商业底拖网被认为是影响深海海底最广泛、最频繁也最强烈的人类活动之一，但其对表层沉积物再悬浮与再分配的定量评估长期不足。西班牙巴塞罗那自治大学、西班牙国家研究委员会海洋科学研究所等机构，以巴塞罗那大陆边缘三条无头海底峡谷（Arenys、Besòs、Morràs）为对象，用天然 ²¹⁰Pb 与人为 ¹³⁷Cs 定年，量化了拖网渔场与峡谷轴的侵蚀与沉积速率变化。成果 2017 年发表于《Scientific Reports》（7: 43332）。全部 10 根沉积物柱样均使用丹麦 KC-Denmark 的 A/X 型 6 管多管采泥器采集。
研究背景
商业拖网因分布广、频次高、强度大，被认为是危害最大的深海人类活动之一：沉重的网板刮擦、犁耕海底会留下明显沟槽，并形成可产生持久雾状层的悬浮沉积物羽流。以往相关影响多在 100 m 以浅环境被记录，那里拖网扰动常与风暴、潮汐、波浪等自然过程并存，后者也能造成可比尺度的再悬浮，从而掩盖拖网效应。近 50 年来渔场不断向更深生境转移，需要更大网具与更大渔船；深海海底受自然高能扰动影响较小，拖网影响因而被放大，物理介质与生态系统都表现出高脆弱性与缓慢恢复特征。海底峡谷既是生态热点与商业种群的育幼场，也是拖网渔场密集分布区，因此成为评估这一影响的理想场所。
研究过程
研究区位于西北地中海加泰罗尼亚边缘，三条峡谷均未深切进入大陆架，受陆架外输自然过程影响较弱，更适合分离拖网效应。Morràs 与 Besòs 峡谷两翼划归巴塞罗那船队（拖网深度一般不超过 900 m）；Arenys 峡谷两翼及 Besòs 东翼划归 Arenys 船队（很少超过 800 m）（图1）。采样在 R/V García del Cid 号多个航次完成，共获得 10 根柱样：Morràs 两翼 2 根、轴部 2 根，Besòs 与 Arenys 轴部各 3 根（Table 1）。
所有柱样均由 KC-Denmark 的 A/X 型 6 管多管采泥器采集，取样管内径 9.4 cm，单次可获得长达 60 cm 的柱样（方法·Sampling）。每次作业都以界面清晰、未被扰动为标准，挑选保存最好的一根岩芯用于分析，随后按 1 cm 间隔分层，密封冷冻保存。分析包括干容重、粒度、²¹⁰Pb 活度（²¹⁰Po α 谱法，γ 谱测 ²²⁶Ra 校核本底）与部分岩芯的 ¹³⁷Cs 剖面（以 1963 年全球沉降峰值与 1986 年切尔诺贝利事故为时间标记）；沉积速率按累积干质量计算。
图1. KC-Denmark多管采泥器（带三角支架配置）实物图。不锈钢框架内并排安装多根透明取样管，顶部与底部均设弹簧闭合机构，中部为液压阻尼器与配重平台，四周三角支架与圆形底脚用于保证仪器在海底平稳着陆、取样管垂直贯入。
图2. 研究区位置与三条海底峡谷的拖网渔场分布。Arenys、Besòs、Morràs 三条无头峡谷切过巴塞罗那大陆边缘，图内方框为图6的详图范围；底图色标为水深（0 至 >2500 m）。
实验结果
拖网渔场一侧的峡谷翼被侵蚀。 Morràs 峡谷北翼约 700 m 水深处（拖网作业区）两根柱样的粒度相近（粉砂 73%、黏土 25%、砂极少）。其中 Morràs 1 的过剩 ²¹⁰Pb 在上部 10 cm 稳定在 196±17 Bq·kg-1，总库存 19600±600 Bq·m-2，下段剖面给出质量累积速率 0.150±0.011 g·cm-2·y-1（0.207±0.016 cm·y-1）；而相距不远的 Morràs 2 表层过剩 ²¹⁰Pb 仅 55±10 Bq·kg-1，迅速降至 8±2 Bq·kg-1，库存仅 900±100 Bq·m-2，比 Morràs 1 低一个数量级，且无法计算沉积速率（图2）。这一对比表明拖网羽流长期将细颗粒从翼部带走，使峡谷翼成为沉积物饥饿区。
峡谷轴部沉积速率在 20 世纪 60—70 年代后增至 3—4 倍。 Morràs 3（796 m）剖面出现两段不同斜率：下段 0.128±0.007 cm·y-1，上段升至 0.322±0.016 cm·y-1，¹³⁷Cs 标记（切尔诺贝利 1986 年位于 6—7 cm、1963 年峰值在 11—12 cm）支持 20 世纪 70 年代初近乎三倍增长；同峡谷更深的 Morràs 4（987 m）则只有单一速率 0.200±0.007 cm·y-1，未显示变化（图2）。Besòs 1（810 m）速率高达 0.98 与 0.92 cm·y-1，并在 25—28 cm 处夹一层浓度恒定段，被解释为 20 世纪 90 年代初的一次快速沉积脉冲；40 cm 以下降至 0.39 cm·y-1，说明近期速率较 20 世纪 70 年代初翻了近三倍，其过剩 ²¹⁰Pb 库存超过 54000 Bq·m-2（图3）。更下游的 Besòs 2（1238 m）速率约 0.18—0.21 cm·y-1，Besòs 3（1487 m）仅 0.078 cm·y-1；Arenys 1（1074 m）则由 0.078 cm·y-1 升至 0.297 cm·y-1，三个 ¹³⁷Cs 时间标记全部可辨。沉积物组成以粉砂（约 74—76%）与黏土（约 23—25%）为主，砂含量普遍低于 0.5%。
船队机械化与沉积速率跃升同步。 巴塞罗那船队在 1950—1970 年代扩张最猛，作业渔船由 12 艘增至 24 艘，注册总马力由 1050 HP 增至 5500 HP（约 5 倍）；Arenys 船队晚十年，在 1960—1980 年代由 8 艘增至 17 艘，总马力由 750 HP 增至 4350 HP（近 6 倍）（图5）。船队总马力与峡谷轴沉积速率的跃升在时间上高度吻合。
图3. Morràs 峡谷翼部与轴部柱样的过剩 ²¹⁰Pb、¹³⁷Cs 剖面。Morràs 1（717 m，翼部）与 Morràs 2（727 m，翼部）对比可见后者表层过剩 ²¹⁰Pb 与库存低一个数量级；Morràs 3（796 m，轴部）显示由 0.13 cm·y-1 增至 0.32 cm·y-1，Morràs 4（987 m）则保持 0.20 cm·y-1 不变。
图4. Besòs 峡谷轴部柱样的过剩 ²¹⁰Pb 与 ¹³⁷Cs 剖面。Besòs 1（810 m）上部速率 0.98／0.92 cm·y-1、下部 0.39 cm·y-1，中间夹 20 世纪 90 年代初的快速沉积脉冲；Besòs 2（1238 m）与 Besòs 3（1487 m）速率依次降低。
图5. 拖网船队演化。a）巴塞罗那船队与 b）Arenys 船队的总马力（实线）、平均马力（虚线）及每年进出渔船数（三角符号）随年份变化；两船队总马力均在 1990 年代达到峰值后回落。
图6. 三条峡谷柱样位置与拖网诱导的沉积速率（SAR）分布。绿色方块为拖网影响站位、白框为自然背景站位，柱高表示 0.1—1.0 cm·y-1 的沉积速率，底图色标为水深。
研究结论
第一，海底拖网能够重塑深水沉积格局：它把峡谷翼变成沉积物饥饿区，同时使相邻峡谷上轴沉积速率提高 3—4 倍，且这一效应与峡谷形态无关，三条峡谷规律一致。
第二，沉积速率的跃升与 20 世纪 60—70 年代拖网船队总马力增长在时间上同步，表明其为人为驱动而非自然波动；更深、超出船队作业深度的站位（如 Morràs 4、Besòs 3）未出现速率变化，支持这一判断。
第三，长期增厚的沉积层可能掩埋底栖生物、改变群落结构，甚至超过冷水珊瑚的耐受阈值；被搬运的沉积物来自拖网渔场中营养已耗尽的表层，也可能改变深水底栖群落的营养状态。鉴于 20 世纪中期以来全球底拖网渔业的机械化与离岸化，这类改造可能在众多受拖网影响的峡谷中普遍发生。
本研究的关键证据来自 ²¹⁰Pb 剖面的完整性，而这直接取决于柱样质量。多管采泥器一次投放即可获得多管平行柱样，可从中挑出界面最清晰的一根，避免界面扰动对表层过剩 ²¹⁰Pb 分布与库存计算的干扰，为厘米级分层与放射性核素定年提供可靠前提。
KC-Denmark 产品与选型
KC-Denmark 多管采泥器可在一次投放中同步获取多根界面完好的短柱，是深海沉积、放射性核素定年与底栖生态研究的常用平台。论文所描述的是 A/X 型 6 管构型（内径 9.4 cm、柱长可达 60 cm）；同一产品族的现行深水主力型号为 70.000（6 × Ø110 mm 取样管，标称穿透 50 cm），另有 70.200（8 管） 与 70.400（12 管）。深水系列采用 AISI 316 不锈钢框架与透明聚碳酸酯取样管（Ø110 × 800 mm、壁厚 2.5 mm），配液压阻尼器保证匀速缓慢贯入，取样管顶端弹簧盖与底端弹簧板同步闭合防止样品流失，配重平台可加载 30 × 10 kg 或 48 × 5 kg 铅块，最大作业深度 6000 m。分层可配 70.410 挤压器，每旋转一圈推出 5 mm 样品，便于按 1 cm 间隔切片。浅水可选用 74.000（4 × Ø60 mm）、71.080（4 × Ø80 mm） 或 71.500（4 × Ø100 mm，穿透 40 cm）。以上货号与参数依据 KC-Denmark《Product Presentation》Ver. 14.0（2021）。
参考文献
Paradis S, Puig P, Masqué P, Juan-Díaz X, Martín J, Palanques A. Bottom-trawling along submarine canyons impacts deep sedimentary regimes. Scientific Reports, 7: 43332, 2017. https://doi.org/10.1038/srep43332
相关产品链接
