导语 海洋表层生产的有机碳，有多少能一路沉到千米以深的黑暗大洋？经典“生物泵”理论认为，沉降颗粒物通量随深度急剧衰减，因而深海浮游动物生物量应当少到可以忽略。2020年，西班牙拉斯帕尔马斯大学Hernández-León领衔、联合欧洲多家海洋研究机构的团队在《Nature Communications》发表重要成果，对这一传统认知提出了挑战。研究基于“Malaspina环球航次”在热带与亚热带大洋的自采数据——由MultiNet多联浮游生物采样网完成3000米分层垂直拖网，并汇编全球274个浮游动物生物量剖面进行综合分析。结果首次在全球尺度证实：从真光层、中层到千米的深水层（1000–2000米），浮游动物生物量均与表层净初级生产力（NPP）显著正相关；按深层呼吸需求反推，至少需要0.44 Pg C/yr（约4.4亿吨碳/年）被主动输送进深海——与被动碳埋藏通量同一量级。这意味着海洋生物泵向黑暗大洋输送的碳，可能是现行全球碳收支所估计的两倍。 一、研究背景 黑暗大洋占海洋体积的99%，是地球上最大的栖息地。有机碳从表层向深海输送的“生物泵”过程，决定着百年尺度上大气与海洋之间的碳交换。依据Martin曲线，沉降颗粒通量随深度指数衰减，绝大部分碳在中层就被消耗殆尽，因此长期以来，深海浮游动物被视为“生物量荒漠”。但近年多项发现动摇了这一图景：大洋中上层鱼类生物量至少比此前估计高一个数量级，且随上层水域初级生产力增加而增长；昼夜垂直迁移的浮游动物与游泳动物在生产力海区输送着可观的“活性碳通量”。既然消费者群体的生物量与碳需求在深海可能被系统性低估，那么一个悬置了半个多世纪的问题亟待回答：深海浮游动物生物量，究竟是否与表层初级生产力存在全球尺度的耦合？ 二、研究过程 研究团队把突破口放在了2010–2011年的Malaspina环球航次上。这次考察沿赤道两侧热带、亚热带大洋绕行地球一周，在每个站位，科学家使用0.5平方米口径的MultiNet多联浮游生物采样网（Hydro-Bios，5网串联，300微米筛绢，配流量计计量滤水体积），于白天实施自3000米至表层的垂直分层拖网。样品船上4% buffered甲醛固定，实验室经高分辨率扫描与图像分析软件定量丰度，按类群换算为干重与碳生物量，构成研究中唯一自采的核心数据（占全球汇编数据的13.5%）。 在此基础上，团队又系统梳理了已发表文献中全球274个浮游动物生物量剖面，统一换算为碳单位并按Longhurst生物地理省归类。为检验网采结果的可靠性，研究引入三路独立证据：一是Malaspina航次随采水罗集架下放的LADCP声学多普勒剖面仪，获取4000米以浅的声学背散射强度作为生物量替代指标；二是浮游动物氮稳定同位素（δ15N）测定，用以追踪深层食物网的营养级变化；三是深层样品的ETS酶活性测定，换算深海浮游动物的呼吸耗碳需求。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet Maxi多联浮游生物采样网 图2. 不同大洋生物地理省浮游动物生物量的垂直分布（对数坐标），黑线为总体拟合，虚线为分区拟合（图源：Hernández-León et al., 2020, Nature Communications, CC BY 4.0） 三、实验结果 数据显示，浮游动物生物量随深度以平均每公里1.21的衰减率递减，但衰减背后隐藏着清晰的生产力烙印：Malaspina数据中，NPP与真光层（0–200米）、中层（200–1000米）和深水层（1000–2000米）生物量均显著正相关（r2分别为0.41、0.36和0.61，p均小于0.001），且三个回归在高生产力端收敛——初级生产力足够高时，深层生物量可攀升到与中层相当的量级。从贫营养（约200 mgC m-2 d-1）到中营养（约800 mgC m-2 d-1）海区，深水层浮游动物生物量增加了一个数量级。 独立证据链全面支持网采结论：LADCP声学背散射在200–1000米及1000–4000米各层均与NPP显著正相关，并在高生产力海区出现深层散射增强；δ15N随深度系统富集，表明深海浮游动物营养级更高，符合“Vinogradov迁移梯”——摄食于上层、逐级向深水输送碳的多级迁移链条。按ETS呼吸速率反推，深水层浮游动物的碳需求要求每年至少0.44 Pg C被输送到千米以深，这一数值与沉积物捕集器估得的被动碳埋藏通量相当。 图3. Malaspina环球航次中净初级生产力与真光层、中层、深水层浮游动物生物量的关系（双对数坐标），三组回归在高生产力端收敛（图源：Hernández-León et al., 2020, Nature Communications, CC BY 4.0） 图4. 环球航次LADCP声学背散射断面（0–4000米）：上为走航轨迹，下为声学体积散射强度，高生产力海区千米以深散射增强（图源：Hernández-León et al., 2020, Nature Communications, CC BY 4.0） 四、研究结论 这项研究第一次证明，表层初级生产力的信号可以“贯通”传递到千米以深的黑暗大洋：生产力越高，深层浮游动物越兴旺，深层碳消耗与再矿化也越强。要维持这一系统运转，仅有被动沉降是不够的——必须存在与被动通量同量级的主动输送机制，即由垂直迁移动物经“Vinogradov梯”逐级下送碳流。据此估算，海洋生物泵向暮光层与黑暗大洋输送的碳约为现行全球碳收支估值的两倍，全球碳循环模型亟需把中上层浮游动物与游泳动物纳入核心组件。 图5. 生物泵碳通量概念图：贫营养与高生产力海区中POC通量、DOC通量与动物活性通量的分层对比，活性通量（红箭头）与被动通量同量级（图源：Hernández-León et al., 2020, Nature Communications, CC BY 4.0） 结语 在这项全球尺度的研究中，Malaspina航次的核心采样装备正是德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet多联浮游生物采样网：0.5平方米网口、5网串联，可在一次下放中完成3000米水柱的多层序列采样，流量计实时计量滤水体积保证定量精度，大深度作业稳定可靠，为跨大洋比较提供了标准化的分层样品。对计划开展深海生物量剖面观测的航次而言，这套“一次下放、多水层同步取齐”的能力，既压缩了船时，也避免了分层样品之间的时间差。所有航次数据已在PANGAEA开放共享，欢迎关注全球深海碳泵研究的同仁查阅原始数据集（10.1594/PANGAEA.922974）。 参考文献 1. Hernández-León, S., Koppelmann, R., Fraile-Nuez, E., et al. Large deep-sea zooplankton biomass mirrors primary production in the global ocean. Nature Communications, 2020, 11: 6048. DOI: 10.1038/s41467-020-19875-7 2. Irigoien, X., Klevjer, T. A., Røstad, A., et al. Large mesopelagic fishes biomass and trophic efficiency in the open ocean. Nature Communications, 2014, 5: 3271. DOI: 10.1038/ncomms4271 3. Martin, J. H., Knauer, G. A., Karl, D. M., Broenkow, W. W. VERTEX: carbon cycling in the northeast Pacific. Deep-Sea Research, 1987, 34: 267–285. DOI: 10.1016/0198-0149(87)90086-0 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 MultiNet 多联浮游生物采样网

本期「深蓝瞭望」聚焦三条主线：装备层面，我国首次在国际海底矿区完成成规模深海多金属结核采集试验，声学定位与巡检机器人成为核心支撑；技术层面，微型低频天线完成水—气跨介质通信实验，国际团队首次实时记录水下滑坡全过程；市场与政策层面，观测网络优化研究显示小幅加密即可显著改善碳汇估算，水下自主智能基础层公司完成种子轮融资，厦门「十五五」海洋经济专项规划落地。以下对近日动态进行梳理，供行业参考。 一、深海采矿：五矿·鲲鹏号完成5330米成规模采集试验 图1. 遥控潜水器（ROV）机械臂将采样管压入布满多金属结核的海床——深海采矿装备的每一次作业，都依赖声学定位与原位感知的配套支撑（图源：NOAA Ocean Exploration，美国政府作品，公有领域） 据哈尔滨工程大学消息，由长沙矿冶研究院牵头、哈尔滨工程大学等单位参与的国家重点研发计划项目，近日在我国东太平洋中国五矿国际海底矿区完成海上试验：重型智能深海多金属结核采矿车「五矿·鲲鹏」号下潜至5330米水深，完成我国首次在国际海底矿区成规模开展的深海多金属结核采集试验。哈工程深海水下信息技术团队承担采矿车水下定位导航系统，攻关立体空间声学定位与多元信息融合组合导航技术，在强噪声环境下实现深海亚米级高精度定位，支撑采矿车水下长时间运行；水下智能机器人技术团队研制了搭载于采矿车内部的专用巡检机器人，完成「子母式」随动巡检作业，实时回传设备状态与环境信息，为作业安全与环境扰动评估提供原位数据。深海采矿装备从样机走向矿区海试，声学定位、水下通信与原位监测是绕不开的配套环节。 图2. ROV「Deep Discoverer」的采样斗正从海底收集沉积物与结核——从科考级取样到矿区级采集，海底作业装备正沿同一条技术谱系升级（图源：NOAA Ocean Exploration，美国政府作品，公有领域） 二、跨介质通信：毫瓦级微型低频天线完成水下实验 西安交通大学联合国内外研究团队在《科学进展》（Science Advances）发表论文，提出压电驱动磁偶极扭转谐振器（PMTR），为低频天线小型化提供新路线：利用压电单晶的微小形变带动永磁体周期性扭转，产生低频交变磁场。谐振器工作频率15.4赫兹、体积约6.3立方厘米，在仅1.6毫瓦器件输入功率下，100米处的交变磁场约为0.62皮特斯拉，与相近尺寸的传统环形线圈相比辐射效率提高约4.9万倍。团队将谐振器、驱动与调制电路、电源和防水结构集成为完整发射系统，在浙江千岛湖开展跨域通信实验：发射机置于约30米水深，115米外的岸上接收端仍测得约0.5皮特斯拉磁场信号，整套系统功耗仅10.4毫瓦，若以2600毫安时锂电池供电有望连续运行一个月以上。水下机器人、海底监测设备与潜水作业长期受困于水—气界面通信瓶颈，这一方向若持续成熟，将为长周期水下监测装备的低功耗数据回传提供新选择。 三、水下滑坡：国际团队首次实时记录全过程 英国杜伦大学与多国合作团队在《科学》发表论文，在加拿大不列颠哥伦比亚省霍马斯科三角洲首次于自然环境中原位观测到水下滑坡发生与发展的全过程。为期18天的观测中，团队以每秒一帧的声呐连续成像监测三角洲陡坡前沿，每日测绘海床，并在下游700米布放浑浊度传感器；11天内记录约30次小型滑坡，共移除约6.1万立方米沉积物，相当于同期河流输沙量的两成。观测显示，滑坡并非整体瞬间垮塌，而是以每秒2至27毫米的速度沿坡面向后「渐进后退」（breaching），单次持续38至100分钟，且全部发生在河流高流量与落潮叠加时段；每次滑坡触发的含沙浑浊流沿海底水道行进至少两公里，浑水持续12至14小时。这一成果改进了对海底滑坡动力过程的认识，对海缆、海底管道与海上风电基础的风险评估具有直接参考价值——这些线性基础设施恰恰是浑浊流与滑坡最常「光顾」的对象。 四、观测网络：小幅加密改善碳汇估算，声学监测走向分布式值守 世界气象组织《气象通报》刊文（GEORGE项目团队参与）指出，海表二氧化碳现场观测目前仅覆盖约2.3%的1°×1°月度网格，南大洋冬季尤为薄弱；模拟实验显示，在缺测海域与季节针对性增补船舶观测和无人艇观测，可将全球海洋碳汇重建估算的偏差降低约33%。GEORGE项目正把新型传感器与采样器集成到Argo浮标、深海着陆器、水下滑翔机与无人艇等自主平台，以补齐极地与南大洋的观测空白。无人系统方面，近期多国参与的水下自主技术演示活动中，分布式被动声学传感系统对从微型到超大型的各类无人水下航行器完成了探测、分类与跟踪验证：固定式声学节点与无人艇布放的大孔径拖曳阵列组合组网，单套系统可连续值守超过90天，声学数据在边缘端经人工智能辅助处理后生成目标航迹。无论用于航道监测，还是港口与关键设施周边的水下态势感知，「固定节点+移动布放+边缘计算」的分布式声学组网正在成为水下监测的新范式。 五、资本与政策：水下智能基础层获融资，厦门规划落地 资本动向方面，深圳初创企业领渊智能宣布完成千万级种子轮融资，定位水下装备的通用智能基础层：不与整机厂商比拼耐压与推进，专注水下自主决策系统，核心是让装备对水流扰动做出预判并自主规划路径、悬停与作业动作，使操作员从「操控者」转变为「指挥者」，一人可同时管理多台机器。团队来自香港科技大学、清华大学与佐治亚理工学院，具备近二十年的水下工程积累。政策方面，厦门市人民政府近日印发《厦门市「十五五」海洋经济发展专项规划》，印发主体由海洋部门首次上升到市政府层面：2025年厦门海洋生产总值预计突破2700亿元、占地区生产总值比重超30%，海洋新兴产业增加值占海洋生产总值近四成，已培育海洋龙头企业30家、涉海上市企业15家；规划提出到2030年海洋新质生产力实现新提升，到2035年全面建成具有国际竞争力的现代海洋城市。 结语 图3. 本期要点速览（图表制作：青岛水德科技有限公司） 从5330米深的采矿车到115米跨介质传回的磁信号，海洋观测与作业装备的每一次延伸，背后都是声学、传感与智能算法的接力。青岛水德科技有限公司将持续跟踪海洋观测与探测装备的最新进展，为行业用户提供前沿资讯与设备选型支持。 来源声明：本文根据哈尔滨工程大学、西安交通大学、《科学进展》、杜伦大学、《科学》、世界气象组织《气象通报》、新浪财经、厦门日报等公开信息整理，内容仅供参考。

本期「深蓝瞭望」聚焦三条主线：装备验证层面，华南首个海洋智能装备湖试基地投运，国内首个水下机器人整机测试标准同步支撑「实验室—水池—湖试—海试」全链条；企业与市场层面，空海潜一体的无人母船平台、船体清洗机器人融资与国际海底勘测合同并行；应用与政策层面，深远海养殖声学监测让鱼群变成可计量资产，广州「十五五」海洋经济规划明确科创平台目标。以下对近日动态进行梳理，供行业参考。 一、华南首个海洋智能装备湖试基地投运：补上研发到海试的中间一环 图1. 「HUGIN 6000」自主水下航行器从「Okeanos Explorer」号科考船布放——水下机器人从湖上试验到深海作业，验证环节贯穿装备全生命周期（图源：NOAA Ocean Exploration，美国政府作品，公有领域） 据广州日报、新浪财经11月13日报道，华南首个海洋智能装备专业化湖试基地一期工程在广州白云区竣工投运。基地试验水域由长期闲置的废弃矿坑改造而成，最大长度约520米、最大宽度约330米、平均水深近30米，水域水质清澈、水文环境稳定，可满足声、光、电、磁全要素海洋智能装备测试标准。基地由广东智能无人系统研究院（南沙）建设运营，该研究院由广州市人民政府、南沙区管委会与中国科学院沈阳自动化研究所共建。自10月试运行以来，基地已顺利完成3000米级自主水下机器人（AUV）、小型遥控水下机器人（ROV）、水下测绘声呐等高端海洋装备的全功能湖试。 湖试是衔接实验室研发与海上实景应用的关键枢纽，占水下装备整体研发周期的三成以上。此前大湾区机构需跨省开展湖试，单次综合成本数万元至数十万元、周期长达3至6个月。2026年7月，研究院还牵头发布国内首个水下机器人整机测试标准《水下机器人通用测试方法》，海星6000米级ROV、探索6000 AUV、海斗一号ARV等核心装备均可对外提供技术服务。检验检测能力与标准化体系同步补位，国产水下装备的迭代与市场化节奏有望进一步加快。 二、空海潜一体：无人母船平台让一次出海完成三种视角检测 据海南省科学技术厅11月12日报道，海南飞行者科技构建了无人机+无人母船+水下机器人的全域协同作业系统：母船顶部搭建无人机起降平台，船底搭载水下机器人，一次出海即可完成空中桥梁裂纹排查、桥墩外侧观测与水下基础检查，替代过去需要多支队伍、多轮次才能完成的检测流程。该公司的无人机远程智能控制与目标智能识别技术突破传统约70公里的传输上限，实现洋浦至海口200多公里的跨城市实时态势回传，作业现场就地生成有效数据；水下机器人测试作业深度可达400米，覆盖九成以上民用场景，将单根浮标锚链的检查从「大船起吊、单次半天」压缩到两人一个半小时。企业已获评国家级专精特新重点「小巨人」，2025年营收突破1.03亿元，相关装备已在长三角跨海大桥与邮轮检测、新加坡邮轮巡检项目中落地。 三、订单与融资：船体清洗机器人获资本加注，海底勘测合同放量 资本层面，据多家行业媒体11月中旬报道，上海泊展机器人完成数千万元首轮机构融资，由道彤投资领投、世达舶跟投。其核心产品Metis船体清洗机器人集成水下视觉识别、AI路径规划、船体吸附与空化清洗模块，已在宁波、广州南沙、北部湾、青岛等港口完成多轮实船验证，并与新加坡一家船舶水下服务商达成合作。船体生物污损背后的运维账本足够大：国际海事组织相关研究显示，仅0.5毫米厚的黏液层覆盖就可能使燃油消耗和温室气体排放增加约25%，重度污损下增幅可超40%，绿色航运监管趋严正在把船体清洁推向常态化、标准化。 图2. 海底测绘航次的测线规划图——海底节点地震采集与海道测绘同样依赖精密的测线设计（图源：NOAA Ocean Exploration，美国政府作品，公有领域） 国际市场上，挪威TGS公司11月12日宣布获得纳米比亚海域海底节点（OBN）地震采集合同，工期约120天，深水作业队计划于四季度出动，为其OBN队伍带来至2027年二季度的排期；公司表示2027年OBN业务机会持续改善，活动将主要集中在南大西洋盆地两侧。自主装备方面，土耳其STM公司11月11日公布，其两人便携的NETA 300自主水下航行器在地中海完成海底目标自主探测与成像演示：设备最大工作深度300米、最大航速5节、续航可达24小时，配置侧扫声呐与缝隙声呐并可选配合成孔径声呐，民用方向覆盖海底评估、管道与海上新能源设施巡检、地球物理调查及海洋考古。声呐探测水下目标、海底自主成像这类能力，正沿着「演示验证—批量应用」的路径走向常态化。 四、深远海养殖的「感知账本」：声学监测让鱼群变成可计量资产 据中新网广东、21世纪经济报道11月12日至13日报道，珠江口伶仃洋的格盛1号深远海养殖平台上，3万立方米养殖水体仅需3名运维人员值守：水质、溶氧、盐度等指标每30秒更新一次，鱼探仪16秒完成全域水下扫描，「知鱼M3」水下声学监测系统单次扫描10分钟即可完成鱼群三维建模，自动统计数量、体长分级与生物总量，形成可计量、可追溯的「生物资产台账」，平台据此落地广东省首例海洋牧场「活体贷」300万元，让水下的鱼变为可评估的资产。网络层面，中国联通「岸海船星」海洋专网在沿海部署近1500座超远覆盖基站，实现离岸22公里连续覆盖，依托海上风电升压站与塔筒构建40至80公里海基链支撑深海养殖，船载基站再把覆盖延伸至200公里以上。感知装备、通信网络与金融工具接连落地，深远海养殖正从「凭经验看海」转向「靠数据运营」。 五、区域规划与会议前瞻 据广州日报11月15日报道，《广州市海洋经济发展「十五五」规划》明确到2030年全市涉海科技创新平台达170个，累计新增涉海概念验证平台和中试验证平台5个、新增海洋领域标志性场景20个，并围绕「港、船、能、药、游」五大方向布局海洋经济，深海装备、海洋生物医药与波浪能等新兴方向均列入重点赛道。会议方面，中国电机工程学会海缆输电工程技术专业委员会学术年会定于11月26日至28日在广州举行，主题为「海底电缆输电技术创新与新型电力系统建设」；中国科学院广州能源研究所11月17日举办学术报告会，韩国海洋大学李英浩教授将介绍采用双向空气/水涡轮的新型振荡水柱式波浪能发电装置动力输出系统研究进展。 结语 图3. 本期要点速览（图表制作：青岛水德科技有限公司） 从废弃矿坑改造的湖试场，到深海网箱里10分钟一扫的声学台账，本期动态共同指向一个趋势：海洋装备产业正在补齐「验证、计量、融资」这些看不见的中间环节，而它们恰恰决定着装备从样机走向产品的速度。青岛水德科技有限公司将持续跟踪海洋观测与探测装备的最新进展，为行业用户提供前沿资讯与设备选型支持。 来源声明：本文根据广州日报、新浪财经、海南省科学技术厅、中国新闻网、21世纪经济报道、TGS公司、STM公司等公开信息整理，内容仅供参考。