2020年，加拿大达尔豪斯大学联合爱尔兰海洋研究所、德国 GEOMAR 等机构，在同一条科考船上同步搭载三套走航式 pCO2 测量系统——其中包括 SubCtech 的 OceanPack 膜式流通系统与一套新研制的紧凑型流通式传感器系统，以一台传统大型气—水平衡器系统作为参考值，在亚极地北大西洋完成 34 天、两次横跨的现场比对。第一航次中，OceanPack 与参考系统的平均偏差仅 −4.7 ± 2.9 µatm。 研究背景 海表二氧化碳分压 pCO2 是决定海气 CO2 通量方向与强度的关键变量。目前绝大部分表层 pCO2 数据，来自“机会船”（Ships of Opportunity，SOOP-CO2）上安装的大型、复杂的气—水平衡器，配合独立红外分析仪。这一技术路线经过多年部署验证，是公认的成熟方案。 但随着全球观测网络的扩张与可持续性要求提高，传统方案的短板日益显现：设备认证繁琐、自主性有限、维护成本高。尤其在商用船舶（Volunteer Observing Ships，VOS）上，把庞杂的平衡器系统搬上船并不现实。国际上因此呼吁发展更紧凑、更易认证、更自主的走航测量系统，并建议开展国际比对试验、公开比对结果。这正是本研究的出发点：把不同原理的走航系统放在同一条船上、同一片水体中，检验它们究竟能否长期保持一致。 观测平台与方法 比对在同一艘走航科考船上展开：三套系统同步搭载于同一条船，历时 34 天，覆盖两次横跨亚极地北大西洋的航程。成果发表于《Limnology and Oceanography: Methods》（DOI: 10.1002/lom3.10346）。参试的三套系统代表了两类技术路线。 图1. 德国SubCtech公司 OceanPack CUBE 紧凑型走航海洋表层多要素观测系统 其一是作为参考值的传统大型气—水平衡器系统，由气—水平衡器与独立红外气体分析仪构成，沿用 SOOP-CO2 网络的经典配置，代表当时的“标准做法”。其二是 SubCtech 的膜式流通系统（OceanPack），采用水样流经膜单元、CO2 透过膜进入气相回路的原理，结构紧凑、易于集成到船舶的流通式水路上。其三是一套新型紧凑型流通式传感器系统，是本研究中最新开发、也是被寄予厚望的一类方案。 三套系统在船上同步运行，共用同一路海水，以便在相同水团、相近时刻获取可比数据。研究没有停留在“给出一个平均偏差”，而是系统梳理了可能导致系统间不一致的误差来源，包括：膜式系统对 pCO2 突变的响应偏慢；管路与平衡器内因生物污损（biofouling）产生的“船内呼吸”效应；以及平衡温度测量本身的偏差。作者由此提出，可通过在取水口与平衡器之间的管路上加装成对的溶解氧光学传感器，对管内的呼吸作用进行校正——就像对水温升高效应做校正一样。 图2. 两套新型走航系统相对参考系统的平均偏差（Arruda et al., 2020） 主要结果 第一，第一航次的一致性令人鼓舞。以传统平衡器系统为参考，OceanPack 的平均偏差为 −4.7 ± 2.9 µatm，紧凑型流通式传感器系统的平均偏差为 −5.7 ± 4.0 µatm。两者都落在数个微大气压的范围内，说明不同原理的走航系统完全有可能达到良好一致——若把这一量级与全球数据库对“最高质量数据”的精度要求对照，其潜力相当可观。 第二，长期一致性才是真正的挑战。到了第二航次，系统间的一致性明显变差。作者指出，短期比对中“看起来很好”并不足以保证长期精度；随着航次延长、生物污损累积、气路状态变化，偏差会缓慢漂移。这一发现直接指向了走航观测数据质量控制中最容易被忽视的环节：持续、定期的系统间核查，而非一次性的出厂标定。 第三，误差源是可识别、可控制的。研究把不一致归结为三类过程：膜式系统响应时间偏慢，在穿越 pCO2 梯度时容易滞后；船内管路与平衡器中微生物活动引起的呼吸作用，会改变水样中的 CO2；平衡温度的测量偏差会直接传递到 pCO2 的计算中。作者强调，这些误差若未被识别，其量级相对于全球数据库中最高质量数据的精度指标可能相当显著；但只要被识别并加以校正，它们都可以被控制。 第四，紧凑型系统的优势值得重视。研究讨论了紧凑型流通式系统在安装、认证、维护与运行自主性上的长处，并认为这类系统更适合部署到非专业化的商用船舶上，从而成倍扩大海表 pCO2 的观测覆盖。 结论与意义 这项比对给出了一个兼顾乐观与审慎的结论：不同原理的走航 pCO2 系统之间，短时间内可以取得约 5 微大气压量级的一致，具备互为补充、互为验证的潜力；但要在数周乃至数月的尺度上稳定维持这一致性，必须在平衡温度测量、生物污损与气路泄漏等环节上建立严格的运行规程。研究同时支持了观测网络向“传感器化、自主化”演进的可行性——前提是把长期比对作为常态化的数据质量保障手段。 对走航碳观测的启示 对于希望拓展走航碳观测能力的国内单位而言，这项研究的实用价值在于：它把“系统能否被信任”这一问题拆解成了可操作的检查清单。OceanPack 这类膜式流通系统体积小、集成度高、便于并入船舶既有的流通水系统，在机会船、渡轮、科考船上都能以较少的改装代价投入运行；而其稳定的长期表现，离不开与参考系统之间定期开展的交叉比对。把比对制度化、把误差源校正流程化，既是让数据进入 SOCAT 等全球数据库的通行证，也是区域碳收支评估可信度的基础。本研究对“管内呼吸”校正的思路，也提示观测设计应更多地关注水样在管路中滞留期间发生的生物地球化学变化。 参考文献 Arruda, R., Atamanchuk, D., Cronin, M., Steinhoff, T., & Wallace, D. W. R. At-sea intercomparison of three underway pCO2 systems. Limnology and Oceanography: Methods, 2020, 18(2): 63–76. DOI: 10.1002/lom3.10346 相关产品链接 德国SubCtech公司 OceanPack CUBE 紧凑型 19″ 走航海洋表层多要素观测系统 德国SubCtech公司 OceanPack RACK 19″机架式走航海洋表层多要素观测系统

自然资源部第三海洋研究所等团队，借助丹麦 KC-Denmark 公司的箱式采泥器采集深海多金属结核（polymetallic nodules，PMNs）与沉积物，2021 年在西北太平洋开展船上甲板培养模拟实验，评估深海采矿矿浆外溢对表层浮游植物群落的影响。研究首次为多金属结核开采对真光层的影响提供了模拟实验证据，相关成果于 2022 年发表于《Toxics》。 研究背景 能源结构转型推动了对铜、锰、钴、镍、锂等金属的需求。陆地金属矿产日渐枯竭、品位下降，使人们把目光投向深海矿产——多金属结核富含镍、铜、锰、钴、钼、钛等关键元素，主要分布于水深约 3500–6500 m 的深海平原，其中克拉里昂—克利珀顿区（东太平洋）平均丰度可达 15 kg/m²。深海采矿需要采矿支持船通过扬矿管把矿浆送回海面，矿石脱水与尾水排放会把含结核碎屑的矿浆扩散到上层水体，其中的金属颗粒、离子、营养盐与黏土颗粒可能影响上层海洋。 以往研究多聚焦采矿对底栖生境、沉积物羽流与回排水的影响，对中层与真光层的影响仍缺乏确凿证据。浮游植物是海洋最重要的初级生产者，占地球生物圈初级生产力的近 50%；寡营养海区以微微型浮游植物为主，包括原绿球藻（Prochlorococcus）、聚球藻（Synechococcus）和微微型真核藻，它们对营养盐与金属浓度十分敏感。因此，任何来自采矿的金属与营养盐输入都可能改变其群落结构。 研究过程 2021 年 10 月 23 日至 11 月 2 日，采样在"向阳红 03"号科考船执行、由北京先驱高技术开发有限责任公司组织的 DY69 航次中完成，研究区位于西北太平洋（153.673°E–162.480°E，19.094°N–20.504°N），共设 Incub.01–Incub.04 四个站位（图1）。 研究中的多金属结核与沉积物样品，使用 KC-Denmark 箱式采泥器（Silkeborg，Denmark）采集，每批取 1–3 块结核（总湿重相等）与约 50 g 沉积物，立即 4 ℃ 保存备用（方法段）。实验把结核研磨成粒径不超过 200 µm 的粉末，配制三种培养基：纯结核、纯沉积物、结核与沉积物混合，并分设未过滤与 0.22 µm 过滤两种情形，另设不添加任何培养基的对照组。 实验分对照 C0 与 G1–G6 共七个处理，每组 3 个平行；每个实验单元取 2 L 原表层海水加 0.4 L 培养基，在甲板上于原位水温与光照下培养 24 小时（图2）。培养前后分别测定叶绿素 a 浓度、微微型浮游植物丰度以及 8 种痕量金属（Fe、Mn、Co、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn）浓度。 图1 丹麦KC-Denmark公司箱式采泥器 图2 研究区与站位分布。主图显示西北太平洋多金属结核勘探区（红框为北京先驱高技术开发有限责任公司的勘探区块），标注西马里亚纳海岭、马里亚纳海沟与 Marcus-Wake 海山群；右下图放大为四个培养站位 Incub.01–Incub.04 及调查区块，比例尺0–320 km（论文图1）。 图3 实验设计与处理分组示意。对照组C0为纯海水；G1–G3为未过滤的结核、沉积物及二者混合培养基；G4–G6为相应过滤（0.22 µm）后的培养基。每个处理设3个平行培养瓶，瓶中颗粒数量示意培养基中悬浮颗粒的多少（论文图2）。 实验结果 站位本底：叶绿素 a 极低，微微型浮游植物占优。 表层叶绿素 a 浓度仅 0.043–0.062 µg/L，Incub.04 最高、Incub.02 最低。微微型浮游植物中，原绿球藻丰度最高，为 26.65–45.03×10⁶ cells/L，显著高于聚球藻（0.245–0.450×10⁶ cells/L）与微微型真核藻（0.125–0.240×10⁶ cells/L）（论文图3）。 三种响应模式。 依叶绿素 a 计算比生长率，四个站位呈现抑制、刺激、无响应三种模式（图3）：Incub.01 为抑制模式，过滤沉积物（G5）与过滤混合（G6）培养基显著抑制生长（p<0.05）；Incub.02 为刺激模式，未过滤处理（G1、G2、G3）显著促进生长；Incub.03 与 Incub.04 则未见显著响应（图3）。 原绿球藻是响应的主角。 在原绿球藻占优的背景下，Incub.02 对照组丰度较培养前下降近 85%，而未过滤处理使其回升至 24.39–34.26×10⁶ cells/L；Incub.01 过滤处理中原绿球藻与聚球藻丰度则显著降低（图4）。 金属中只有锰出现明显波动。 8 种金属里，Cu、Cd、Pb、Co、Ni 均低于检出限；Fe 与 Zn 在各处理间无显著差异；只有 Mn 浓度呈现明显的组间差异，并伴随浮游植物生物量与丰度的响应（论文图7）。在 Incub.02，对照组溶解 Mn 浓度（3.499±2.678 µg/kg）远高于其他站位，而未过滤处理使其下降——提示发生了锰的吸收。 研究结论 研究证明，深海多金属结核采矿的矿浆外溢会对表层浮游植物生物量产生可测的影响，且影响并非单一负面。研究者指出，影响机制是金属浓度、浊度与营养盐等多因素耦合作用的结果：一方面，未过滤颗粒提供了更多可利用的营养盐与金属（正效应）；另一方面，沉积物引起的浊度会削弱光照（负效应）。浮游植物的生物量本底也起重要作用——本底越低，越可能表现为生长受促进。此外，锰的同化是微微型浮游植物（尤其是优势种原绿球藻）最重要的生理特征之一。 研究者同时强调，本研究为短期（24 小时）瓶内培养，颗粒滞留时间被人为延长，可能放大了浊度效应；相较之下，实际工程中粗颗粒矿石沉降快、比表面积小、反应性低，其潜在影响可能较小。后续需要更贴近实际排放过程的方法与更长周期研究。 图4 四个站位的比生长率（基于叶绿素 a）。a–d 分别为 Incub.01–Incub.04，横轴为对照C0与处理组G1–G6，纵轴为比生长率（d-1）。Incub.01 的过滤处理（G5、G6）显著受抑制，Incub.02 的未过滤处理（G1–G3）呈正增长，Incub.03、Incub.04 各处理与对照无显著差异（论文图4）。 图5 培养前后微微型浮游植物丰度响应。a、b、c 分别为原绿球藻、聚球藻与微微型真核藻在四个站位各处理组中的细胞丰度（10⁶ cells/L）。Incub.02 未过滤处理使原绿球藻丰度大幅回升，Incub.01 过滤沉积物与过滤混合处理使原绿球藻、聚球藻显著下降（论文图5）。 图6 采矿矿浆影响浮游植物的概念模式图。采矿船通过扬矿管提升矿浆，含结核与沉积物颗粒的羽流进入真光层（Euphotic layer）；右侧三种情形分别为"刺激（Stimulate）""抑制（Restrain）"与"无响应（Unaffected）"，反映营养盐/金属正效应与浊度负效应之间的平衡（论文图8）。 KC-Denmark 产品与选型 本研究的结核与沉积物样品由 KC-Denmark 箱式采泥器采集。箱式采泥器可在深海原位一次性获取大面积、界面未扰动的表层沉积物与底栖样品，是深海矿产与底质研究的经典取样工具。KC-Denmark 现行箱式采泥器系列包括：标准型 80.100（采样面积约 1000 cm²）；80.250（采样面积 2500 cm²）；80.750（采样面积 7500 cm²、穿透深度 50 cm）。配套可选 12.300/12.301 Day 静力抓斗（1000/2000 cm²）用于抓取式取样。 需要说明的是，原文仅写"KC-Denmark box corer (Silkeborg, Denmark)"，未给出具体货号；实际选型请以水德科技（watertools.cn）当期报价单为准。 参考文献 Ou R, Cai L, Qiu J, Huang H, Ou D, Li W, Lin F, He X, Wang L, Wu R. Simulation Experiment of Environmental Impact of Deep-Sea Mining: Response of Phytoplankton Community to Polymetallic Nodules and Sediment Enrichment in Surface Water. Toxics, 10(10): 610, 2022. https://doi.org/10.3390/toxics10100610 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Box Corer 箱式采泥器

地中海底层拖网渔业长期受幼鱼兼捕困扰：网里挤满未达上市尺寸的幼鳕，弃置后成活无望，资源补充雪上加霜。意大利国家研究委员会与挪威等机构的研究团队合作，在亚得里亚海亚布卡/波莫洼地渔业限制区测试了一种双段式幼鱼排序栅（JSG），用水下摄像评估幼鱼穿过栅条逃生的活力，并用交替作业法比较了装栅与不装栅网具的捕捞表现。试验中，部分网次在排序栅上挂载了冰岛Star-Oddi公司的DST微型数据记录仪，同步采集栅板在拖曳过程中的倾角数据。论文于2025年发表在Scientific Reports期刊。 研究背景 亚布卡/波莫洼地位于亚得里亚海中部，水深150—280米，细泥底质，是挪威海螯虾和欧洲无须鳕的重要渔场，尤其是无须鳕的主要幼鱼育成场。国际渔业管理委员会在此设立了渔业限制区：核心区永久禁渔，缓冲区仅允许约140艘意大利与克罗地亚授权渔船在封闭期之外作业。 即使如此，缓冲区内标准拖网的渔获中幼鳕占比依然极高。此前调查显示，当地标准网渔获中低于最小上岸尺寸的无须鳕可达总尾数的80%—90%，远高于周边浅水渔场的16%—19%。安装幼鱼排序栅让幼鱼在拖曳途中从栅条间隙逃生，被视为削减弃置最有希望的方案，但两个问题必须回答：逃出去的鱼还活着吗？装栅会损失多少合法尺寸渔获？ 研究过程 海试分两个航次进行，一个租用商业渔船完成4个网次，一个使用科研船完成10个网次，共14网，全部在缓冲区昼间作业，拖速平均3.7节（3.5—3.8节），每网70—75分钟。试验采用交替法：同一顶拖网轮换装配标准网身与带排序栅的网身，排序栅装在网袖与囊网之间的网身节上，栅条间距20毫米，配40毫米方形网目囊网（湿态实测42.5±0.6毫米）。 图1 冰岛Star-Oddi公司DST microTD温深记录仪 图2 两个航次（Sea trial 1 / Sea trial 2）标准网与装栅网网次的作业位置分布。左为亚得里亚海中部渔业限制区，红框为试验海域，右侧放大显示各网次拖曳轨迹（论文 Figure 3） 为看清逃生过程，团队把运动相机装在排序栅上方、栅后朝下拍摄，配白光LED照明，灯间距离约40厘米，水下可拍至250米深并覆盖整网作业时长。选白光虽比红光更易惊扰鱼群，但为看清穿过栅条的个体种类与状态，团队优先保证了画面清晰度，并预先在海上测试了相机与灯的不同布设位置。共9个装栅网次拍摄了水下视频，其中2个网次因相机故障与水体浑浊无法判读；其余视频由两名分析员用行为观察软件以0.5倍速逐帧判读物种与存活状态，重复逃生事件被剔除以避免重复计数。在选定网次，排序栅上还挂载了DST数据记录仪记录拖曳中的栅板倾角，网口水平与垂直扩张由声学传感器监控。渔获由科研人员按种分拣、逐尾测量，逃生存活概率以1000次双重自助抽样估计95%置信区间。 图3 试验用双段式幼鱼排序栅及其在拖网上的安装位置与相机布设（论文 Figure 1） 图4 标准网与装栅试验网的网具结构与网目配置示意。上：上纲 44.6 m；下：下纲 37.4 m；PC 为囊网，底部列明标准网与试验网各段的网目组合（论文 Figure 2） 实验结果 大多数幼鱼活着逃出排序栅。视频判读共识别出28种、7属和5个类群的逃生个体。平均而言，个体存活逃生的概率始终高于65%：红鲻与鲂鮄类逃生存活率最高，达91%—99%；欧洲无须鳕与甲壳类较低，为65%—82%。 装栅不改变渔获总体结构。累计优势度曲线显示，装栅网与标准网囊网渔获的总体种类构成无显著差异，说明排序栅拦截的对象主要是从栅条间隙逃走的个体而非无差别削减渔获，经济种类占总重95%、总尾数85%（图5）。 图5 标准网与装栅网的累计优势度曲线。上排按个体数、下排按重量，黑实线为试验网、青色为对照标准网，下图为两网差值（论文 Figure 4） 选择性提升因种而异。装栅网显著削减了8—20厘米幼无须鳕的渔获，但也漏掉了一部分20—26厘米的合法尺寸个体；深水红虾与宽尾柔鱼在整个尺寸段都出现渔获损失，而无须鳕、挪威海螯虾等种的捕捞比较曲线呈现明显的体长依赖差异。团队比较了地中海迄今各海域的同类试验：20毫米栅条间距对应的无须鳕首捕体长在以往研究中为17.2—18.9厘米，与本次结果方向一致；15毫米间距过窄挡不住幼鳕，25毫米又会损失过多上市个体（图6）。 图6 无须鳕、深水红虾与挪威海螯虾的捕捞比较与捕捞比率分析（论文 Figure 5） 研究结论 研究表明，双段式幼鱼排序栅能让多数逃逸个体保持存活，在育成场削减幼鳕兼捕的效果明确，但对红虾、柔鱼等小型经济种的附带损失可能影响渔民收益。团队建议将栅条间距略收窄2—3毫米以减少合法尺寸个体的流失，并辅以经济补偿或生态标签认证推动这一选择性装置落地。 在这样贴近海底、网具剧烈晃动的观测场景里，Star-Oddi DST记录仪以微型体积直接绑扎在排序栅上随网作业，回收后即可给出每个网次栅板倾角的时间序列，用于核对栅板姿态是否保持设计角度、判定选择性数据的有效性。对需要在水下渔具上布设辅助传感器的渔业工程研究，这类自容式微型记录仪是不依赖电缆与母船设备、布放回收均不影响正常捕捞作业的实用选择。 参考文献 Petetta A., Herrmann B., Li Veli D., et al. Vitality insights of fish escaping from a sorting grid installed on a bottom trawl net. Scientific Reports, 2025, 15. https://doi.org/10.1038/s41598-024-84364-6 相关产品链接 冰岛Star Oddi公司 水下温盐深记录仪 冰岛Star Oddi公司 防护壳与固定安装配件

西班牙拉斯帕尔马斯大学（ULPGC）海洋生态生理研究组联合德国GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心与阿尔弗雷德·魏格纳研究所（AWI），于2014年秋季在西班牙大加那利岛外海的贫营养亚热带北大西洋近岸海域布放九个大型中型生态系统（mesocosm），模拟深层富营养水上升流事件并叠加400—1400 μatm的CO₂梯度；研究中使用德国HYDRO-BIOS公司的IWS 4积分采水器（Integrating Water Sampler）对0—13 m水柱进行定深积分采集，单次取水5 L，用于测定微浮游生物（0.7—50.0 μm）的潜在呼吸率、叶绿素a与颗粒蛋白生物量。研究发现，潜在呼吸率与叶绿素a的比值（Φ/chl-a）可作为判断群落自养/异养状态的灵敏指标，且在高CO₂处理中呼吸强度与生物量随pCO₂升高而增加。成果2020年发表于《Frontiers in Marine Science》。 研究背景 海洋吸收了人类排放的约三分之一的CO₂，引起海水碳酸盐化学改变与海洋酸化；与此同时，上升流会把富营养的深层水带到表层，触发浮游植物藻华，改变整个微浮游生物群落的组成与代谢方式。在贫营养的亚热带海区，这两种过程常常同时发生，二者叠加后群落究竟更"自养"还是更"异养"，一直缺乏在受控条件下、跨完整藻华周期的定量刻画。 传统上判断浮游群落是自养主导还是异养主导，多依赖叶绿素a或细胞计数，但这些指标难以反映群落的实际代谢活性。研究者因此转而使用"潜在呼吸率"（Φ，由电子传递系统ETS活性测得）与叶绿素a的比值 Φ/chl-a，把群落的分解代谢能力与浮游植物的合成代谢能力放进同一坐标系中比较。 难点在于采样：要连续追踪一个藻华从发生、爆发到衰退的全过程，必须在不破坏群落结构的前提下反复获取覆盖整个水柱的代表性水样。经典的逐层采水再混合方式不仅耗时，而且每次混合比例难以完全一致，会给长期时间序列引入偏差。 研究过程 实验于2014年秋季在西班牙大加那利岛外海的贫营养亚热带北大西洋近岸海域进行，属于KOSMOS Gran Canaria 2014大型中型生态系统实验。九个大型中型生态系统布放于海上，模拟深层富营养水上升流事件，并设置约400至1400 μatm的梯度CO₂处理（分为Atlantic、High、Intermediate、Low等多组）。 对气体交换敏感的参数——溶解无机碳、无机营养盐、pH等——在第I、III阶段每两天采集一次，第II阶段每天采集一次。研究采用德国HYDRO-BIOS公司的IWS 4积分采水器（IWS，HYDRO-BIOS，Kiel），在每个中型生态系统内对0—13 m水柱进行定深积分采集，单次获得5 L均匀混合水样，并在外围大西洋海水中同步取样作为参照。 实验分为三个阶段：第I阶段为贫营养期（24天），第II阶段为深水加入后的藻华期（11天），第III阶段为营养盐耗尽后的藻华后期（20天），全程55天。微浮游生物（0.7—50.0 μm）的潜在呼吸率与生物量样品每4天采集一次（第I、III阶段）或每2天一次（第II阶段），以避免过度消耗生态系统内的群落。样品经50 μm筛网预过滤后收集于GF/F玻璃纤维滤膜上，液氮冷冻后于−80 ℃保存；潜在呼吸率由ETS活性测定获得，生物量以颗粒蛋白表示，叶绿素a以HPLC测定。 图1 德国HYDRO-BIOS公司IWS 4积分采水器（Integrating Water Sampler），可单次完成定深积分采水，并配手持控制单元 图2 九个中型生态系统的pCO₂时间进程（据Taucher等2017重绘），虚线分隔第I、II、III阶段 实验结果 1. Φ/chl-a 可灵敏区分群落营养类型。 当 Φ/chl-a 低于 2.5 μL O₂ h-1 (μg chl-a)-1 时，群落以光合自养生物为主；介于 2.5—7.0 之间时，为浮游植物、微型浮游动物与异养原核生物的混合群落；高于 7.0 时表明微型浮游动物大量繁殖，超过 10.0 则对应异养甲藻的爆发。 2. 生物量峰值早于叶绿素峰值。 通过对颗粒蛋白生物量B求一阶导数（dB/dt），研究者把一条静态的生物量时间曲线转换为生产力曲线：净生物量增长的最大值出现在叶绿素a峰值前24—48小时，而最大净损失出现在峰值后24小时。 图3 各处理组 Φ/chl-a 随实验阶段的变化（第I阶段贫营养期、第II阶段藻华期、第III阶段藻华后期） 3. 高CO₂下群落呼吸与生物量同步升高。 积分分析显示，第II阶段 Φ 与 pCO₂ 呈正相关（α = 230×10⁻⁵ μL O₂ h-1 L-1 (μatm CO₂)-1 (phase-day)-1，R² = 0.30）；第III阶段 chl-a 与 pCO₂ 亦呈正相关（α = 100×10⁻⁵ μg chl-a L-1 (μatm CO₂)-1 (phase-day)-1，R² = 0.84）。而在上升流发生前的营养限制阶段，未观察到显著变化。 图4 各阶段、各处理组潜在呼吸率、叶绿素a与生物量的积分分析 4. 高CO₂下有害藻爆发并改变群落代谢。 第II阶段末，一种有害藻 Vicicitus globosus 在高pCO₂的中型生态系统中爆发，微型浮游动物未能增殖，叶绿素a在水柱中的滞留时间延长；在这些被 V. globosus 扰动的群落中，Φ/chl-a 为 4.1 ± 1.5，更接近混合群落的特征，而非纯自养群落。 研究结论 研究证明，Φ/chl-a 比值能够捕捉微浮游生物群落中"分解代谢能力"与"浮游植物合成代谢能力"之间的动态平衡：随着实验从藻华走向藻华后期，该比值由低于1.7升至约4.3，最终在异养甲藻群落中达到10。作者据此推测，在CO₂升高背景下，混合营养（mixotrophy）可能在微浮游群落中占据更重要的地位；高CO₂还可能通过改变有害藻的竞争优势，间接重塑整个群落的物质与能量流向。 在这项跨越55天、对九个中型生态系统反复取样的实验中，HYDRO-BIOS IWS 4积分采水器承担了全部水柱混合样品的采集。它的核心价值在于"一次下放、一次成型"：不同于传统反复采水再混合的做法，IWS 4在一次投放中即可获得符合水框架指令等规范要求的定深积分水样，单次容积5 L，覆盖0—13 m水柱。每台IWS 4均配手持控制单元，可通过无线、串口线缆或长距离遥测连接，参数与采样协议保存在内部存储器中，无需重新编程即可重复投放，并支持远程操作与实时监控——正是这类需要高度一致、可重复的连续取样所依赖的工具。 参考文献 Tames-Espinosa, M. T., Martínez, I., Romero-Kutzner, V., Coca, J., Algueró-Muñiz, M., Horn, H. G., Ludwig, A., Taucher, J., Bach, L., Riebesell, U., Packard, T. T., Gómez, M. Metabolic Responses of Subtropical Microplankton After a Simulated Deep-Water Upwelling Event Suggest a Possible Dominance of Mixotrophy Under Increasing CO2 Levels. Frontiers in Marine Science 7, 307 (2020). https://doi.org/10.3389/fmars.2020.00307 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 IWS 4 积分采水器

南太平洋的新喀里多尼亚拥有全球数一数二的珊瑚礁泻湖，2008年起被列入世界遗产名录。然而，支撑该国经济的镍矿开采，正让红土山体的泥沙与重金属沿河流源源涌入近岸泻湖。采矿对珊瑚和底栖生物的影响已有诸多评估，但浮游动物——这个连接初级生产者与高营养层的关键环节——在采矿开始后究竟发生了什么，此前一直空白。2025年发表于《Marine Pollution Bulletin》的研究首次填补了这一空白：法国艾克斯-马赛大学、IRD等机构的Pagano团队，借助ZooSCAN浮游动物图像分析系统，对采矿重镇Voh-Koné泻湖开展了采矿后首次浮游动物全景定量分析。结果显示，类群丰富度与Shannon多样性均与非藻颗粒浓度显著负相关（R=-0.64与-0.68），当浑浊度指标CNAP超过5 mg/L时，10个敏感类群彻底消失。所幸快速的水体交换让泻湖保有韧性——而要捕捉这种"变与不变"，正需要ZooSCAN这样既快又准的定量工具。 研究背景 新喀里多尼亚的经济高度依赖镍矿。自2012-2013年起，Koniambo镍业公司（KNS）开采Koniambo超基性岩体——这片381平方公里的红土山体富含镍、铁、锰、铬、钴；海岸的镍冶炼厂2014年全面投产，配套工业港与通海航道也在2008-2010年间疏浚完成，项目海洋环境足迹达1366平方公里。 采矿的环境代价清晰可查：土壤侵蚀、沉积物负荷增加、浑浊度升高，以及微量金属污染。此前研究已追踪了金属的迁移与生物有效性，也评估了浑浊度对珊瑚和底栖生物的伤害，但浮游动物始终缺席——尽管它们体型小、繁殖快、对污染极为敏感，是公认的水质生物指示剂。 研究场地选在Voh泻湖：北部Chasseloup湾承接火山-沉积岩区的河流输入（对照区），南部的Vavouto湾正对冶炼厂（暴露区），湾内V4站距厂区最近。团队设计了"采矿四年后的体检方案"：将2018年2月UECOCOT航次实测结果，与2008-2010年采矿前CLAPPP项目的历史数据对照。 研究过程 2018年2月1-13日，调查队搭乘"Alis"号考察船进入Voh泻湖。时机颇为微妙：3天前热带气旋FEHI刚掠过新喀里多尼亚东北海岸，单日降雨72毫米——调查恰好捕获了极端径流事件后的泻湖生态响应。 采样沿两条断面展开：北断面覆盖外海O站、潮流通道P站与Chasseloup湾C1-C5站，南断面覆盖Vavouto湾V1-V4站，跨越大潮-小潮序列的四个潮期重复采样。同步地，泻湖内布放声学多普勒流速剖面仪监测流场，配合三维水动力模型反演各站位的水体年龄与"经流厂区水体"比例；CTD温盐深仪剖面则给出温度、盐度、叶绿素与非藻颗粒浓度（CNAP，浑浊度代用指标）的分布。 浮游动物用80 μm口径WP2型浮游生物网由底层垂直拖曳至表层，4%硼酸缓冲福尔马林固定；实验室称量湿重生物量后，样品筛分为三个粒径级，中型浮游动物的两个粒径级逐一上机分析。 这正是ZooSCAN登场之处：样品平铺于扫描槽中，由ZooSCAN结合ZooProcess软件数字化为高分辨率图像，自动识别并测量每一个个体的分类类群、等效粒径与生物体积，自动分类结果经EcoTaxa平台处理并由专家逐一校验。个体干重依据异速生长关系估算，估算总生物量与实测湿重高度吻合（r²=0.827，n=44），证明这套图像定量流程足够可靠。 实验结果 共有43个类群被ZooSCAN成像识别，其中桡足类22种，占浮游动物总丰度的66%-82%；阶段性浮游生物幼虫与卵占8.1%-17.4%，胶质类群占2.5%-19.8%。桡足类中Paracalanidae科最占优势（占总丰度20%-48%），其次是Oithonidae（10%-48%）与Acartiidae（1%-20%）。 时空格局上，FEHI气旋后的SP1期是全线峰值：各站丰度与生物量显著高于其后各潮期。空间上外海站位丰度最低，Chasseloup湾最高；类群丰富度（每样14-39个）与Shannon指数（1.4-3.4）在外海最高，在Vavouto湾内侧显著偏低。 核心发现在于浑浊度的"指纹"：丰富度与多样性均与CNAP显著负相关（R=-0.64与-0.68）。CNAP低于3 mg/L时每样可记录44-46个类群；一旦超过5 mg/L，Calocalanus、Candacia、Sapphirinidae、尖头溞及双壳类、苔藓虫幼虫等10个类群完全消失。距冶炼厂最近的V4站正是全湖最浑浊之处，CNAP最高达6.5 mg/L。非度量多维排序（NMDS）进一步显示：外海与通道站位群落均匀稳定、以大洋性类群为主，Vavouto湾内侧站位则变异剧烈，由强扰动的近岸类群所标记。 与采矿前CLAPPP历史数据的对比给出了"半好半忧"的成绩单：同期同潮条件下，2009年2月与2018年2月的环境条件相当相似，浮游动物丰度、生物量与群落结构的变幅总体温和。尤为重要的是，采矿前的历史数据中，丰富度、多样性与浑浊度并无相关关系——而2018年，这条负相关线清晰地浮现出来。 图1 法国HYDROPTIC公司ZooSCAN浮游动物成像分析系统 图2 Voh泻湖采样站位：北部Chasseloup湾C1-C5（对照区）、南部Vavouto湾V1-V4（暴露区，V4紧邻冶炼厂）、通道P站与外海O站（图源：Pagano et al., 2025, Mar. Pollut. Bull. 210:117302, Fig.1） 图3 类群丰富度S与Shannon多样性H′对非藻颗粒浓度CNAP（a、c）均呈显著负相关，对叶绿素（b、d）关系较弱——浑浊度是塑造群落多样性的主因子（图源：Pagano et al., 2025, Fig.6） 图4 基于主要类群丰度的NMDS排序：外海与通道站位（蓝系）群落稳定且富大洋性类群，Vavouto湾内侧（橙）变异剧烈，Chasseloup湾（绿）介于其间（图源：Pagano et al., 2025, Fig.7） 研究结论 这是Koniambo矿业开发以来针对Voh泻湖浮游动物的首次评估。核心判断是：尽管自然变率极高，泻湖浮游动物仍留下了采矿影响的印记——最突出的表现是丰富度与多样性下降，其机制更可能是非藻颗粒稀释了饵料质量（"吃了却难以消化"），而非单纯的金属毒性（泻湖内金属浓度远低于已知致毒水平，但尚不能排除）。同时变化是局地而温和的：真正受影响的只有Vavouto湾内侧。泻湖的良好韧性，可能得益于快速水体更新（平均水体年龄仅0.1-12天）与周边红树林的过滤屏障。 研究团队据此提出监测建议：将非藻颗粒负荷与浮游动物类群组成并列长期监测，并把本研究识别出的浑浊度敏感类群作为"哨兵物种"，用于泻湖生态扰动的早期预警。对这座以采矿为经济命脉、又以世界遗产礁泻湖为生态命脉的岛屿而言，这套以ZooSCAN定量图像为基线的方法，为"开采与保护并重"提供了可复制的技术路径。 结语 浮游动物是水环境的"活传感器"，但传统镜检太慢，难以支撑高频、多站位的监测需求。本文中，ZooSCAN图像分析系统一个航次即完成40余份样品、43个类群的自动定量分析，输出与国际接轨的丰度、粒径谱与生物量数据，让"采矿前-后对比"和"哨兵物种预警"真正落地。作为法国HYDROPTIC公司的经典产品，ZooSCAN与EcoTaxa智能分类平台无缝衔接，把福尔马林固定封存的历史样品变成可持续挖掘的数字资产——无论是矿山环境评估、珊瑚礁泻湖监测还是渔业资源调查，它都能为您的项目提供快人一步的浮游动物定量方案。 参考文献 1. Pagano M, Rodier M, Laval M, Varillon D, Guilloux L, Dupouy C, Devenon J-L, Chevalier C. Zooplankton in Kone Lagoon (New Caledonia): Natural variability versus mining effects. Marine Pollution Bulletin, 2025, 210: 117302. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2024.117302 2. Gorsky G, Ohman M D, Picheral M, et al. Digital zooplankton image analysis using the ZooScan integrated system. Journal of Plankton Research, 2010, 32(3): 285-303. DOI: 10.1093/plankt/fbp124 3. Picheral M, Colin S, Gorsky G. EcoTaxa, a tool for the taxonomic classification of images. Earth System Science Data, 2017, 9: 1161-1172. DOI: 10.5194/essd-9-1161-2017 相关产品链接 法国Hydroptic公司 ZooSCAN浮游动物样品扫描分析系统

英国赫尔大学、利物浦大学与美国夏威夷大学马诺阿分校、夏威夷太平洋大学、乔治城大学等机构的联合团队，2019 年夏搭乘帆船完成自夏威夷檀香山到美国旧金山的 80 天“涡旋泳”（The Vortex Swim）航次，穿越北太平洋垃圾带（NPGP）；他们用表层拖网逐日采集海表样品并以拍照代替固定保存，发现垃圾带内漂浮生物与塑料的浓度均高于带外，其中三类生物与塑料浓度呈正相关，从而提出“垃圾带可能同时是漂浮生物海”的设想。成果于 2023 年发表于《PLOS Biology》。 研究背景 终生生活于海洋表层的生物被称为“专性漂浮生物”（obligate neuston），包括帆水母、钱币水母、僧帽水母、紫螺与海神鳃等。它们大多不能主动定向游动，捕食与交配都依赖个体间的物理接触，因此必须借助表层流场汇聚到极高密度的区域才能维持种群。此外，这类生物常与共生藻共生，可在贫营养的副热带环流中生存。 在此前几十年里，全球公认的唯一漂浮生物高密度区是北大西洋马尾藻海——它正是以大西洋漂浮马尾藻命名的生物多样性热点。与此同时，海洋环流同样把漂浮塑料汇聚到五大副热带环流的“垃圾带”中。研究者由此提出假设：垃圾带所在的海区可能也是被忽视的“漂浮生物海”，其生态与经济效益可与马尾藻海相比。北太平洋垃圾带面积最大，但远离陆地、调查极少，此前几乎没有系统的表生生物调查。 研究过程 研究团队先用基于漂流浮标轨迹数据与卫星资料的 SCUD 表层流模型模拟漂浮物的汇聚格局，据此规划航迹，使采样站点覆盖垃圾带内部与外围。航次共获得 22 个可用的表层样品，其中 12 个位于垃圾带内部、10 个位于其外围或外部。 海表采样同时使用两种表层网具：一种是 Manta 拖网，网架位于水面之上、网体完全没入水中，浸没的网口尺寸为 0.9 m × 0.15 m，网衣网目 500 µm、网底收集管网目 100 µm；另一种是 Neuston 表层拖网，设计上仅使网口下半部没入水中，网口全开尺寸为 1 m × 0.5 m，实际采集约 0.25 m 深的表层水，网衣与收集管网目均为 333 µm。每个站点拖曳 30 min、船速 1—2 节，拖网内容物经 333 µm 筛网收集。由于漂浮生物脆弱、不便固定保存，研究改用拍照记录：每个样品拍摄一张照片，另有一个样品因生物与塑料异常丰富而拍了两张。所有生物、塑料与无机颗粒由两名独立观察者在图像计数软件中逐一识别计数，尺寸小于约 0.5 mm 者不计入；生物尽量鉴定到属。对生物密度与塑料密度、模型示踪剂浓度之间的关系，研究者建立了考虑计数误差与观测者偏差的多变量层级贝叶斯回归模型。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司Neuston表层双体拖网 图2. 模型示踪剂浓度与北太平洋观测站位分布（论文 Figure 2） 实验结果 1. 垃圾带内漂浮生物与塑料都更密集。 模型结果显示，无论生物还是塑料，垃圾带内部的表观密度均高于外围与外部海区，支持“垃圾带同时富集漂浮生物”的推断。 2. 三类生物与塑料浓度正相关。 在整个研究海区，帆水母、钱币水母与紫螺三种漂浮生物的密度对数值与塑料密度对数值呈正相关，即塑料越多的海区这三类生物也越多；另两类（海神鳃与僧帽水母）的数据则不足以给出明确关系。按类别看，帆水母与塑料在整个区域的边际相关为负、紫螺为正，说明不同生物对风与流的响应并不一致。 图3. 五种漂浮生物与塑料的相对密度随示踪剂浓度的变化（论文 Figure 3） 3. 单点最高值出现在表层流“辐聚带”中。 生物与塑料浓度最高的样品出现在一处表层汇聚带（slick）内，说明小尺度表层辐聚过程会把漂浮生物与塑料共同浓缩到一点。 4. 发现垃圾带内可能正在繁殖的证据。 在至少一个样品中，研究者观察到大量体长约 0.5 cm 的幼小帆水母，以及体长不足 1 mm 的紫螺与钱币水母幼体；按帆水母的生长估算，这些幼体出生仅约 5—16 天，提示北太平洋垃圾带可能是这些物种的繁殖场所而非仅仅是被动汇聚的“终点”。 图4. 垃圾带内外各类漂浮生物与塑料的期望密度差（论文 Figure 4） 研究结论 这项公民科学航次提示，副热带环流中的“垃圾带”可能并不只是塑料汇聚区，而是被长期忽视的漂浮生物高密度区——研究者称之为“漂浮生物海”，其生态功能或可与马尾藻海相比。帆水母、钱币水母与紫螺长期处于以海鸟、鱼类和海龟为上层消费者的表层食物网的核心，而这些生物与漂浮塑料在空间上高度重叠，二者之间的相互作用值得进一步研究。研究者同时指出，由于漂浮生物脆弱、难以固定，采样与计数方法本身会显著影响结果，新鲜样品的即时计数可能是最可靠的方式。 在本研究中，HYDRO-BIOS 的 Neuston 表层双体拖网与 Manta 微塑料拖网这一类经典海表网具是获取全部表层样品的关键：前者仅使网口下半部没入水中，能稳定截取最表层约 0.25 m 的水层，适合收集帆水母、紫螺等贴附海面的生物；后者网架抬离水面、网体全浸，配合不同网目的网衣与收集管，兼顾了微塑料与生物样品。HYDRO-BIOS 的 Neuston 双体拖网采用双浮体构型，可在较高海况下保持网口姿态稳定，网口尺寸与网目可选配，是海表漂浮生物、浮游生物幼体与海面微塑料调查的专用工具。 参考文献 Chong, F., Spencer, M., Maximenko, N., Hafner, J., McWhirter, A. C., Helm, R. R., Tanentzap, A. J. High concentrations of floating neustonic life in the plastic-rich North Pacific Garbage Patch. PLOS Biology 21(5): e3001646 (2023). https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001646 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 Neuston 表层双网 德国HYDRO-BIOS公司 Manta 微塑料拖网