近期，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

2025年，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

2025年，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

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

近期，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