2025年，挪威极地研究所（Norwegian Polar Institute）牵头，联合挪威北极大学（UiT）、斯瓦尔巴大学中心（UNIS）、Akvaplan-niva及波兰科学院海洋研究所（IO PAN）的科研团队，借助德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet浮游生物多联采样网，对北冰洋南森盆地（Nansen Basin）与阿蒙森盆地（Amundsen Basin）的浮游动物群落开展了跨越两大深渊盆地的系统调查，首次以高分类分辨率刻画了从中小型到大型浮游动物在五个水层上的完整群落图景，揭示了水团来源与陆架—陆坡过渡对群落结构的控制作用。研究成果于2025年10月发表于渔业与海洋学领域权威期刊《ICES Journal of Marine Science》。 研究背景 北冰洋地处偏远、常年被海冰覆盖，是全球研究程度最低的海洋生态系统之一。随着气候变暖和“北极放大效应”加剧，到2050年北冰洋夏季可能出现无冰的“蓝色海洋”。在欧亚扇区，南森盆地与阿蒙森盆地被加克尔海岭（Gakkel Ridge）分隔，分别受大西洋入流水和穿极漂流（挟带西伯利亚河流淡水）等不同水团支配，塑造了截然不同的浮游生物栖息环境。大西洋水持续涌入（即“大西洋化”）是否正在改变这两大盆地的浮游动物群落组成？这一问题对预测北极食物网与高营养级生物的命运至关重要。 然而，深海浮游动物的传统采样长期面临瓶颈：单网垂直拖网无法分辨水层结构，多次下放又费时费力，在冰区恶劣海况下更是难以实施；不同粒径的浮游动物还需要不同网孔分别采集。德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet多联采样网正是为解决这一难题而生——一次下放即可按预设深度连续采集多个水层的样品，配合不同网孔规格，可高效获取分层、分粒径的浮游动物样品。 研究过程 研究依托“南森遗产”（Nansen Legacy）项目JC2-2航次，于2021年8月至9月沿跨越两大盆地的断面布设了5个深渊站位（P7–P11），站位水深普遍超过4000 m。 浮游动物采集使用两台德国HYDRO-BIOS公司MultiNet Midi浮游生物多联采样网（网口面积0.25 m²，网长2.5 m），分别配备64 µm和180 µm网孔，在每个站位按5个标准水层同步分层采样：底层–2000 m、2000–600 m、600–200 m、200–50 m及50–0 m，实现从表层到近底层的一次性全覆盖。双网孔配置使小型桡足类等微型类群与较大个体得以分别定量，避免了单一网孔的选择性偏差。大型浮游动物另用MIK网（网孔1500 µm，自1000 m拖至表层）采集。样品随后由波兰科学院海洋研究所进行高分类分辨率的镜检鉴定，并与1975–2007年的历史资料进行对比。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet浮游生物多联采样网 图2. 南森遗产JC2-2航次跨越南森盆地与阿蒙森盆地的5个采样站位（P7–P11）（引自作者团队PICES会议报告） 图3. 沿P7–P11断面的温度、盐度与叶绿素a分布，显示两大盆地迥异的水团结构（引自作者团队PICES会议报告） 实验结果 1. 群落结构随水团与深度分异。 中型浮游动物多样性在站位间无显著差异，但随深度呈现与水团结构相对应的明显变化，深层水体多样性普遍更高，这一特征在阿蒙森盆地尤为突出。阿蒙森盆地北部的中型浮游动物数量与生物量虽低于南森盆地，分类多样性却更高，鉴定出众多此前未获定量的“稀有种”。 2. 丰度高峰锁定大西洋入流区。 浮游动物丰度在南森盆地南部、靠近陆坡与大西洋入流核心区达到峰值，与1993–1998年历史观测的格局高度一致，显示大西洋入流核心区一直是北冰洋欧亚盆地的浮游动物生物量热点。小型剑水蚤——尤其是Oithona similis与Oncaeidae科——在两大盆地均占数量优势；阿蒙森盆地还记录到相对丰度超过2000 ind m-3的剑水蚤无节幼体。 3. Calanus生物量超五成，北极种主导。 哲水蚤属（Calanus）贡献了中型浮游动物生物量的50%以上。其中北极本地种极北哲水蚤（C. hyperboreus）与冰川哲水蚤（C. glacialis）的贡献远大于北大西洋的飞马哲水蚤（C. finmarchicus）——后者的分布主要局限于南森盆地，表明大西洋种的北扩仍受水团边界制约。 图4. 基于MultiNet数据的桡足类生物量（mg DM m-2）空间分布：大西洋种随入流水贡献南森盆地南部生物量（引自作者团队PICES会议报告） 4. 大型浮游动物南北分异，群落已现微妙变化。 大型浮游动物群落同样呈现盆地间差异：毛颚动物在南森盆地更为丰富，端足类与磷虾类则在阿蒙森盆地占优；胶质浮游动物生物量两盆地大体相当，但物种组成不同。与1975–2007年历史数据相比，群落结构出现小幅偏移——大西洋种类Themisto compressa与Triconia conifera首次被记录，而典型的冰缘种Gammarus wilkitzkii与Eusirogenes arctica则未被采到，为“大西洋化”背景下的群落重组提供了直接证据。 研究结论 该研究为快速变化中的北极门户海域提供了当代浮游动物群落的珍贵“快照”，明确了水团来源与陆架—陆坡过渡对群落结构的塑造作用：南森盆地受大西洋水强烈影响、生物量高，阿蒙森盆地生物量较低但深藏更高的分类多样性。历史对比揭示的细微群落变化，为进一步监测北极“大西洋化”的生态后果奠定了基线。 德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet在此次研究中展现了卓越性能：在4000 m以深的北冰洋深渊站位上，MultiNet Midi一次下放即完成5个标准水层的精准分层采样，64 µm与180 µm双网孔并行作业，完整覆盖了从微型剑水蚤到大型哲水蚤的粒径谱，为高分类分辨率群落分析提供了关键技术支撑。MultiNet系列（Midi/Maxi/Mammoth）支持一次多层同步采样，最大作业水深可达6000 m，并可搭载CTD等传感器实时获取环境参数，是深海与极地浮游生物调查的可靠利器。 参考文献 Wold, A., Hop, H., Svensen, C., Søreide, J. E., Majaneva, S., Koenig, Z., Ormanczyk, M., & Kwasniewski, S. (2025). Zooplankton communities across the Nansen and Amundsen Basins of the Arctic Ocean. ICES Journal of Marine Science, 82(10), fsaf184. https://doi.org/10.1093/icesjms/fsaf184 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 MultiNet 多联浮游生物采样网

2014 年 6 月，一场阵容空前的海洋观测实验在地中海撒丁岛以西展开：两艘调查船、11 台水下滑翔机、6 套锚系、17 个表层漂流浮标与多种拖曳系统同时作业。德国亥姆霍兹盖斯特哈赫特中心的 Onken 等人联合北约六国 20 家机构，对这场 REP14-MED 实验的观测体系做了全景综述——其中挂着 41 台 Star-Oddi Starmon mini 温度记录仪的 M1 锚系，是整个实验海洋变率研究的支柱，成果发表于 2018 年《Ocean Science》。 研究背景 REP 系列实验的总目标，是发展并检验快速表征海洋环境的方法。REP14-MED 由北约海事研究与实验中心主导，设定了六项任务：查明撒丁岛西岸外的水团与环流格局；为业务化海洋预报、模型验证与预报技巧评估采集数据；为发展和比较不同数据同化方法提供数据集；用滑翔机机群完成成本效益分析；开展海洋变率研究；以及测试滑翔机新载荷。 实验选址兼顾声学实验与滑翔机作业需求：需要宽阔陆架、船只交通少且无强边界流。最终选定的观测域位于撒丁岛以西的撒丁-巴利阿里海盆，约 111 公里见方，陆架宽 40—80 公里，深水区水深可达 2800 米。该海域环流受大西洋水入流支配：新变性大西洋水随阿尔及利亚流脱生的反气旋涡进入，旧变性大西洋水经第勒尼安海、利古里亚海与巴利阿里海作气旋式循环，其下依次为冬季中间水、黎凡特中间水与西地中海深层水，北巴利阿里锋面则构成南北水团的汇合带。 研究过程 海上作业分三个航段。6 月 6—11 日第一航段，两艘调查船完成了覆盖全域、水平分辨率约 10 公里的温盐深「初始调查」，并布放全部滑翔机、锚系与漂流浮标；12—20 日第二航段专事声学实验，另一艘船继续剖面与拖曳观测；21 日两船会合进行温盐深仪互校，随后以拖曳体与拖曳式温盐链在平行断面上开展了约 40 小时的「验证调查」。 M1 锚系是变率研究的核心。它由中心锚系与漂浮海面的侧向延伸体组成：中心体标称 100 米深处装有上视声学多普勒流速剖面仪，1 米深处挂温盐深探头，海面浮标记录气象参数；延伸体经 50 米长缆垂直向下延展约 40 米，缆上密集挂载了 41 台 Starmon mini 温度记录仪（Star-Oddi，冰岛），以极高的垂向分辨率连续记录温度，另有 4 个配套温深记录仪监测整缆的实际深度变化。M1 于 6 月 8 日布放、20 日回收，所在位置水深 150 米。其余四套潜标 M2—M5 布设在水深 150—2100 米的断面上。 滑翔机机群由 11 台三种型号组成，8—9 日分两批布放到十条东西向断面上，深浅机型交替占位。拖曳系统方面，一艘船的拖曳体在验证调查中获得 365 公里、535 个剖面的高分辨率数据；另一艘船的拖曳式温盐链搭载 91 个传感器、间隔 3.5 米，按 4—5 节拖速折算空间分辨率优于 10 米。 整个观测体系的空间分辨率横跨 4 个数量级（从 10 米到 10 万米），锚系时间序列横跨 5 个数量级（从 10 秒到 100 万秒），构成一张立体观测网。两船温盐深剖面合计近 280 个，滑翔机在 15 天内完成 5731 个剖面。 实验结果 数据集质量高度可靠。 尽管出现少量故障——一台滑翔机因硬件故障提前回收、一台因软件问题中断约 1 天、M1 海面探头电导率失效、41 台温度记录仪中有 2 台失效——数据集的整体一致性未受影响。两船温盐深仪互校发现的 0.001 西门子每米电导率系统偏差，经校正后 990 米深度的位势密度场恢复连续。 水团格局既经典又新奇。 基于船载剖面、滑翔机与走航数据的分析显示，水团分布与环流大体符合经典图像，但变性大西洋水、黎凡特中间水与底层水的温盐较此前十年明显升高；黎凡特中间水占据了整个试验区；试验区内还观测到异常冷咸的涡旋和确认冬季中间水从形成区直达观测区的反气旋涡。 同化策略的答案清晰。 各团队用不同方案同化这批数据：混合变分-集合方案把温度与盐度平均绝对误差分别降低 55% 与 42%；同化初始温盐调查可使预报误差降低 30%—40%，8 台滑翔机的采样效能约相当于间距 10 公里的船载温盐深初始调查；同化超过 6000 个剖面时无需数据减缩，普通商用电脑即可支持预报。 M1 温度链支撑混合层变率研究。 基于 Starmon mini 高分辨率序列的后续研究系统评估了区域海洋模型对混合层特性的预报技巧，给出了初始场、边界条件、大气强迫与垂直混合方案的最优组合。 新载荷初试成功。 滑翔机搭载的双水听器记录到抹香鲸与海豚的声信号并实现目标跟踪；实验性酸碱度与二氧化碳分压传感器首次随滑翔机完成 12 天剖面，经漂移订正后显示出与夏季叶绿素最大层相关的酸碱度极大值。 图1. 冰岛Star-Oddi公司Starmon温度记录仪 图2. 两艘调查船：北约研究船与德国国防军研究船（论文 Figure 1） 图3. 实验前已知的西地中海大尺度环流与观测域（红框）位置（论文 Figure 2） 图4. M1锚系设计图：中心体与挂满温度记录仪的侧向延伸缆（论文 Figure 3） 图5. 第一航段温盐深初始调查断面布设与第二、三航段剖面位置（论文 Figure 5） 图6. 11台滑翔机的名义断面、布放位置与实际轨迹（论文 Figure 7） 研究结论 REP14-MED 以两船、11 台滑翔机与多套锚系的同步观测，构建了空间跨 4 个量级、时间跨 5 个量级的立体数据集，催生了 Ocean Science 特刊九篇论文，覆盖水团环流、业务预报、数据同化、海洋变率、滑翔机成本效益与新载荷六大方向。作者指出，这批数据的科学潜力远未挖尽：滑翔机锯齿航迹的沿程分辨率已达次中尺度量级，拖曳链约 3 秒的时间分辨率更可支撑向微尺度过渡区的研究。 对海洋观测工程而言，这场实验给出了一条重要经验：多平台协同观测的骨架，往往由最朴素的仪器撑起。M1 锚系上 41 台 Starmon mini 以半米级间隔铺满 0—40 米上层水体，为变率研究提供了模型验证的基准序列；这类微型温度记录仪体积小、易于密集串挂，配合少量温深记录仪即可校正缆体运动，长时间在位自主记录。对于需要在上混合层开展高分辨率过程观测的团队，Starmon mini 密集测温缆是被大实验反复验证过的成熟选择。 参考文献 Onken, R., Fiekas, H.-V., Beguery, L., Borrione, I., Funk, A., Hemming, M., Hernandez-Lasheras, J., Heywood, K. J., Kaiser, J., Knoll, M., Mourre, B., Oddo, P., Poulain, P.-M., Queste, B. Y., Russo, A., Shitashima, K., Siderius, M., and Thorp Küsel, E.: High-resolution observations in the western Mediterranean Sea: the REP14-MED experiment, Ocean Science, 2018, 14: 321–354. https://doi.org/10.5194/os-14-321-2018 相关产品链接 冰岛Star Oddi公司 水下温盐深记录仪

近期，美国国家海洋和大气管理局太平洋海洋环境实验室（NOAA PMEL）、华盛顿大学、阿拉斯加大学费尔班克斯分校、GEOMAR基尔海洋研究中心等机构科研团队，借助法国HYDROPTIC公司的UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统，在南大洋两条GO-SHIP重复水文断面上获取290万张原位颗粒物图像，结合深度学习无监督聚类实现大规模自动分类，首次揭示了“蓬松聚集体输出路径”与“浮游动物介导输出路径”两条向深海输送碳的通路。成果发表于《Global Biogeochemical Cycles》。 研究背景 海洋生物碳泵通过颗粒物重力沉降将表层光合固碳输送至深海，是海洋长期封存大气二氧化碳的核心机制。据估算，海洋每年输出5–12 Pg有机碳，但仅有约10%能抵达1000 m以深。中层海洋（200–1000 m）中的摄食、分解与聚集过程决定了碳能否进入深层长期封存，却因采样困难而认知匮乏。此外，颗粒物的形态——密度、孔隙度、矿物含量等——决定其沉降速度与再矿化速率，传统的后向散射、光束透射、沉积物捕集器和POC bulk测量均无法提供形态信息。 原位成像技术UVP5可在不损伤脆弱海洋雪和活体浮游动物的前提下进行无损观测：单帧采样水体约0.88 L、最高20 Hz，单次剖面可记录0.06–27 mm的颗粒，覆盖从表层直达6000 m的全深度剖面；配合深度学习技术，可对海量图像进行大规模自动分类，让碎屑颗粒这一占图像约90%、长期难以归类的主要成分得到生态学意义的划分。 研究过程 研究基于美国GO-SHIP计划两个航次：2018年3月13日–5月9日“Palmer”号S04P航次（太平洋扇区，沿约67°S，159°E–74°W）与2019年4月16日–5月11日“Thompson”号I06S航次（非洲扇区，沿约30°E，33–69°S）。高清型UVP5（编号SN-207）搭载于CTD玫瑰花架，随之下潜至6000 m，两条断线共获取117条全深度剖面：S04P获75条剖面、210.6万张图像，I06S获42条剖面、77.5万张图像，全程24小时连续采样以消除昼夜偏差。 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（论文使用UVP5型号） 图像经ZooProcess软件处理后上传EcoTaxa平台，采用Morphocluster深度学习无监督聚类协议，将约260万张图像（占总量91%）归入74个层级聚类，最终整合为46个碎屑类别与61个活体类别，分属8大超类：蓬松聚集体、致密聚集体、纤维、粪粒，以及甲壳类、根足虫、凝胶浮游动物和束毛藻。所有类别均经人工逐页验证，分类错误率控制在5%以内。 图2. 研究海区与采样站位：S04P（绿色）与I06S（洋红色）两条GO-SHIP断线及南大洋主要锋面分布 实验结果 1. AI分类揭示八大颗粒类群的差异分布。 深度学习聚类将不同形态的颗粒清晰区分：四大碎屑超类在周长、圆度、灰度与结构上差异显著（p<0.001）。蓬松聚集体是最丰富的颗粒类型（10–750 ind./m³），其后为致密聚集体（最高734 ind./m³）和粪粒（最高577 ind./m³）；纤维在亚极区表层最高达2319 ind./m³，可能源于长链硅藻。 图3. UVP图像AI分类体系：四大碎屑超类（蓬松聚集体、致密聚集体、粪粒、纤维）与四大活体超类（束毛藻、根足虫、甲壳类、凝胶浮游动物）的形态学差异及代表性图像 2. “蓬松聚集体输出路径”：藻华碎屑直达3000 m。 太平洋扇区边界带表层叶绿素a最高处，碎屑丰度达600 ind./m³，其中93%为蓬松聚集体；这些表层形成的植食性碎屑衰减缓慢，在1000–3000 m仍保持122 ind./m³，直至3000–6000 m层仍占碎屑的87%，表明藻华聚集体可快速沉降并直抵深海。 3. “浮游动物介导输出路径”：次表层摄食“打包”碳输出。 非洲扇区边界带表层几乎无颗粒，但500–1000 m的次深层聚集了大量甲壳类摄食者；抽样检查的77个桡足类中60个（78%）触角呈主动摄食姿态，证实其在原位活跃摄食。其下方3000–6000 m的深渊层中，粪粒与致密聚集体富集（合计约35 ind./m³，占碎屑31%–52%且随深度增加），支持“中层摄食者将慢速碎屑重新包装为快速下沉粪粒”的机制。 图4. 两条输出路径的对比：左侧“蓬松聚集体输出路径”中藻华碎屑直沉深海，右侧“浮游动物介导输出路径”中中层摄食者在500–1000 m活跃摄食、粪粒与致密聚集体在3000 m以深富集 4. 快速沉降与长期封存。 将2019年4月23日5000 m处观测的粪粒回溯至当年1月14日卫星观测的表层叶绿素a高值斑块，推算表观沉降速度达51.5 m/d。研究估计，抵达3000 m以深的颗粒可封存碳约750–1000年，远长于仅抵达1000 m时的200–300年。 图5. 两条碳输出路径概念模型：(a)蓬松聚集体输出路径与(b)浮游动物介导输出路径 研究结论 该研究证实南大洋存在两条并行且机制迥异的碳输出路径：高生产力条件下的蓬松聚集体快速沉降路径，以及中层浮游动物摄食驱动的粪粒输出路径——后者将碳的“再包装”过程推向了远超传统采样范围的500–1000 m深度。二者均可将碳输送至数千米的长期封存深度，表明全水柱观测对准确估算生物碳泵及评估海洋碳移除（mCDR）技术至关重要。 法国HYDROPTIC公司的UVP5在此次研究中展现了卓越性能：其原位无损成像与大体积采样能力完整捕捉了从表层到6000 m的颗粒物群落，117条全深度剖面积累的290万张图像为深度学习分类提供了坚实数据基础，颗粒形态学信息成功照亮了传统手段无法企及的深海碳输出路径，为该项南大洋生物碳泵研究提供了关键技术支撑。 参考文献 O'Daly S H, Hennon G M M, Kelly T B, Kiko R, Lekanoff R M, Pretty J L, Schröder S-M, McDonnell A M P. High-Resolution Particle Imaging Reveals the Importance of Phytodetrital Aggregate Flux and Mesopelagic Grazing for Carbon Storage in the Southern Ocean. Global Biogeochemical Cycles, 2026, 40(8): e2025GB008685. DOI: 10.1029/2025GB008685 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

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 丹麦KC-Denmark公司 Multi Corer 多管取样器

2026年9月，自然资源部北海预报减灾中心（青岛）联合自然资源部第一海洋研究所海洋气候研究中心，由姜帆、于博、尚杰、马瑞迪、王晨旭、刘晓飞、高松、刘永志等科研人员组成的团队，在《Frontiers in Marine Science》海洋观测专栏发表研究：他们在渤海中部海域布放10 m大型观测浮标，搭载德国SubCtech公司OceanPack™锚系型自主pCO₂测量系统，连续运行16个月（2020年9月—2021年12月），获得了渤海中部首条3小时间隔的高频海表pCO₂时间序列。这是OceanPack在中国近海碳循环研究中一次极具代表性的应用，也直接服务于自然资源部近海碳源汇监测业务能力建设。 研究背景 渤海是典型的半封闭边缘海，受人类活动压力强烈，却是区域碳循环认知中的“盲区”。原因不在问题不重要，而在工具不够用：船基走航断面只能提供季节性快照，卫星遥感受云与反演精度限制，二者都无法捕捉风暴驱动的脉冲式过程与季节转换期的快速变化。 过去十年，渤海pCO₂研究沿三条路线推进：2011—2023年的重复碳酸盐体系调查修正了海盆尺度年收支，把渤海由“净源”重新划为极弱的年碳汇（约0.05 mol m-2 yr-1）；卫星月尺度产品显示2003—2019年存在由弱源向弱汇的十年际转变；GOCI小时级反演进一步揭示暖季源区与文石欠饱和共存。但无论哪条路线，时间分辨率都受限于“月—季”量级。 要突破这一瓶颈，必须在海上原位、长期、无人值守、高频地测量pCO₂。这正是锚系浮标型膜式平衡系统的用武之地。 研究过程 观测平台与仪器配置。 浮标布放于渤海中部120.084°E、39.034°N，水深约10 m处。核心测量单元为SubCtech OceanPack™自主pCO₂测量系统（SubCtech GmbH，德国），气体检测采用LI-COR LI-840x双波长非色散红外（NDIR）CO₂/H₂O分析仪： - 水下平衡膜单元：外径Ø200 × 500 mm，POM壳体配铜镍合金防生物附着保护，下潜至约0.5 m深度； - 大气进气模块：IP68防护，15 × 25 cm，安装于海面以上1.5 m； - 系统在海水测量与大气测量之间按预设间隔自动切换，切换后至读数稳定的典型时间<1 min。 数据质量控制。 LI-840x量程0—3000 ppm CO₂，精度0.1% FS（环境浓度下约±3 ppm），分辨率0.01 ppm；采样率1 Hz，船载平均后按3小时存储。系统支持自动两点校准（零点气+跨度气），内置10 L校准气瓶（耐压6000 m）；部署前以经认证的CO₂标准气（200/400/600 ppm，±1%）完成工厂校准验证，部署期间按设定间隔自动执行零点/跨度检查，并在校准周期之间做线性漂移校正。原始数据再经三道过滤：剔除仪器自检报警记录（低流速、冷凝、膜完整性）、剔除超出7点滑动中值±3σ的尖峰、人工复核生物附着伪影。辅助观测还包括逐小时气压与约10 m高度风速湿度，以及ADCP海流剖面。 图1. 德国SubCtech公司 OceanPack™ BUOY 浮标式 pCO₂ 分析系统（顶部为膜平衡器与气路接口） 图2. 渤海中部季节平均海气CO₂通量与pCO₂变化主控因子的相对贡献（依据原文结果绘制） 实验结果 1. 渤海中部是一个“极弱年碳汇”，但季节间强烈反转。 16个月观测的pCO₂范围为250.2—602.1 µatm，年平均海气CO₂通量为−0.12 mmol m-2 d-1，即整体表现为弱碳汇。但季节平均值跨越“源—汇”两侧：秋季为源（+0.16），冬季为汇（−0.32），春季（−0.01）与夏季（−0.05）接近中性。 2. 温度与生物过程共同主导pCO₂变化。 逐步线性回归模型年尺度R² = 0.793（p < 0.001），各因子相对贡献依次为：海表温度（SST）27.69% > 叶绿素a 16.76% > 盐度 11.28% > 光合有效辐射 10.62% > 10 m风速 2.80%。季节分层回归揭示了控制机制的系统性转换：秋、夏季生物控制占优（R² = 0.922），冬季物理控制主导（R² = 0.787），而春季可预报性极低（R² 仅 0.318），提示存在垂向混合等未被测量的过程。 3. 风暴事件触发“两阶段”pCO₂响应。 团队针对8次独立风暴事件（10 m风速连续≥2天超过10 m/s）做合成分析，发现了船基月调查根本无法看到的机制：海表pCO₂呈明显V形——风峰当日（Day 0）由风暴前基准354.7 µatm降至最低333.7 µatm（溶解度泵效应），随后在第4天反弹至355.8 µatm，净增加22.1 µatm，同时伴随SST下降2.62 °C、盐度上升0.08 psu，与“风驱动垂向卷吸富碳次表层水”的假设一致。 图3. 8次风暴事件合成分析：海表pCO₂的两阶段V形响应（依据原文结果绘制） 4. pCO₂梯度是海气CO₂通量的根本驱动。 海气CO₂通量回归模型进一步确认，控制通量的核心变量是海水与大气之间的pCO₂差（ΔpCO₂），而非单纯的温度或生物量。 研究结论 该研究建立了渤海中部碳汇动力学的机制框架，其核心主张是：高频自主观测是捕捉事件尺度过程的必要条件——这些过程是传统船基调查与卫星反演无法获取的。若仅依赖月尺度断面，风暴引发的一次次脉冲将被系统性漏掉，年度碳收支也将随之失真。 对设备而言，这项研究的价值在于把OceanPack的应用场景从“走航”扩展到了“锚系”。在渤海冬季水温低至0.7 °C、夏季高达27.8 °C、盐度在27—33 psu之间剧烈波动的16个月里，系统依靠膜式平衡+自动两点校准+防生物附着设计+内置校准气瓶，在无人值守条件下持续输出合格的3小时级时间序列。这与中国近海碳监测“由航次走向定点、由间断走向连续”的方向高度契合——渤海之外，东海、黄海、南海及各大养殖海湾的碳源汇业务化监测，同样需要这样“装得上浮标、跑得住长期、校得准数据”的自主pCO₂测量系统。 德国SubCtech公司OceanPack系列可提供BUOY（锚系浮标）、RACE（竞赛帆船/走航）、CUBE（紧凑型）、RACK（机架式）与AUMS（自主水下多参数采样）等全谱系产品，支持CO₂/CH₄/H₂O（红外或激光型）与温盐、溶解氧、叶绿素、营养盐等传感器的灵活集成，具备自动校准、自动清洁与远程遥测能力，既可作为走航系统安装于科考船与机会船，也可作为锚系单元长期值守——是构建中国近海碳源汇高频观测网的适用技术方案。 参考文献 1. Jiang F, Yu B, Shang J, Ma R, Wang C, Liu Y, Liu X, Gao S (2026) High-frequency observations of the variations of pCO₂ in the Bohai Sea. Frontiers in Marine Science 13: 1883447. https://doi.org/10.3389/fmars.2026.1883447 相关产品链接 德国SubCtech公司 浮标式 pCO₂ 分析系统 德国SubCtech公司 紧凑型 19″ 走航海洋表层多要素观测系统

研究团队使用丹麦KC-Denmark公司的HAPS柱状采泥器，在波罗的海格但斯克湾维斯瓦河羽流区及一条离岸深度断面上采集粗粒砂质沉积物亚样，配合多管采泥器的分层柱样，测定了大型底栖动物的群落结构、生物扰动潜力指数（BP_C）与生物灌溉潜力指数（IP_C），量化了自河口向外随水深增加时底栖动物改造沉积物能力的空间变化。相关成果于2023年发表于《Biology》。 研究背景 海岸带向人类提供养分调节、废物处理等多重生态服务功能，其中底栖生物尤为关键：它们通过摄食、呼吸、排泄等生理过程，以及翻动沉积物（生物扰动）与灌洗洞穴（生物灌溉）等行为，参与元素与营养盐循环。这些活动通常有利于沉积物充氧、扩大可供微生物利用的表面积，但强烈扰动也可能加速有机质与污染物的降解、转化或埋藏，甚至把深层积累的污染物重新释放出来，因此准确刻画底栖动物的扰动与灌溉能力，是理解海底生物地球化学过程的基础。 格但斯克湾位于波罗的海南部，深受维斯瓦河影响——这条波罗的海最长河流携带养分、有机质与包括重金属在内的多种污染物入海，贡献了该湾约九成的入流。当地已有研究涉及生物扰动潜力指数或营养盐通量，但生物灌溉过程此前尚无人系统研究，整群落水平的底栖分布数据也有限。本研究因此以维斯瓦河羽流区为对象，定量回答：底栖群落结构与扰动、灌溉潜力如何随距河口距离变化，哪些物种在沉积物改造中起主导作用。 研究过程 研究在维斯瓦河羽流区及沿离岸方向的一条深度断面展开，共设14个站点：11个站点于2014年7月在一艘科考船上采样，另3个站点（VE04、VE06、VE07）于2016年3月补充采集，最深处达105 m（格但斯克深槽附近）。每到一站，先以船载温盐深剖面仪在沉积物上方约0.5 m处测定底层水温、盐度与溶解氧浓度。 柱状沉积物以一台内径10 cm的多管采泥器采集，而粗粒砂质沉积物的亚样则由HAPS柱状采泥器取得。沉积物样品取表层10 cm，干燥均质后以灼烧失重法测有机质、以标准筛组按粒级分类。大型底栖动物每站采集3至5个平行样，柱样按0至1、1至3、3至6、6至10、10至15、15 cm以下逐层分割，各层单独过1 mm筛分离动物后以4%甲醛保存，实验室内鉴定到种（寡毛纲与Marenzelleria属多毛类除外），计数并称重，换算为每平方米的丰度与生物量。 数据处理上，以湿重换算去灰分干重后汇总各站点的生物扰动潜力指数与生物灌溉潜力指数，以聚类分析划分站点组，并考察环境因子对生物量、最大埋藏深度与两个潜力指数的解释力。 实验结果 一、环境条件自近岸向深水呈明显梯度。 除3个夏季采样、位于温跃层之上的站点外，各站底层水温均低于6.2 °C。底层盐度随水深增大，在格但斯克深槽达到12.7；溶解氧则相反，浅水站高于4.68 mL·dm-3，两个最深站点出现缺氧（低于2 mL·dm-3）。 图1. 丹麦KC-Denmark公司HAPS柱状采泥器 图2. 研究区与采样站位分布（论文 Figure 1） 二、生物多样性与各项生物参数随深度递减。 调查共记录23个大型底栖类群，其中河口附近出现频率高于70%的类群包括双壳类Macoma balthica、寡毛纲、多毛类Bylgides sarsi与Marenzelleria属等。多样性随深度下降，从浅水站的16个类群减少到格但斯克深槽的完全无生物。聚类分析把站点分为三组，浅水与中层两组的生物量都以M. balthica为绝对优势种（对组内相似性的贡献为67%与79%），最深一组则仅有多毛类B. sarsi。生物—环境匹配分析表明，决定大型底栖生物量结构的主要因子是底层水盐度与溶解氧浓度（相关系数0.74）。 图3. 站点聚类分析结果（论文 Figure 3） 三、扰动与灌溉潜力同样随深度急剧下降。 三组站点的平均生物扰动潜力指数与生物灌溉潜力指数分别为3412与1451（浅水组）、1683与714（中层组）以及5与1（最深组），最深站点几乎丧失功能；最高值出现在浅水站的VE05，BP_C达5001、IP_C达1958。多数站点的两个指数主要由M. balthica贡献，Marenzelleria属多毛类对生物灌溉潜力的贡献也较为突出。基于距离的线性模型显示，盐度（及其高度相关的溶解氧）单独即可解释生物量、埋藏深度与两项潜力指数逾44%的变异，叠加温度后（对BP_C还加入有机质）可解释80%以上。 图4. 生物扰动潜力指数与生物灌溉潜力指数及各类群占比（论文 Figure 5） 四、动物的垂向分布呈分层特征。 全部站点中数量上超过62%的个体集中在最表层（0至1 cm）；但生物量的最大层位在更深处——浅水站有42%的生物量位于3至6 cm层，中层站有近60%位于1至3 cm层，这与M. balthica的主导地位一致。记录到的最深类群为Marenzelleria属与Hediste diversicolor等多毛类及双壳类M. balthica，最大埋藏深度可达15 cm。 图5. 大型底栖动物的垂向分布（论文 Figure 4） 图6. 各分类群在沉积物中的埋藏深度（论文 Figure 6） 研究结论 这项研究把维斯瓦河羽流区的底栖功能从近岸到深水做了系统梳理：随着距河口距离增加、水深加大，生物多样性、丰度、生物量以及扰动与灌溉潜力都呈递减趋势。近岸区是扰动与灌溉驱动的生物地球化学过程热点，而深水区底栖生物缺失，意味着那里缺少由大型动物支撑的沉积物改造功能。更值得警惕的是，该区域仅由M. balthica与H. diversicolor、Marenzelleria属等少数物种主导扰动与灌溉；这种功能单一化一旦遭遇物种衰退，就可能使生态系统功能不稳定。研究因此主张更有效地保护近岸带这一类关键生境。 丹麦KC-Denmark公司的HAPS柱状采泥器承担了本研究中粗粒砂质沉积物亚样的采集。该采泥器以大面积取样面垂直切入海底，在含砂底质与不同水深条件下都能稳定取回表层沉积物，使各站点之间的沉积物参数与动物分布更具可比性；正是这种可靠的表层取样，配合多管采泥器的分层柱样，才使从近岸到深水的扰动与灌溉潜力梯度得以完整刻画。对于海洋底栖生态研究而言，KC-Denmark HAPS柱状采泥器是久经验证的标准工具。 参考文献 Miernik NA, Janas U, Kendzierska H. Role of Macrofaunal Communities in the Vistula River Plume, the Baltic Sea—Bioturbation and Bioirrigation Potential[J]. Biology, 2023, 12(2): 147. DOI: 10.3390/biology12020147. 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Haps取样器