2025年，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

2016年，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

近期，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

近期，中国科学院海洋研究所研究团队在黄海北部海域开展科考调查，利用ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统对浮游动物样品进行快速分类和个体尺寸精准测量，结合归一化生物体积粒径谱（NBSS）、粒径多样性指数等指标，系统揭示了夏季冷水团（CWS）内浮游动物生物量升高但体型小型化、能量传递效率潜力下降的季节演替规律。 研究背景 黄海是西北太平洋典型的浅海陆架生态系统，是众多经济鱼类重要的产卵场、索饵场和越冬场，其中黄海冷水团是该海域最突出的季节性水文特征。浮游动物在海洋食物网中占据关键位置，介导着从初级生产者到更高营养级的能量传递。尽管以往研究已对黄海浮游动物有所涉及，但在春季和夏季两种截然不同的水文条件下，结合体型结构和功能指标的综合性季节评估仍然有限，尤其是在黄海冷水团区域内。此次研究对黄海春、夏季水文条件下浮游动物功能格局进行了定量评估，并为研究温带陆架海浮游生物的营养转移途径提供了新的见解。 传统浮游动物研究依赖显微镜人工分类计数，不仅耗时费力，且难以获取个体尺寸等关键形态参数，严重制约了基于体型的粒径谱分析。无法高效获取海量个体精确尺寸数据，成为制约该领域发展的技术瓶颈。 ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统解决了这一难题。该系统以高分辨率对样品进行扫描，配合自动识别算法，可快速将浮游动物划分类群；ZooProcess软件可输出每个个体的长轴、短轴及等效球径（ESD）等尺寸数据，为粒径谱分析提供数据支撑。一次扫描可处理500-1500个个体，实现了高通量、高精度的样品分析，极大提高了浮游动物研究的工作效率。 研究过程 2024年4月和7月，研究团队搭载“蓝海101”号调查船在黄海（33°–39.5°N，121°–124°E）开展两个航次调查。浮游动物样品采用中型浮游生物网垂直拖网采集。 全部样品经ZooSCAN扫描处理，通过专用软件自动识别并归入17个类群，人工验证后基于等效球径划分4个粒级。通过构建NBSS、计算粒径多样性指数、平均ESD及肉食性/植食性浮游动物比值等指标，评估不同季节和区域条件下的能量传递效率。ZooSCAN的高通量精确数据为后续分析奠定了坚实基础。 图1. ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统 研究结果 1. 夏季浮游动物生物量显著高于春季 7月黄海浮游动物平均丰度（13449.96 ind/m³）显著高于4月（5835.19 ind/m³），冷水团内丰度从4062.82升至13853.59 ind/m³，生物体积从823.30升至1356.21 mm³/m³，碳生物量从61.77升至103.33 mg C/m³（图2）。桡足类占绝对优势，贡献总丰度81%-96%、总生物体积67%-83%。 图2. 2024年4、7月黄海浮游动物生物量的季节和区域变化 2. 夏季冷水团内浮游动物体型向小型化转变 0.2-0.5 mm最小粒级丰度从60%-67%升至81%-82%，冷水团内粒径多样性从2.05±0.21降至1.73±0.20，平均ESD从0.52±0.06降至0.44±0.04 mm（图3）。NBSS斜率从-1.16±0.16变陡至-1.19±0.24，指示夏季能量传递效率潜力下降。 图3. 2024年4、7月黄海不同海域浮游动物的粒径级组成 3. 夏季肉食性浮游动物占比显著升高 肉食性浮游动物（毛颚动物、刺胞动物和多毛类）丰度比在冷水团中更高，生物体积比从0.024±0.026升至0.063±0.046，表明夏季食物网中捕食性营养路径作用增强（图4）。 图4. 黄海以及冷水团（CWM）和非冷水团区域内浮游动物功能指标的季节变化 4. 环境驱动因子随季节显著变化 冗余分析显示（图5），4月群落结构与表层和底层变量均相关（表层水温r²=0.68，底层水温r²=0.60），7月则主要与底层水温（r²=0.48）、底层溶解氧（r²=0.40）和底层盐度（r²=0.37）相关。7月冷水团内NBSS斜率（R²=0.27，p=0.02）和粒径多样性（R²=0.27，p=0.02）均与浮游动物/浮游植物生物量比呈正相关。 图5. 黄海浮游动物群落结构与环境变量或功能指标关系的冗余度分析 研究结论 研究首次在黄海冷水团区域系统量化了春、夏季浮游动物群落组成、体型结构和能量传递相关功能指标的季节变化规律。发现：（1）7月浮游动物丰度、生物体积和碳生物量均显著高于4月，冷水团内增幅最大；（2）7月冷水团内群落呈现更陡的粒径谱斜率、更低的粒径多样性和更小的平均体长，指示能量传递效率潜力下降；（3）群落-环境关系呈显著季节差异，4月与表层和底层变量均相关，7月则主要与底层温盐和溶解氧相关；（4）7月冷水团内浮游动物/浮游植物生物量比与粒径谱斜率和粒径多样性呈正相关。 ZooSCAN成像技术能够实现数千个浮游动物个体的快速分类、精确测量和粒径谱构建，在此次研究中展现出不可替代的价值，确保了能量传递效率评估的高效性和准确性，为科学研究提供重要支撑。 参考文献 Wang S,Zhang F,Sun S, et al.Seasonal shifts in zooplankton community composition and size-based functional proxies in the Yellow Sea[J].Marine pollution bulletin,2026,233(Pt 1):120226.DOI:10.1016/J.MARPOLBUL.2026.120226.

近期，法国索邦大学主导的科研团队，将UVP6搭载于BGC-Argo浮标，在南纬0-50°开展跨海区周年性原位观测，探究海洋雪形态对颗粒归宿及生物碳泵输出效率的调控机制，厘清海洋雪地理、季节及垂直变化规律，为海洋生物地球化学模型参数优化提供了关键观测依据。 研究背景 海洋生物碳泵（Biological Carbon Pump，BCP）是海洋调节全球气候的核心机制，将表层浮游植物固定的有机碳以沉降颗粒输送至深海，实现长期碳封存。海洋雪（粒径＞500 μm）是颗粒有机碳垂直输出的主要载体，其沉降、降解与转化过程直接调控海-气之间的CO2交换。过往研究多以颗粒粒径解释海洋雪沉降行为，而颗粒形状、密实度、孔隙、透明度等形态属性对沉降速率和通量衰减的调控作用，仍缺少大尺度原位观测证据。 海洋雪形态呈现连续变化的颗粒谱，因此难以实现天然的离散分类。与此同时，针对大洋中层（100-1000 m）碳通量衰减的主控机制，学界也仍存有争议。受限于观测手段，传统沉积物捕获器不仅难以捕捉海洋雪的瞬时输出事件，也无法获取颗粒形态相关信息。在此背景下，UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统与BGC-Argo浮标实现耦合，能够完成大洋无人值守的原位成像采样，从而为破解上述一系列科学难题提供了关键技术途径。 研究过程 2020-2023 年，研究团队投放4台搭载UVP6-LP的BGC-Argo浮标，覆盖赤道、安哥拉、本格拉、塔斯马尼亚4个海区，涵盖寡营养、上升流富营养生态系统。浮标完成0-1000 m周期性垂直剖面，获取周年颗粒图像数据集。 UVP6作为核心观测模块，能够原位采集100 μm至数毫米的颗粒物图像，并自动提取面积、圆度、灰度等多项形态参数。同时，其自带的EcoTaxa浮游生物大数据共享平台自动识别浮游生物，获得桡足类、根足虫、束毛藻等群落信息。后续采用无监督聚类将海洋雪分为5个父类：flake（片状）、fluffy（蓬松状）、agglomerated（聚集状）、dark（暗色状）、elongated（细长状），进一步细分为17个子类形态（图1）。浮标同步采集环境参数，并结合卫星数据开展后续研究。 图1 浮标部署位置（Equator赤道、Angola安哥拉、Benguela本格拉、Tasmania塔斯马尼亚）、海洋雪形态示例（最右侧）及各站点浮游生物丰度（左下角表格） 图2UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统 实验结果 1.纬度-季节共同驱动海洋雪形态分异 低纬度表层常年以蓬松、片状海洋雪为主（图1），季节变化微弱；高纬度塔斯马尼亚春夏细长型颗粒占比升高，冬季暗色颗粒占优。群落上，低纬度以根足虫、束毛藻为主，高纬度桡足类、磷虾占优势。拉格朗日叶绿素分析表明，海洋雪形成需要数天至数周的凝聚聚集过程。 2.混合层底部普遍发生颗粒形态转换 蓬松、片状、细长颗粒在生物混合层深度之下丰度急剧下降；暗色、聚集状颗粒在100‑400 m深度维持甚至增加（图3）。该“透明向不透明颗粒转变”主要由混合层底部浮游动物摄食排泄驱动，浮游动物充当“守门员”改造颗粒，该机制跨纬度普适。 图3 五类海洋雪0-1000 m时间-深度热力图；红线：生物混合层MLD_bio；白虚线：30 m/d理论沉降；颜色代表颗粒浓度（part/m³） 3.海洋雪形态主导碳转移效率（TE） 以像素灰度积分的“平面面积浓度（PAC）”为生物量代理，计算不同形态海洋雪转移效率。片状、细长型TE＜5%；聚集状TE＜20%；暗色颗粒TE可达20%-80%。同一形态在不同纬度效率差异很小，证明形态比纬度环境对碳转移效率的控制作用更强。沉降羽流偏移特征同样证实暗色致密颗粒沉降更快。 图4 各类型颗粒碳转移效率散点图；横坐标：颗粒类型（17类细分海洋雪、MiP显微颗粒、MaP宏观颗粒、PAC平面面积浓度）；纵坐标：转移效率比值 4.环境-生物共同调控表层颗粒 RDA冗余分析表明，表层海洋雪形态受温盐、表观耗氧量调控，总解释度44%；环境单独解释18%，浮游生物单独解释8%，二者交互贡献26%。片状、蓬松、聚集颗粒与暖水环境、根足虫丰度正相关；细长颗粒与高纬冷水、桡足类丰度正相关。中层解释度下降，但高纬度夏季输出脉冲仍可穿透中层。 图5 混合层RDA冗余分析排序图。红色箭头代表17种细分海洋雪形态M1-M17；蓝色箭头为环境因子与浮游生物类群；符号颜色区分4个海区；符号大小区分冬夏季节 研究结论 研究证明，即便海洋雪形态呈连续谱，依托UVP6原位成像依然可以划分出具备生态与生物地球化学意义的形态类群；颗粒大小、密度、形状是决定海洋雪大洋归宿的三大核心属性，有限的形态分类即可满足模型模拟需求。 UVP6与BGC-Argo浮标耦合，实现开阔大洋大纬度跨度、长时序的海洋雪形态原位观测。将形态信息纳入生物碳泵模型，有助于改善颗粒沉降与通量衰减的模拟效果，为评估全球海洋碳封存潜力提供数据支撑。未来通过多平台组网观测，UVP6将进一步推动全球尺度海洋雪动态过程的研究。 参考文献 1.Stemmann L, Nocera A, Arlaud M, et al. The role of morphology in setting the fate of marine snow in the open ocean [Preprint]. 2026, DOI:https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-9280596/v1. 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

近期，中国水产科学研究院南海水产研究所科研团队借助MultiNet浮游生物多联采样网，在南海冷泉区及邻近对照区实现了从表层至750 m深度的浮游动物精准分层采样，结合稳定同位素分析，首次系统揭示了冷泉环境下深海鱼类营养生态位的垂直分化模式与摄食适应策略。 研究背景 深海冷泉是海底甲烷、硫化氢等烃类流体渗漏形成的化能合成生态系统，它不仅支撑着极高的生物量与物种多样性，更被誉为深海的“生命绿洲”。冷泉区通过厌氧甲烷氧化（AOM）固定碳源，为缺乏光合作用的深水层提供了额外能量，从而形成复杂而独特的食物网。南海西沙海槽分布着大片冷泉区，解析此处鱼类摄食适应与营养分层规律，可完善南海冷泉食物网基础数据，对揭示深海多样性维持机制、评估冷泉生态价值有重要科研意义。 但相关研究长期受采样手段制约：传统单网一次仅能采集单个水层样本，若要覆盖75-750 m水深梯度，需多次拖网，易产生时空采样偏差，无法同步匹配各水深鱼类与对应饵料，严重影响稳定同位素、营养生态位等高精度定量分析，难以厘清冷泉与水深对鱼类摄食策略的调控作用。 德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet浮游生物多联采样网解决了该难题，其单次下放即可分层采集多层水体浮游动物、小型底栖饵料，实现多水深同步取样，彻底规避分次采样造成的数据误差。 研究过程 研究团队于2023年8月搭载“南锋”号调查船，同步开展西沙海槽冷泉区（110°29′E，16°43′N）、无冷泉对照区（110°58′E，17°43′N）对比调查。核心采样设备选用孔径200 μm的MultiNet浮游生物多联采样网（图1），设置75 m、400 m、500 m、600 m、750 m五个水层采集浮游动物饵料；同步使用中层拖网采集鱼类样本。 全部生物样品经60℃恒温烘干、研磨制粉后，利用稳定同位素质谱仪测定δ¹³C、δ¹⁵N数值；依托MultiNet分层饵料数据，结合MixSIAR贝叶斯混合模型、标准椭圆面积SEAc等指标，定量解析各水层鱼类群落的营养生态位宽度、重叠程度与各类食物碳源的贡献占比。 图1 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet浮游生物多联采样网 实验结果 1.冷泉区δ¹³C随水深呈反常上升趋势 对照区鱼类同位素符合大洋常规规律：δ¹³C随水深递减、δ¹⁵N随水深递增；而冷泉区鱼类δ¹³C数值随深度逐步升高，750 m水层显著高于浅层（图2）。该现象证明冷泉化能合成产物为深水生物提供富¹³C碳源，彻底改变大洋传统同位素垂直分布特征，凸显冷泉在深海碳循环中的特殊作用。 图2 冷泉区与对照区不同深度鱼类的δ¹³C和δ¹⁵N值箱线图 2.两类生境鱼类营养生态位呈现完全相反的垂直变化规律 冷泉600 m水层碳、氮同位素跨度最大，群落营养多样性峰值，食物网结构最为复杂（图 3）。冷泉群落SEAc随水深持续增大，750 m达到最大值；对照区群落生态位宽度随水深不断收缩。 对比两区共有鱼种可见：同一物种在冷泉区的SEAc普遍小于对照区（图4）。冷泉饵料资源丰富，鱼类依靠摄食专一化降低种间竞争；对照区饵料匮乏，鱼类只能拓宽摄食范围，完全契合生态位变异假说，体现冷泉能够平衡群落资源多样性与物种摄食专一性。 图3 各水层鱼类群落营养结构指标（CR、NR、CD、SEAc等）的柱状对比图 图4 冷泉与对照区共有鱼种标准椭圆面积（SEAc）对比图 3.生态位重叠揭示中层鱼类垂直迁移存在深度阈值 冷泉区75 m与400 m水层鱼类营养生态位高度重叠，重叠面积分别占两层椭圆总面积的 80.47%、60.04%，说明浅中层鱼类共享饵料、昼夜垂直迁移活动频繁；750 m深水鱼类与75 m 浅层几乎无生态位重叠，且水深越深群落营养分化越明显。据此提出科学假说：水深超过临界阈值后，中层鱼类会减弱甚至改变原有垂直迁移模式，以此适应深层极端环境。 图5 冷泉区（A）、对照区（B）不同水层鱼类营养生态位椭圆二维分布图 图6 冷泉区（A）、对照区（B）不同水深生态位重叠比例热图 4.鱼类摄食偏好随水深由浮游型向肉食型逐步转变 碳源定量结果显示（图7）：冷泉区浮游动物对鱼类营养贡献从75 m的62%下降至750 m的36%；虾类贡献相对稳定；头足类贡献从8%上升至41%。随水深增加，鱼类摄食策略从以浮游动物为主转向捕食虾、头足类等肉食类型。冷泉丰富的底栖无脊椎动物拓展了深水鱼类饵料来源，有效缓解种间食物竞争。 图7 冷泉区（A）、对照区（B）各水层食物碳源贡献比例堆叠柱状图 研究结论 本研究首次揭示了南海冷泉区鱼类营养垂直分异规律：（1）冷泉化能合成产物为深海鱼类提供富¹³C碳源，重塑深海食物网同位素基础；（2）群落生态位随深度扩大，共有种则通过专一化摄食实现资源优化利用；（3）营养重叠数据支持深层垂直迁移减弱的假说；（4）摄食策略由浮游动物向头足类等肉食性转变。 MultiNet在此次研究中展现出卓越的分层采样性能——从表层至750 m一次性完成5个水层的精准采集，确保了食物网基线数据的深度一致性，为揭示冷泉区营养生态位的精细梯度变化提供了不可替代的技术支撑。作为国际公认的海洋浮游生物连续分层采样利器，MultiNet正持续助力我国深海生态与渔业资源研究迈向新高度。 参考文献 1.Xie, H., Wang, T., Li, C., et al. Trophic adaptation strategies of deep-sea fish in cold seep environments. Water Biology and Security, 2025, doi:10.1016/j.watbs.2025.100440. 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 浮游生物多联采样网