米，每帧拍摄约0.7升水体，以5米垂向分辨率连续记录大于80.6微米的颗粒并保存大于620微米浮游生物的抠图影像，整个航段累计获取144,623张水下图像。团队对10个粒径档（80.6—1290微米）逐一进行质量控制后，先用Alldredge经验公式将粒径谱转换为POC浓度，再利用航次中48组UVP6与沉积物捕集器的同步配对观测，对Guidi等（2008）的通量-粒径幂律关系进行区域化率定（决定系数从0.23提升至0.49），获得逐剖面的POC通量估算；结合卫星高度计拉格朗日 backtrack 追踪，追溯每个水团25天内的来源轨迹。 图1. 法国HYDROPTIC公司UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（图示为UVP6型号，论文使用UVP6-LP） 实验结果 一、颗粒分布呈现剧烈的（亚）中尺度异质性。 UVP6剖面清晰刻画出三个涡旋的“个性”：气旋涡C1因营养盐跃层抬升（涡致泵升效应）最为肥沃，上层100米小颗粒浓度高达15—30万个/立方米，并向下延伸至200—300米；反气旋A1表层出现次级峰值；两涡之间的锋面上颗粒浓度在几十公里内骤降3倍（图2）。 图2. 卫星高度计揭示的气旋C1与反气旋A1、A8及滑翔机（绿点）穿越路径（图片来源：Chevillon et al., 2026 Fig.3） 二、碳输出在锋面处10公里内即可“腰斩”。 POC通量断面显示：C1(a)上方40米通量高达800—1000毫克碳/平方米/天，穿越锋面后在反气旋一侧骤降至150—200毫克碳/平方米/天——不足10公里距离内相差达一个数量级；即使在1000米深处，各结构间通量仍相差2—3倍（图3）。 图3. 沿三条涡旋断面的叶绿素荧光、bbp700信号与UVP6三个粒径档颗粒浓度分布（图片来源：Chevillon et al., 2026 Fig.6） 三、涡核与锋面的碳输出机制截然不同。 15天后重访C1时，其表层通量已下降近一个数量级，反映水华消退后大颗粒快速沉降；而中层通量仅减半，说明深层信号相对“解耦”。拉格朗日轨迹显示三个涡旋均为相对封闭系统，涡核内碳输出以重力沉降主导；锋面区则是不同来源水团的辐合带——颗粒贫乏的高温高盐水与颗粒丰富的冷淡水在此对峙，POC通量的锋面变异主要由水平平流“搬运”而来，而非局地垂向输出增强。分析还表明，bbp700后向散射显著低估且无法分辨深层大颗粒POC，而UVP6以0.7升采样体积逐一识别单颗粒，对中大颗粒的定量能力不可替代（图4）。 图4. 三条断面的POC通量分布及各涡旋平均垂直通量廓线（图片来源：Chevillon et al., 2026 Fig.8） 研究结论 该研究首次在东北大西洋用滑翔机载UVP6完整解析了涡旋—锋面系统中的碳输出细结构，证明（亚）中尺度过程是调控生物泵效率的第一序动力：涡旋核心如封闭反应器，重力沉降主导输出；锋面如传送带，水平平流重塑颗粒分布。仅凭卫星或船采既看不到10公里尺度的通量骤变，也无法追踪涡旋两周内的输出衰减。这一突破依托的正是UVP6为自主平台而生的新一代能力：低功耗、小型化使其在滑翔机上连续作业25天、数百个剖面不断线，73微米分辨率覆盖80.6微米至毫米级完整粒径谱，让“每5米一层、每层0.7升”的定量成像成为深海碳通量的新标尺。法国HYDROPTIC公司的UVP系统由此从船载CTD附件进化为海洋碳泵的“移动观测哨”，为全球变化下的碳输出估算提供了可复制、可组网的原位成像方案。 参考文献 Chevillon, E., Bosse, A., Zakardjian, B., Accardo, A., Guidi, L., Bhairy, N., Fuda, J.-L., Picheral, M., Luneau, C., Dasi, P., Meunier, L. (2026). Meso‐ to Submesoscale Variability of Particulate Carbon Export Captured by a Glider‐Camera System in the Northeast Atlantic During the APERO Campaign. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131, e2025JC023403. DOI: 10.1029/2025JC023403 Picheral, M., Catalano, C., Baudena, A., Elineau, A., Irisson, J.-O., Taillandier, V., Lombard, F., Stemmann, L. (2022). The Underwater Vision Profiler 6: an imaging sensor of particle size spectra and plankton, for autonomous and cabled platforms. Limnology and Oceanography: Methods, 20, 115–129. DOI: 10.1002/lom3.10475 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

法国索邦大学维勒弗朗什海洋实验室（LOV）联合美国迈阿密大学、NOAA及德国GEOMAR等机构的科研团队，借助法国HYDROPTIC公司的UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统，在赤道大西洋上升流区完成9个月BGC-Argo浮标连续观测，首次原位捕捉到两次藻华后持续月余、直达2000米深海的海洋雪输出羽流，定量揭示赤道生物碳泵6%–7%的稳定输出效率。成果于2025年12月发表于《Biogeosciences》。 研究背景 海洋生物碳泵（BCP）将表层有机碳输运至深海长期封存，其中海洋雪重力沉降构成的生物重力泵（BGP）是最主要的输运途径。海洋雪的形态（大小、孔隙度、致密度）直接决定其沉降速度与再矿化命运，“看清”颗粒形态是理解碳输出的关键。 然而，赤道大西洋作为全球重要的上升流高产区，碳输出观测长期存在短板：船测航次短暂，难以覆盖从藻华到输出的完整过程；沉积物捕集器时间分辨率低，无法分辨颗粒类型贡献。热带不稳定波（TIW）等次季节过程如何驱动颗粒生产与深输运，一直缺乏原位连续证据。将UVP6搭载于BGC-Argo浮标、以准拉格朗日方式长期跟踪同一水体，成为破解这一难题的理想方案。 研究过程 研究团队于2021年7月搭乘德国“太阳号”SO284航次，在赤道0°N、23°W布放搭载UVP6的BGC-Argo浮标（WMO: 6904139）。浮标沿赤道向东漂移约1600公里至7°W，每3天剖面至2000米，共获取86条超1000米的剖面，2022年3月成功回收。浮标还集成温盐、叶绿素荧光、溶解氧与后向散射传感器，并与卫星海表温度、叶绿素数据联合分析。 图1. 法国HYDROPTIC公司UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 UVP6对0.102–16.4 mm粒径的颗粒物原位计数与成像，全程记录约12.7万张图像，经EcoTaxa平台机器学习分类与专家校验区分活体与碎屑；再对碎屑的面积、灰度、伸长率、结构均一性等形态参数做PCA与k-means聚类，客观划分出五种海洋雪形态型。 图2. 浮标轨迹上的卫星海表温度（a）、温度距平（b）、叶绿素a（c）及叶绿素距平（d），黑线为浮标轨迹，蓝/品红线标示两次输出事件起止（来源：Habib et al., 2025） 实验结果 两次藻华引发两次持续月余的深层输出事件。 卫星与浮标一致记录到两次藻华（2021年9月与2022年1月，表层叶绿素a峰值约0.4 mg m-3），分别对应大西洋冷舌发展与冬季次生冷期。基于Rodionov变点检测算法，团队客观识别出两次输出事件：2021年8月8日–9月8日、2021年12月13日–2022年1月26日，各持续约一个月，颗粒羽流以约30 m d-1的表观速度稳定抵达2000米深度。 通量增强，但输出效率保持稳定。 30米深处碳通量在事件2、事件1及事件间期分别达168、139和83 mgC m-2 d-1，全水柱平均最大通量104.1±61.5 mgC m-2 d-1。尽管事件期通量更高，100米层输出效率（Eeff）在事件内外始终维持6%–7%，处于全球平均水平；100米通量传输至1000米的效率（Teff）为29%–40%，事件2最高。这揭示赤道生物碳泵在2021年强Atlantic Niño背景下依然高度稳定，或与初级生产到颗粒输出仅10–15天的短滞后有关。 图3. 微型颗粒（MiP）与大型颗粒（MaP）丰度、碳通量及距平的时间-深度分布，两次输出羽流（红/蓝斜线）直达2000 m（来源：Habib et al., 2025） 五种形态型揭示“小而致密者行远”。 五种形态型为大致密（BDP）、纤维状（FP）、大多孔（BPP）、小致密（SDP）与小多孔（SPP）颗粒。多孔与纤维状颗粒在表层藻华期占主导（SPP在事件期0–50米占比达50%–60%），却几乎无法穿越中层；致密型颗粒表层占比不高，却主导深层输出——SDP在事件期占比超40%，并在300–600米出现浓度回升，最终成为2000米深海碳通量的主要贡献者。纤维状颗粒与叶绿素显著相关，提示其源于链状硅藻聚集体；致密颗粒则可能源于浮游动物粪粒。 图4. 五种海洋雪形态型的UVP6原位图像（左列）及其对数浓度的时间-深度分布（来源：Habib et al., 2025） 研究结论 图5. 赤道大西洋颗粒输出系统示意图：冷舌与TIW驱动表层生产，致密颗粒（DP）主导深层输出，Eeff 6–7%、Teff 30%–40%（来源：Habib et al., 2025） 该研究首次在赤道大西洋实现“藻华—颗粒生产—形态转化—2000米深输运”全链条原位连续成像观测，证明赤道上升流区是输出效率稳定（Eeff 6%–7%）的碳输出系统，深层碳封存主要由小型致密颗粒驱动，颗粒形态组成的高度一致性正是系统稳定性的根源。 法国HYDROPTIC公司的UVP6在此次研究中展现了卓越性能：低功耗条件下随浮标连续工作9个月、每3天剖面至2000米，稳定获取12万余张高分辨率颗粒图像。UVP6可搭载剖面采水架、BGC-Argo浮标、水下滑翔机、潜标（mooring）等多种平台，提供UVP6-LP（低功耗型）、UVP6-HF等型号，正成为全球海洋生物碳泵与颗粒通量长期原位观测的关键技术支撑。 参考文献 Habib, J., Stemmann, L., Accardo, A., Baudena, A., Tuchen, F. P., Brandt, P., and Kiko, R.: Marine snow surface production and bathypelagic export at the Equatorial Atlantic from an imaging float, Biogeosciences, 22, 7985–8003, https://doi.org/10.5194/bg-22-7985-2025, 2025. 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 UVP6-HF水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 法国HYDROPTIC公司 UVP6-LP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

德国 GEOMAR 亥姆霍兹基尔海洋研究中心领衔的国际团队，借助德国 HYDRO-BIOS 公司的 MultiNet Maxi 多联浮游生物采样网，在挪威吕勒峡湾与松恩峡湾采集了深海头盔水母（Periphylla periphylla），并首次结合生理测定、基因表达与共生微生物三方面证据，系统评估了模拟海洋增温与深海采矿沉积物羽流对该物种的影响。研究证实，升温与悬浮泥沙都会显著加剧水母的代谢压力：4 °C 增温即上调免疫相关基因、抑制有氧呼吸；悬浮泥沙则诱发大量黏液分泌与急性能量消耗。相关成果于 2023 年发表于《Nature Communications》。 研究背景 深海远洋是地球上最大的栖息地，占海洋可生存体积的九成以上，却因难以抵达而长期被认为受人类活动影响有限。近年来人们逐渐发现，海洋增温、脱氧、酸化与污染等压力几乎作用于整个水体；与此同时，深海海底采矿正快速逼近商业化，采矿作业会在水柱中扬起大量细颗粒沉积物，形成长时间悬浮的“沉积物羽流”。这些人为扰动对深海生物究竟意味着什么，此前几乎缺乏物种层面的实证。 头盔水母是深海远洋分布最广、丰度最高的水母之一，在北极与高纬度峡湾尤为常见，是深海生态系统中能量流转的重要环节。作为适应低温、低食物环境的凝胶状生物，它对外界压力可能格外敏感：一旦代谢需求被迫升高，而深海食物本就稀缺，其能量收支可能迅速失衡。要弄清这一点，必须把实验室模拟与野外原位取样结合起来——前者需要大量状态健康、来源清晰的活体样本，后者则要求精确掌握水母在水柱中的垂直分布与所处水团的现场温度。这就对采样装备的分层能力与活体采集的完整性提出了极高要求。 研究过程 研究团队于 2021 年 3 月搭乘 R/V Heincke 号（航次 HE570）、2021 年 11 月搭乘 R/V Alkor 号（航次 AL568），分别在挪威吕勒峡湾（60.692°N，5.155°E）与松恩峡湾（61.100°N，5.585°E）开展采样。为刻画头盔水母的垂直分布并确定其种群的现场温度，团队使用德国 HYDRO-BIOS 公司的 MultiNet Maxi 多联采样网进行斜拖作业——该网网口面积 0.5 m2，配备九张网衣、网孔 2 mm，并装有流量计以精确计量滤水量。用于实验的活体个体则在日落后通过锥形浮游生物网的慢速垂直拖网采集（0–800 m），网底采用非过滤式集水器以减少损伤。 采集后，未受损的个体在现场水温（温跃层以下，7.5 °C）中适应 7—14 小时。增温实验将水母置于 60 L 水箱，分别暴露于 7.5 °C、9.5 °C 与 11.5 °C 三种温度处理 7—9 小时；模拟沉积物羽流实验则在 30 L 循环水槽中进行，通过气泵产生细小气泡维持水流，测定悬浮泥沙在 17 mg/L 与 167 mg/L 等浓度下对水母的影响。由于该水母的红色卟啉色素具光毒性，所有操作均在暗室与红光下进行。研究综合测定了耗氧率、铵盐排泄、基因表达谱以及体表共生微生物群落的变化。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet Maxi多联浮游生物采样网 图2. 头盔水母对升温的代谢响应（耗氧率与铵盐排泄） 实验结果 1. 增温显著抬升代谢需求。 在 4 °C 增温条件下，头盔水母的代谢活动明显增强，铵盐排泄与基因表达变化最为突出；免疫相关基因被上调，而有氧呼吸相关基因受到抑制，提示其能量代谢发生战略性调整。 2. 悬浮泥沙触发最急性的应激。 模拟沉积物羽流是本研究中最剧烈、能量代价最高的压力：当泥沙浓度达到 17 mg/L 及以上时，水母大量分泌黏液；浓度升至 167 mg/L 及以上时，有氧呼吸与伤口修复相关基因被诱导表达。 图3. 模拟沉积物羽流下水母的代谢响应与健康评级 3. 黏液分泌是主要防御手段。 面对泥沙刺激，水母通过过量黏液将颗粒物包裹并排出，研究中的健康评级显示，黏液与泥沙覆盖程度可作为个体受损状态的直观指标。 4. 共生微生物群落保持稳定。 尽管宿主承受显著生理压力，其体表共生微生物群落在两种压力处理下均未见明显改变，研究者认为黏液分泌在一定程度上维持了微生物群落的组成稳定。 研究结论 这项研究从生理、分子与微生物三个层面证明，深海头盔水母对增温和沉积物羽流均会产生明确的应激反应，其中悬浮泥沙造成的急性影响尤为突出。研究者提醒，若这类响应在其它凝胶状深海生物中具有代表性，那么即将到来的深海海底采矿，可能损害深海远洋的生物多样性与生态系统功能，相关活动的监管必须审慎。 在本研究的野外采样环节，德国 HYDRO-BIOS 公司的 MultiNet Maxi 多联采样网发挥了不可替代的作用。MultiNet Maxi 一次下放即可在同一站位按预设深度同步闭合九张网衣，配合流量计精确计量各层滤水体积，使研究者能够准确掌握头盔水母在水柱中的分层分布，并据此确定其种群的现场温度。该系列采用模块化设计，网口面积与网孔可灵活选配（如 2 mm 网孔适合大型凝胶状生物），最大工作水深可达数千米，并可加装CTD及多种传感器，适用于深海生物分层调查、垂直分布研究与大个体活体采集，是深海生态学与海洋环境监测研究的可靠采样平台。 参考文献 Stenvers, V. I., Hauss, H., Bayer, T., Havermans, C., Hentschel, U., Schmittmann, L., Sweetman, A. K., Hoving, H. T. Experimental mining plumes and ocean warming trigger stress in a deep pelagic jellyfish. Nature Communications 14, 7352 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43023-6 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 浮游生物多联采样网

近年来微塑料污染问题受到众多学者的关注，在过去的十年里，大洋垃圾带的大小增加了10倍，这表明海洋表面的塑料碎片数量在迅速增加。经过众多学者研究已经证明微塑料广泛存在于海洋的各个水层，但是人们对微塑料在大洋中的垂直运输过程知之甚少。同样，目前传统的采样方式是用CTD采水器来获取微塑料样品，然而CTD采水器所获得的水量有限，用这种方法来估算水层中微塑料的含量会造成浓度值的异常偏高或者偏低。李道季教授课题组成员刘凯博士在2019年经研究发现，至少需要8m3的水量，才能有效的估计水体中微塑料的含量（Liu，Kai et al. 2019）。 2018年11月到2019年4月李道季教授课题组成员在西太平洋、东印度洋用一种新型的原位大体积过滤技术（丹麦KC-Denmark公司生产的深水浮游生物泵）进行了大量采样工作(Daoji Li et al.2020），来对微塑料垂直运移等相关规律进行研究（见图1）。 图1西太平洋与东印度洋采样点。NEC、NECC、SEC、KC、ITF代表北赤道海流、北赤道逆流、南赤道流、黑潮和印尼通流（引自，Daoji Li et al.2020） 根据Sprintall et al.等人的研究，其将海水分为表层海水（0-200m）、盐跃层水(200 - 600米，位于盐跃层内)、中层水(盐跃层以下600 - 1500米)、深层水(1500 - 4000米)。李道季教授课题组成员结合这些信息在西太平洋与东印度洋分别了布置了3组相对应采样站位，其每次过滤水样为10000L，具体采样计划见图2。 图2 每个采样站的采样深度（引自，Daoji Li et al.2020） 采样结束后，经过严格后处理与统计后得到结果，SK-1、SK-2、SK-3微塑料的丰度为1.2-2、0.3-1.5、0.2-1.5 n/m3，平均值分别为1.48、0.84和0.53 n/m3。SY-1、SY2和SY-3微塑料的丰度分别为1.0 - 3.5、0.5 - 2.3和0.2 - 1.3 n/m3。（见图3图4）。 图3 PO 站位(SK-1、SK-2、SK-3)和IO站位 (SY-1、SY-2、SY-3)水体中MPs的垂直分布。（引自，Daoji Li et al.2020） PO站位表层水的平均值(±SD)为1.20±0.57 n/m3;卤跃层水平均值为0.88±0.45 n/m3;中层水平均值为0.84±0.52 n/m3，深层水平均值为0.43±0.22 n/m3。IO站位表层水的平均值(±SD)为1.37±0.58 n/m3;中层水水为1.28±1.04 n/m3;卤跃层水为1.27±0.38 n/m3。在两个采样区域的表层水中检测到最高丰度的微塑料。 图4 各水层微塑料的丰度（引自，Daoji Li et al.2020） 通过进一步分析其发现，在PO和IO站位微塑料具有相同的分布趋势。另外在这两个区域中微塑料的丰度没有明显差异，但在PO站位中，这种垂直分布模式在不同采样点有很大的不同。通常认为，微塑料的丰度随着深度的增加呈指数级下降，但是只在SK-2、SY-2和SY-3发现了这种趋势（见图5），同时发现，水温和微塑料丰度之间存在弱对数关系。 图5 随采样深度的变化MPs丰度垂直剖面图（引自，Daoji Li et al.2020） 在两个站位中，共采集到367个微塑料（PO站位173个、IO站位194个），碎片和纤维分别占61%和25%。碎片类微塑料在这两个位点的样品中占主导地位，分别占PO和IO站位收集到的微塑料碎片的57和64%。总体而言，在这两个地区，纤维类微塑料丰度从地表水到盐跃水层，随着深度的增加而降低，但随后在中间水层有所增加。 在粒径方面，PO站位中微塑料颗粒的粒径范围为30.12 - 4559.73μm，平均粒径为668.36μm。在IO站位，粒径的范围为38 - 6330μm，平均大小为645.14μm。总体而言，微塑料的大小随着采样深度的增加而显著减小，通常在表层水中检测到较大的微塑料颗粒(见图5)。 图6 随采样深度变化各站位平均粒径变化图（引自，Daoji Li et al.2020） 在微塑料成分上，共检测出25种聚合物，其中PET、PTFE、PMMA、PP、PVC占到了72%（见图7）。 图7 聚合物在各个水层的含量（引自，Daoji Li et al.2020） 此次研究中共发现了25种不同的聚合物。尽管PP的密度低于海水的密度，但在所有的取样水层中仍能识别出这些颗粒。密度较大的粒子(PET、PMMA、PTFE和PVC)也观察到类似的趋势，因此微塑料垂直分布似乎与聚合物密度没有什么联系。在PO区域的所有深度都发现了大量PET塑料，在IO区域也发现了类似的趋势。 同时发现，微塑料的大小随采样深度的增加而减小，较大的微塑料颗粒在表层水被发现。这一现象可能是由水力条件、生物淤积和微塑料特性共同作用的结果。在水层中微塑料颗粒不仅包括从表面向下沉积的，还包括水下环流横向转移的微塑料颗粒。 李道季教授团队认为，海洋密度层可能是影响微塑料颗粒垂直分布的重要因素，因为大多数微塑料会在这一层被截留。较小的微塑料颗粒受到水动力的作用，更容易穿透温盐变化的密度层。此次研究中，SK-2、SK-3、SY-1、SY-2、SY-3这5个水层的数据证实了这一理论，其中盐跃层上方微塑料的丰度高于表层，在波罗的海同样也发现类似的结论。 此次调查率先使用了一种新颖的技术来调查海水中的微塑料，采样深度达到了4000m。共采集了350m3的水样（每个点位约10m3的水量），是所有调查中采样量最大的一次。鉴于水体中微塑料丰度的高可变性，本研究预估的微塑料丰度至少比先前报道的低1-2个数量级。本研究有望提供一个关于微塑料丰度的可靠数据集，以协助全球政策制定者进行与海洋环境中微塑料相关的生态风险评估。 参考文献来源： Daoji Li ,Kai Liu et al . Profiling the Vertical Transport of Microplastics in the West Pacific Ocean and the East Indian Ocean with a Novel in Situ Filtration Technique[J].Environment Science & Technology,2020,54,12979-12988 Kai Liu, Feng Zhang, Daoji Li，et al. A novel method enabling the accurate quantification of microplastics in the water column of deep ocean[J]. Marine Pollution Bulletin,2019,146:462-465 丹麦KC-Denmark公司所生产的浮游生物泵是原位定点采样设备，该设备用来采集水体中的浮游生物、微塑料，泵速最高可达26000L/h，根据耐压深度的不同，有150m和6000m两种型号，其经过长时间抽滤，样品被收集在网底管中。 150m浮游生物泵 6000m浮游生物泵 项目 技术参数 耐压深度 150m 6000m 泵速 17000L/h 13500L/h 高度 147cm 151cm 重量 34kg 100kg 电源 230VAC 24VDC 标配目径 60μm（可定制） 60μm（可定制） 操作 在线操作 离线操作，压力触发，时间序列触发