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
