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
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