2020年1月，俄罗斯科学院希尔绍夫海洋研究所的 Khimchenko、Frey 与 Morozov 乘“克尔德什院士”号科考船执行第 79 次南极航次，在南极布兰斯菲尔德海峡尼尔森岛外海布放了一套锚系潜标：潜标上挂了四台冰岛 Star-Oddi 公司的 Starmon mini 温度记录仪和一台同厂 DST TD 温压记录仪，连续自记 14 天，用等温线的起伏直接量出了日潮内波的振幅，成果同年发表于《俄罗斯地球科学杂志》（Russian Journal of Earth Sciences）。 一、研究背景 潮汐内波是海洋内部看不见的巨浪，在高纬度海域却很少被直接测到。 正压潮横扫海底地形时，潮流被斜坡搅动，把表层以下的密度界面掀出几十米甚至上百米的起伏，这就是潮汐内波。海峡两岸陡峭的地形让峡内潮流加速，因此海峡里的内潮往往比开阔大洋更强。不过，高纬度的内波实测记录一直稀少，南极海域更是难得。 高纬内潮还有一个独特之处：半日内潮存在一条 74 度 30 分的临界纬度，测量站位在临界纬度以北还是以南，内潮性质截然不同。南极研究程度最高的德雷克海峡自 1975 年以来积累了不少观测，而布兰斯菲尔德海峡虽然也有过潮汐研究，直接的内波观测记录依然匮乏。研究团队的目标，就是在 2020 年 1 月至 2 月的南半球夏季，用直接测温把这片海峡的潮汐内波量出来。 二、研究过程 潜标布放在布兰斯菲尔德海峡东北部、南设得兰群岛尼尔森岛近旁，坐标为 62 度 21.368 分南、58 度 49.352 分西，所在海区总水深约 70 米。潜标浮球上一共挂了五台自容式记录仪：四台 Starmon mini 温度记录仪按 26、36、46、56 米分层挂载，一台 DST TD 温压记录仪挂在最浅的 16 米；前者采样间隔 30 秒，后者 1 分钟。仪器从 1 月 20 日连续记录到 2 月 3 日，共 14 天。 图1. 冰岛Star-Oddi公司Starmon温度记录仪 高纬浅海布放潜标有一层额外难度：整个记录期间，潮流与平均流把浮球周期性压低，相对初始位置的下沉幅度在 0.5 米到 18 米之间变化，各台仪器的实际深度随时间漂移。好在顶部 16 米那台 DST TD 记下了完整的压力序列，研究团队据此逐时刻还原每台温度记录仪的真实深度，把温度序列换算成等温线位移，内波的垂向振幅就此显形。潮位与正压潮流的对比数据，则取自美国俄勒冈州立大学的 TPXO9.0 全球潮汐模型。 三、实验结果 等温线像钟摆一样按日摆动。 温度断面图显示，整个观测期等温线持续起伏，其中 1 月 21 日至 25 日最为剧烈：0.9 摄氏度等温线的深度在十几米到五十多米之间反复扫动，振幅最高达到 40 米。起伏的主周期接近 24 小时，说明日周期内波在这片海域占绝对主导。 频谱把日潮峰钉在 24 小时上。 对 1 月 20 日至 27 日 0.9 摄氏度等温线位移序列做谱分析，频谱在 24 小时周期处出现清晰的峰，恰与日潮周期对应；谱上仅有 95 百分位置信区间包络的亚惯性峰出现在平均温度起伏的谱里，并不可靠。当地惯性周期为 13.5 小时，介于半日与全日之间的弱振荡只在时间序列末端零星出现。 图2. 研究区水深与潜标站位（红点）：布兰斯菲尔德海峡东北部尼尔森岛外海（论文 Figure 1） 图3. 观测期等温线位移时间序列：14天温度断面，垂向起伏贯穿全程（论文 Figure 2） 图4. 0.9摄氏度等温线1月21日至25日的深度变化：单日起伏可达40米（论文 Figure 3） 内波是尼尔森岛坡脚的受迫波动。 日周期内波的临界纬度是 30 度，研究海区远在其极南，日潮内波无法作为自由内波向北传播，只能依附尼尔森岛的倾斜海底存在。1 月 25 日恰逢新月，观测几乎全程压在大潮期，潮汐内波因此格外强烈。团队推断，观测到的正是南半球夏季日潮分量增强的体现——模式研究早已表明，日潮振幅从乔治王岛一侧向南极半岛方向逐渐增大。 潮模型复现了潮流椭圆的旋转。 TPXO9.0 模型给出的观测点潮位序列显示，日分潮潮差 1 至 1.5 米，峰值出现在 1 月 25 日至 27 日的大潮期。基于模型潮流绘制的 120 小时前进矢量图上，24 小时周期的潮流椭圆顺时针旋转了五圈，12 小时周期的椭圆则逆时针旋转，与德雷克海峡的经典观测行为一致。 图5. 0.9摄氏度等温线位移频谱：24小时周期处峰值突出，虚线为95百分位置信区间（论文 Figure 4） 图6. 观测点潮位序列（上）与基于TPXO9.0潮流的前进矢量图（下）：24小时椭圆顺时针、12小时椭圆逆时针（论文 Figure 5） 四、研究结论 这次观测把布兰斯菲尔德海峡的潮汐内波首次量化：日周期内潮主导，等温线起伏高达 30 至 40 米；频谱在 24 小时处有清晰峰值；该内波是尼尔森岛坡底的受迫波动，无法作为自由波离开陆架；南极夏季日潮分量的增强，正是它如此强烈的背景。潮汐内波把深水营养盐与热量反复搅进表层，是极地近岸物质输运与生态过程不可忽略的推手。 支撑这项发现的，是一套在位 14 天、每 30 秒记一次温度的五传感器潜标。南极近岸风急浪涌、海冰出没，调查船窗口期极短，靠走航观测根本抓不到周期以天计的内波信号；而像 Starmon mini 这样的自容式温度记录仪体积极小，一次挂载即可按秒级间隔默默记录数周乃至数月，配合同厂的 DST 系列微型记录仪还能同步输出压力，把仪器深度的漂移一并还原。对极地与深水锚系观测而言，这类高频率、长在位的微型测温方案，是用最低的船时成本换取连续数据的可靠选择。 参考文献 Khimchenko, E. E., Frey, D. I., and Morozov, E. G.: Tidal internal waves in the Bransfield Strait, Antarctica, Russian Journal of Earth Sciences, 2020, 20: ES2006. https://doi.org/10.2205/2020ES000711 相关产品链接 冰岛Star Oddi公司 水下温盐深记录仪 冰岛Star Oddi公司 温度压力记录仪 冰岛Star Oddi公司 防护壳与固定安装配件

2026年，摩洛哥哈桑二世大学、摩洛哥国家渔业研究所（INRH）与挪威海洋研究所（IMR）的联合团队，依托EAF-Nansen计划，搭乘“Dr. Fridtjof Nansen”号科考船，在加那利海流大型海洋生态系统（CCLME）的永久上升流区完成了一条长241海里的跨陆架断面调查。团队使用德国HYDRO-BIOS公司的Bongo网（货号438 750，网口直径60 cm、网孔405 μm，配438 110机械流量计）采集水平分布样品，并以MultiNet Mammoth多联采样网（货号438 163，网口面积1 m2、网孔300 μm）在四个站位完成至800 m深的五层分层采样，系统刻画了鱼卵仔鱼沿近岸—离岸梯度的群落更替与垂向结构。相关成果发表于《Journal of Plankton Research》。 一、研究背景 加那利海流大型海洋生态系统是全球面积最大的东部边界上升流系统，其西北非段受常年强上升流驱动，初级生产力高、中尺度活动剧烈，支撑着欧洲鳀、欧洲沙丁鱼等重要小型中上层渔业。Cape Blanc（约21°N）以北属于准永久上升流区，受北大西洋中央水影响，是全球渔业资源的关键补充区，也是研究上升流如何塑造鱼类早期生活史的天然实验室。 鱼类早期阶段（卵、仔鱼及变态期个体）的水平输运与垂向分布，直接决定其存活、扩散与补充，并影响中上层与中层带之间的能量与碳流。然而，以往该海域的仔鱼研究大多局限在200 m以浅，中层带（mesopelagic，200–1000 m）中变态期与幼鱼阶段的分布几乎空白。 这一需求对采样装备提出了苛刻要求：既要用较大网口的浮游生物网保证定量性，又要具备一次下放即可分层取样、并按水层分别记录滤水体积的能力。德国HYDRO-BIOS公司的Bongo网与MultiNet多联采样网，正是为满足这类分层定量采样而设计。 二、研究过程 调查于2019年12月6—14日进行，断面向南越过Cape Bojador后垂直于岸线布设，从约24°59′N, 15°05′W延伸至26°41′N, 19°08′W，跨越水深约41 m至4500 m等深线，共设11个站位，并在单个24小时周期内完成，以控制昼夜差异。 水平分布采样使用Bongo网（HYDRO-BIOS 438 750，网口直径60 cm、网孔405 μm），配接438 110机械流量计；网具以双斜拖方式下放至最大200 m（浅于200 m的站位则离底10 m），拖速2–3节。在5、7、9、11号四个站位，另用MultiNet Mammoth（HYDRO-BIOS 438 163，1 m2网口、300 μm网孔）分层取样，依次采集800–600 m、600–400 m、400–200 m、200–100 m、100 m–表层五个水层；该系统配备两个电子机械流量计，分别监测内部滤水流量与外部流量以判断网具堵塞情况，实测显示过滤效率良好、无堵塞。此外，团队还以WP2网（56 cm网口、64 μm网孔，配438 115机械流量计）采集200 m以浅的中型浮游动物干重，作为生产力指标。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司Bongo网（货号438 750） 图2. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet浮游生物多联采样网 样品在船上以4%硼砂缓冲甲醛海水溶液固定，仔鱼经分类鉴定、计数与发育分期，并测量总长；中层带样品则按站位分别烘干称重，估算干重生物量。 图3. 加那利海流断面采样站位及三种采样网具的布设（Bongo/WP2、MultiNet） 三、实验结果 1. 水平方向呈现明显的近岸—离岸群落过渡。 Bongo网共采集1339尾仔鱼，分属28科、至少28属61种。近岸站位由欧洲沙丁鱼（Sardina pilchardus）主导，丰度达4.06–159.01尾·m-2；其鱼卵仅出现在最靠岸的1号站，达300.45枚·m-2。向离岸方向，中层鱼类（灯笼鱼科、光鱼科、钻光鱼科等）比例逐渐升高，群落聚为近岸（A组）与离岸（B组）两大类。 2. 垂向结构清晰，早期个体集中于上层。 MultiNet样品共采集579尾个体（236尾仔鱼、343尾变态至成鱼阶段）。前弯曲期至后弯曲期仔鱼约57%集中在0–100 m，上层0–200 m的多样性与丰富度最高；变态期个体则在下层400–800 m达到峰值，密度超过100尾·1000 m-3。 3. 钻光鱼属（Cyclothone）主导中层带且不进行昼夜垂直迁移。 该属变态至成鱼阶段在400–800 m层富集，分别占400–600 m与600–800 m层鱼类总群落的41.7%与49.8%，昼夜加权平均深度无显著差异，与多数中层鱼类夜间上溯的行为形成对比。 4. 个体大小随深度增大，深层生物量贡献可观。 钻光鱼体长呈明显的个体发育垂向格局：仔鱼（6–8.9 mm）集中于表层，较大个体（11–25.5 mm）见于200 m以深。在600–800 m层，变态至成鱼阶段的钻光鱼对总生物量的贡献最高可达34.9%（7D站），凸显其在深层碳循环中的潜在作用。 图4. 断面各站仔鱼丰度与中型浮游动物干重生物量分配 四、研究结论 本研究在加那利海流断面上同时刻画了仔鱼的水平与垂直分布格局，证明上升流系统强烈的物理梯度不仅塑造了近岸—离岸的群落更替，也决定了不同发育阶段在垂向上的分层。钻光鱼属等中层鱼类在400–800 m持续占据优势，并通过昼夜垂直迁移参与主动碳输运，这对于理解上升流海域的碳泵与生态系统连通性具有重要意义，也为该海区的长期监测提供了基线。 本研究中，德国HYDRO-BIOS公司的采样网具发挥了关键作用。Bongo网（438 750）以60 cm网口、405 μm网孔实现上层仔鱼的高效定量采集，配合438 110机械流量计精确换算滤水体积；MultiNet Mammoth（438 163）则以1 m2大网口、300 μm网孔，在单次布放中同步获取五个标准水层的样品，并通过双流量计实时监控堵塞、保证各层数据可比。HYDRO-BIOS的Bongo网、MultiNet多联采样网与WP2网系列均可按需选配网孔与流量计，是海洋鱼类早期生活史与浮游生物分层定量研究的可靠工具。 参考文献 Mouiret, O., Abdelouahab, H., Tiedemann, M., Goliat, Y., Ettahiri, O., Baibai, T., Errhif, A., Isari, S. Spatial distribution of early life stages of fish along horizontal and vertical gradients in the canary current large marine ecosystem. Journal of Plankton Research 48(3), fbag030 (2026). https://doi.org/10.1093/plankt/fbag030 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 Bongo 双网水平拖网 德国HYDRO-BIOS公司 MultiNet 多联浮游生物采样网 德国HYDRO-BIOS公司 WP2 / WP3 闭式浮游生物网 德国HYDRO-BIOS公司 生物网口流量计

2020年，日本海洋研究开发机构（JAMSTEC）的重光真仁与内田裕之等研究人员，把一台激发370纳米、发射440纳米的Seapoint紫外荧光计挂接在CTD系统上，搭乘“未来”号科考船沿GO-SHIP印度洋两条断面，以小于67公里的站位间距连续观测荧光有机物（FOM370/440）的垂线分布，再结合水团分析与氧消耗量关系估算了它在印度洋的更新时间。这项成果同年发表于《Frontiers in Microbiology》，给出的答案是410±19年。 一、研究背景 海洋溶解有机质碳库约662 Pg C，其中绝大部分为难降解组分，由表层海洋生产的有机物经微生物矿化转化而来，随经向翻转环流在深层与深渊水中积累数百年至上千年——这一“微生物碳泵”机制是海洋封存大气二氧化碳的重要途径。难降解组分中的发色与荧光部分（CDOM/FDOM）可作为其示踪物：既有研究表明类腐殖质荧光与表观氧消耗量（AOU）在太平洋呈线性相关，但观测多依赖离散采水与实验室测定，覆盖度有限。要在洋盆尺度捕捉难降解有机质的大范围同步动态，必须依靠原位荧光计的高分辨率连续剖面。为此，团队需要先行解决原位荧光信号的温度猝灭校正与实验室标定问题。 二、研究过程 图1. 美国Seapoint公司SUVF荧光计（紫外荧光法测CDOM） 航次分两段：北断面观测于2019年12月5–27日完成，南断面于2019年12月29日至2020年2月10日完成。CTD系统挂接36只采水瓶下放，Seapoint紫外荧光计与溶解氧传感器同步采集FOM370/440、溶解氧剖面，PAR与浊度数据一并记录。荧光计的激发与发射波长分别为370纳米（半高宽12纳米）与440纳米（半高宽40纳米），对应类腐殖质荧光团的特征波段。 图2. 印度洋两条观测断面的CTD与采水站位分布（论文 Figure 1） 为标定原位数据，团队在41个站位从表层到底部以上10米、每站约24层采集水样；250米以浅样品过滤后装入预灼烧玻璃瓶避光冷藏。针对硅胶管可能吸附有机物的顾虑，团队先用七个深度的平行水样做了预实验，测得平行偏差仅0.0004 RU，小于原位荧光计0.0005 RU的分析误差，确认其影响可以忽略。船上随即用台式荧光光谱仪测定三维荧光谱，插值到370/440纳米波长对。原位荧光计存在温度依赖性：团队用代表性海水与超纯水开展控温实验，扣除超纯水的本底与仪器暗计数后，估得温度系数为每摄氏度−0.013，与国外同行在湖水中对同类Seapoint紫外荧光计测得的−0.015至−0.016高度一致。校正后原位数据与台式测定结果显著线性相关，决定系数0.97（n=769）。 在此基础上，团队用最优多参数分析将250米以深的样本分解为12个源水团的混合比例，并计算每个水团的典型FOM370/440与AOU值。 三、实验结果 水团构成奠定深海外观。观测海区250米以深位温介于约−1.5至18℃，盐度33.9–35.8。阿德利地底层水是占样比例最大的水团，达60.01%，典型深度3,053分巴；北大西洋深层水占6.57%，南极中层水占13.45%，红海溢流水占8.78%。南极底层水总体主导了印度洋底层水的填充。 FOM370/440随深度增加并与氧消耗同步。原位荧光计测得FOM370/440在约0.002–0.014 RU之间，上层海洋因光降解而偏低，随深度递增；AOU介于0–300 μmol/kg，空间格局与FOM370/440相似。水团混合与洋盆尺度矿化共同解释了约53%的AOU与34%的FOM370/440变异。 图3. 两条断面的位温、盐度、密度、位涡、溶解氧、AOU与FOM370/440垂向分布（论文 Figure 6） 类腐殖质荧光产生于微生物呼吸过程。各水团的典型FOM370/440与典型AOU呈显著线性相关，斜率为(3.7±0.2)×10-5 RU per μmol/kg。典型值最高的水团是北部的印尼中间水（AOU 229 μmol/kg，FOM 0.0113 RU）与红海溢流水（178 μmol/kg，0.0100 RU），最低的是副热带模态水（37 μmol/kg，0.0043 RU）。 图4. 各水团典型AOU与典型FOM370/440的关系（论文 Figure 7） 北印度洋深渊出现局部偏离。北断面赤道以北27.75σθ以下的深渊水中，FOM370/440相对AOU明显偏高，推测与中印度洋脊和西南印度洋脊热液口的荧光物质供应、以及低氧水体下额外沉降的难降解颗粒有机质垂向输送有关；这些水体随后转化为印度洋深层水向南回流。 更新时间与环流尺度相当。结合黑暗海洋微生物呼吸速率0.6 μmol/kg/年，团队估算FOM370/440净产生速率为2.2×10-5 RU/年，印度洋更新时间为410±19年，与全球尺度基于离散样品估得的435±41年同量级，证明经温度校正与标定的原位荧光计可直接用于洋盆尺度难降解有机质研究。 图5. 原位荧光计的温度依赖性与台式测定的标定关系（论文 Figure 2） 四、研究结论 该研究建立了原位紫外荧光计观测黑暗海洋类腐殖质荧光的完整作业链——温度猝灭校正、离散采样标定、水团分解——并首次给出印度洋FOM370/440的连续断面分布与410年的更新时间，证实原位荧光计可作为微生物碳泵研究的高效观测工具，其方法同样适用于挂接CTD系统与自主剖面浮标。Seapoint紫外荧光计正是这类作业的核心装备：低功耗、体积小、耐压达6000米，激发/发射波长按目标荧光团定制，采用调制光荧光检测并提供增益选择，开放式或泵送式进样均可，与CTD联机即可在走航中同步获取洋盆尺度的荧光有机物垂线剖面，大幅减少采水与实验室分析工作量。 参考文献 Shigemitsu M., Uchida H., Yokokawa T., Arulananthan K., Murata A. Determining the Distribution of Fluorescent Organic Matter in the Indian Ocean Using in situ Fluorometry. Frontiers in Microbiology, 2020, 11: 589262. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.589262 相关产品链接 美国Seapoint公司 紫外荧光计

2026年，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上的一项研究，整合了全球3068条UVP原位成像剖面与2411份网采扫描样品、共计约1400万张图像，首次把“铁”推上了浮游生物体型结构解释变量的头把交椅：对束毛藻群体（蓝藻固氮者）、Rhizaria（等辐骨虫、团体放射虫、有孔虫与褐囊虫等混合营养原生生物）与甲壳类三大类群，环境模型的决定系数分别高达0.93、0.88与0.79，而一旦剔除铁相关变量，解释力骤降两至三成。模型还推演出一幅气候图景：变暖或使浮游生物体型缩小、削弱碳输出，但沙尘铁输入的增加可能部分对冲这一趋势。 体型决定命运——在海洋里，浮游生物的碳如何流动、鱼虾有多少口粮、深海能封存多少二氧化碳，都与“谁大谁小”息息相关；而几十年来，驱动全球浮游生物体型版图的幕后推手始终扑朔迷离。 一、研究背景 海洋中浮游生物（约0.2—20毫米）是上层海洋食物网与生物地球化学循环的枢纽：自养的束毛藻群体固氮供肥，混合营养的Rhizaria既是碳的“打包者”又是硅循环的参与者，异养的甲壳类（以桡足类为主）则把植物性生产力传递给鱼类。体型谱理论告诉我们，类群内“大个头与小个头的比例”直接决定碳输出效率与能量传递级数。此前多项全球综合分析尝试用温度、营养盐、生产力等因子解释体型分布，但解释方差普遍不超过50%。症结之一在于数据本身：网采对脆弱的胶状群体（束毛藻、Rhizaria）具有毁灭性破坏，捞上来的样本严重失真。更关键的是，一个长期被忽视的元素——铁——从未被系统纳入体型结构的解释框架，尽管它是大片海洋表层的限制性养分。 二、研究过程 研究团队依托国际合作的“中上层体型结构数据库”（PSSdb），汇集了2008—2021年间全球主要海区3068条UVP剖面，以及2004—2022年间2411份网采样品的台式扫描仪（ZooSCAN）图像，合计约1400万张。两类数据各司其职：网具会彻底碾碎的脆弱类群——束毛藻群体与Rhizaria（涵盖等辐骨虫、团体放射虫、有孔虫与褐囊虫四大类）——完全依赖UVP的原位成像，分别占UVP图像总量的45%与15%；耐网的甲壳类则有81%来自网采扫描图像，与UVP互补成完整拼图。 所有图像标注经分类学标准化后，按1°×1°经纬度与“年-月”网格计算归一化生物体积粒径谱（NBSS）。团队再用增强回归树模型，把粒径谱与18个环境变量关联，其中首次系统纳入三类铁“代理指标”：卫星反演的湿沙尘沉降（沙漠源）、气溶胶光学厚度（涵盖火山灰、野火与人为排放），以及生物地球化学模型PISCES输出的总铁浓度。模型可靠性由GEOTRACES国际计划的实测溶解铁数据独立验证。团队还进一步下钻到亚类群与形态型层面（如束毛藻的“绒球型”Puff与“团块型”Tuff），解析各类群对铁的“口味差异”。 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 图2. 研究数据集的全球覆盖与类群构成：左列为台式扫描仪网采数据集（a覆盖图，c—f为采样时间间隔细节，g为600万张图像的分类构成），右列为UVP原位成像数据集（b覆盖图，h为800万张图像的分类构成）；同心环自内向外按功能群、门、纲、科、属、形态型分辨率展开，束毛藻群体与Rhizaria几乎全部来自UVP（图源：Dugenne et al. 2026, Nat. Commun., Fig. 1） 三、实验结果 铁是体型版图的“隐形雕塑家”。完整模型对三类群总丰度的预测决定系数达0.93、0.88与0.79；剔除铁代理后，Rhizaria与甲壳类模型的解释方差骤降30%—35%，束毛藻群体下降20%。湿沙尘沉降与总铁分别位居束毛藻模型和甲壳类模型变量重要性的前两位。 三类群各有各的“铁食谱”。束毛藻群体几乎仅分布于南北纬20°间的亚热带寡营养海区，丰度季节波动紧贴沙尘节律：大西洋上撒哈拉沙尘年初的输送高峰对应丰度峰值，6月尘埃断供、丰度跌入谷底；南太平洋的火山灰与野火烟尘则补足了人为沙尘。Rhizaria同样受气溶胶滋养，团体放射虫在撒哈拉沙尘湿沉降后的晚季出现丰度高峰，南大洋与上升流区的Rhizaria热点则与总铁浓度对应，褐囊虫与有孔虫的实测相关系数超过0.5。甲壳类在极地、上升流与近岸等富铁高产区最为丰富，丰度季节曲线紧随总铁起落——北极海区甚至在春季藻华消亡后，铁与甲壳类丰度全年维持高位。 细分之下“口味”更杂：绒球型束毛藻响应气溶胶厚度，团块型却对磷酸盐更敏感；混合营养的团体放射虫与等辐骨虫偏爱副环流区的沙尘铁，异养的褐囊虫与有孔虫在富铁水域长成更大群体；桡足类是总铁的最大受益者，介形类则安居于层化的亚热带。 图3. 三类群体型谱与全球丰度格局：左列为UVP（束毛藻群体、Rhizaria）与扫描仪（甲壳类）图像计算的归一化生物体积粒径谱，灰点为因方法偏差剔除的粒径档；中列为各粒径档未检出比例；右列为观测（圆圈）与模型预测（色底）的总丰度全球地图——束毛藻群体集中于热带副环流，Rhizaria在副环流与南大洋高发，甲壳类在极地、上升流与沿岸最丰（图源：Dugenne et al. 2026, Nat. Commun., Fig. 2） 四、研究结论 这项研究首次在全球尺度上把铁确立为中浮游生物体型结构的一级驱动因子：大气铁输入塑造了固氮者与混合营养类的分布热点，回收再生铁则撑起甲壳类在富营养海区的体型结构。模型推演显示，若变暖按既有趋势发展而铁输入不变，浮游生物平均体型将趋于缩小，碳输出可能随之减弱；预计增加的大气沙尘铁输入则有望惠及束毛藻、Rhizaria直至甲壳类，部分对冲这一趋势。下一代海洋生态系统模型必须把铁循环与体型结构显式耦合，才能可靠预估气候变迁下的海洋碳汇与渔业资源。 图4. 铁代理与三类群丰度的时空关联：a) 各海区与丰度预测相关最高的铁代理分布——红为气溶胶、黄为沙尘、灰为总铁；b) 各代表生态系统内丰度（黑点）与主铁代理（色带）的季节气候态，如北大西洋副环流束毛藻丰度紧随沙尘输入起落、南大洋Rhizaria与总铁同峰（图源：Dugenne et al. 2026, Nat. Commun., Fig. 3） 五、结语 800万张UVP图像叠上600万张扫描图像，这项研究把“看不见”的微观体型战争拍成了全球纪录片，也让铁——这个曾被温度与光照光环遮蔽的微量元素——走到了海洋生态预测模型的聚光灯下。支撑这一切的，正是法国HYDROPTIC旗下UVP系列的独特能力：水下原位照明成像让脆弱的胶状群体在曝光瞬间完成“数字标本”留存，从根源上绕开了网采破坏样本的百年难题；宽粒径覆盖让自养群体、混合营养原生生物与甲壳类在同一套粒径谱框架下同台比较。读懂海洋的体型密码，从每一次UVP下潜开始。 参考文献 1. Dugenne, M. et al. Key link between iron and the size structure of three major mesoplanktonic groups in the upper ocean. Nature Communications 17, 8645 (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75355-4 2. Picheral, M., Guidi, L., Stemmann, L., Karl, D. M., Iddaoud, G. & Gorsky, G. The Underwater Vision Profiler 5: An advanced instrument for high spatial resolution studies of particle size spectra and zooplankton. Limnology and Oceanography: Methods 8(9), 462–473 (2010). DOI: 10.4319/lom.2010.8.462 3. Kiko, R. et al. A global marine particle size distribution dataset obtained with the Underwater Vision Profiler 5. Earth System Science Data 14, 4315–4337 (2022). DOI: 10.5194/essd-14-4315-2022 4. Lombard, F. et al. Globally consistent quantitative observations of planktonic ecosystems. Frontiers in Marine Science 6, 196 (2019). DOI: 10.3389/fmars.2019.00196 相关产品链接 法国Hydroptic公司 UVP6-HF高频型水下视觉剖面仪 法国Hydroptic公司 UVP6-LP低功耗型水下视觉剖面仪

2020年，德国奥尔登堡大学团队用一台搭载 OceanPack™ 红外气体分析模块的自主漂流浮标，配合浮箱（floating chamber）技术，在帝汶海、西太平洋、北大西洋与挪威峡湾现场测定了 CO2 的传输速度 k660。这是首次在自然条件下，把“海表微层（SML）表面活性物质浓度”与“现场 k660”配对量化：表面活性物质在 200 µg Teq·l-1 以上时使 k660 显著下降 23%，出现天然“油膜带（slick）”时进一步下降 62%，据此全球 CO2 通量估计需下调约 19%。 一、研究背景 海洋与大气之间的气体交换速率由传输速度 k 决定，长期以来它被参数化为风速 U10 的二次或三次函数。然而海表最外侧数十微米——厚度通常仅 60—100 µm 的海表微层——是气体交换的第一道关口，那里富集着生物来源的表面活性物质。这些物质会在界面形成扩散层，抑制气体通过；当浓度足够高时，海面还会出现平滑的、抑制短波的天然油膜带。 此前，表面活性物质对 k 的抑制虽被反复讨论，却始终没有被“现场”量化：理论模型存在 20%—50% 的偏差，水槽实验与人工单分子膜外场实验只能给出间接证据，估计抑制幅度在 30% 以内。缺的正是同一时空下既有现场 k、又有 SML 化学表征的“配对数据”。 二、观测平台与方法 原文对测量系统给出了明确描述：pCO2 由红外气体分析仪测定（OceanPack™，SubCtech GmbH，德国；量程 0—3000 µatm，精度 ±1.5%）。这一模块被集成在自主漂流浮标上，随浮标漂移完成现场 pCO2 与通量的连续观测。 研究依托两个航次：2016 年 10 月 10 日至 11 月 8 日在帝汶海与西太平洋的 FK161010 航次，以及 2017 年 7 月 8—28 日在北大西洋与挪威峡湾的 HE491 航次。 SML 采样借助一台遥控研究双体船“海表扫描器”完成：6 个旋转玻璃圆盘（直径 60 cm、厚 0.8 cm）在船体运动中持续采集表层膜，共获得 89 个 SML 样品，实测厚度约 80 µm；同步采集其下方水体（ULW）样品。样品低温保存在保温水样采集器中。 k660 的现场测定，则交给一台自主漂流浮标。浮标配备浮箱，可同时测量大气、水下 1.2 m 处以及浮箱内部的 pCO2。其中 pCO2 由集成在浮标上的 OceanPack™ 高精度非色散红外气体分析模块完成，量程 0—3000 µatm，精度 ±1.5%。一个完整测量循环为：先测水相 pCO2 40 分钟，再做两次浮箱内测量、每次 15 分钟；每次测量前浮箱内的空气被环境空气完全置换。浮箱法是当时唯一能在数分钟至数小时尺度上评估海气通量的技术，但会因额外扰动而偏高；为此研究用两台声学多普勒流速仪测量湍流（一台置于浮箱正下方、带惯性运动单元，一台置于浮箱外）以校正偏差，箱内另装温湿压传感器监控条件。 测得的 k 统一换算为标准 k660；低风（< 3.7 m·s-1）时施密特数指数取 2/3，高风时取 1/2。表面活性物质浓度用交替伏安法测定，以非离子型表面活性剂标准物质标定，结果以 Triton X-100 当量（µg Teq·l-1）表示。 图1. 德国SubCtech公司 OceanPack 浮标式 pCO2 分析系统（本研究中集成于自主漂流浮标，配合浮箱法现场测定海气 CO2 通量） 三、主要结果 图2. 现场 k660 随风速的变化与二次回归（据 Mustaffa et al., 2020 报道的回归系数重绘） 第一，风速并不能解释 k660 的全部变化。 现场 k660 跨度为 1.5—85.1 cm·h-1，对应风速 0.4—7.0 m·s-1。本研究回归得到 k660 = 9.4 ( ± 4.9 ) + 0.6 ( ± 0.1 ) × U102，整体高于既有风速参数化的区间（k660 = 0.25 U102 至 0.39 U102），趋势与某些外场观测接近，但数值仍低于其预测。高风速下并未出现预期的最高 k660，说明近表层湍流之外的机制在起主导作用。 第二，存在一个清晰的“浓度阈值”。 在表面活性物质浓度低于 200 µg Teq·l-1 时，k660 数据离散度极大（2.1—63.0 cm·h-1，平均 20.3 ± 17.2，n = 41），且与浓度无显著线性关系（R2 = 0.024，p = 0.165）；而一旦浓度超过 200 µg Teq·l-1，k660 便显著下降 23%。由低浓度区过渡到中等浓度区，平均 k660 降幅达 73%；若仅比较 200 µg Teq·l-1 上下两侧，平均降幅可达 78%，且离散明显收窄。 图3. k660 随 SML 表面活性物质浓度的变化，虚线为 200 µg Teq·l-1 阈值（据 Mustaffa et al., 2020 报道重绘） 第三，天然油膜带的影响更大。 在西太平洋 FK161010 航次的 4 号站，研究者遇到由束毛藻（Trichodesmium sp.）表层暴发形成的连片天然油膜带，其 SML 表面活性物质平均浓度高达 2925 ± 1704 µg Teq·l-1（n = 5）。在此条件下 k660 额外下降 62%。综合已知的油膜带覆盖率，作者估算全球 CO2 通量需下调约 19%。 第四，存在两个“端元”。 SML 表面活性物质浓度在 52—4760 µg Teq·l-1 之间（n = 94），且 SML 与下方水体的浓度高度相关（R2 = 0.921，p < 2.2 × 10-16，n = 84）。西太平洋是全球最贫营养的海区之一，其表面活性物质低至 82 ± 21 µg Teq·l-1（n = 13），对应平均 k660 高达 47.9 ± 18.8 cm·h-1（n = 35）；北大西洋为 139 ± 36 µg Teq·l-1（n = 8），平均 k660 为 38.9 ± 10.1 cm·h-1（n = 17）。这意味着，若在西太平洋这类低表面活性物质海域沿用并非为此类环境建立的风速参数化，CO2 通量将产生约 20% 的误差。分区域看，挪威峡湾在无油膜带条件下通量被高估 16%、有油膜带时 19%；西太平洋与北大西洋则分别为最高约 20%（无油膜带）与 7%（有油膜带）。 值得注意的是，风速与表面活性物质对 k660 的交互作用并不显著（双因素方差分析 p = 0.701），说明两者基本独立作用；低风区平均 k660 仅 6.4 ± 7.4 cm·h-1（n = 50），远低于中、高风区（分别为 24.6 ± 21.8 与 24.0 ± 23.3 cm·h-1）。 四、结论与科学意义 研究给出一个明确的判断：仅靠风速无法令人满意地预测自然水体的气体传输速度，表面活性物质对 k660 的抑制在自然海况下真实且可观。在 SML 表面活性物质普遍超过 200 µg Teq·l-1 的广大海区，忽视这一效应将系统性高估海气 CO2 通量。由此，作者建议把表面活性物质浓度（无论取 SML 还是下方水体）纳入 k 的参数化框架，并重新审视全球碳通量估计中的不确定度。 五、对海洋碳与温室气体观测的启示 这项工作为“自主平台＋现场测量”提供了范例：一台可漂流十余小时的浮标，凭借浮箱与红外气体分析模块，就能在传统走航观测难以覆盖的海况下获得高时空分辨率的 pCO2 与通量数据，并可与化学采样、湍流测量同步进行。 从作业环节看，这类观测对气体分析单元的要求相当具体：一是测量循环必须可编程——本研究中“水相 40 分钟＋浮箱两次各 15 分钟”的节奏要能由平台自动切换，中间还要完成空气置换；二是量程与精度要覆盖现场变化——0—3000 µatm、±1.5% 的量程配置正好包容了从贫营养西太平洋到束毛藻油膜带的全部读数；三是体积与功耗要能与浮标、无人艇等小型载体共处，才谈得上在传统走航难以覆盖的海况下布放。对 OceanPack 而言，其在小型自主平台上体积小、功耗低、集成度高的特点，恰好适配漂流浮标、无人艇、锚系浮标等各类载体，使“微层—表层—大气”的同步观测成为可能。当观测网络向更细的尺度、更恶劣的环境延伸时，把气体交换的化学调控机制一并纳入观测设计，是提升碳通量估算可信度的务实方向。 参考文献 1. Mustaffa, N. I. H., Ribas-Ribas, M., Banko-Kubis, H. M., & Wurl, O. Global reduction of in situ CO2 transfer velocity by natural surfactants in the sea-surface microlayer. Proceedings of the Royal Society A, 2020, 476(2234): 20190763. DOI: 10.1098/rspa.2019.0763 相关产品链接 德国SubCtech公司 浮标式 pCO₂ 分析系统

2025年，由韩国海洋极地研究院（Korea Polar Research Institute，KOPRI）领衔、联合挪威特罗姆瑟大学（UiT The Arctic University of Norway）组成的研究团队，借助丹麦KC-Denmark公司的72.000型多管采泥器，在北极斯瓦尔巴群岛孔斯峡湾（Kongsfjorden）由内湾到外湾三个站位获取多管平行短柱样，通过四端元来源解析重建了近几个世纪冰川峡湾沉积有机碳（organic carbon，OC）的来源演变，揭示在“大西洋化”（Atlantification）背景下海源有机碳累积速率自约20世纪70年代以来显著上升。相关成果于2025年发表于《生物地球科学》（Biogeosciences）。 研究背景 北极升温速率约为全球平均的近4倍，对区域碳循环影响深远。冰川峡湾沉积速率高，同时接收冰川融水与侵蚀带来的大量陆源物质，既是全球有机碳埋藏热点，也是高分辨率环境档案。斯瓦尔巴约57%的陆地被冰川覆盖；孔斯峡湾口门缺少浅坎，温暖的（约6°C）高盐大西洋水（Atlantic Water，AW）可经西斯匹次卑尔根流在中层（100–200 m）侵入，这一“大西洋化”过程近几十年不断加剧，导致夏季海冰减少、入海冰川消融加快、陆源排放增加。既往研究多用整体元素与同位素刻画该峡湾沉积有机碳的空间格局，分子层面的来源解析、尤其是过去几个世纪的演变仍很有限。获取这一时段的高保真记录，取样须兼具界面无损、层序完整与平行重复三点：抓斗会打乱表层，箱式采泥器分辨率不足，而多管采泥器一次投放即可获得多个平行的独立短柱、界面保持原状，是碳埋藏与年代学研究的取样基石。 研究过程 2022与2023年，团队搭乘RV Helmer Hanssen的HH22、HH23航次，用KC Denmark 72.000型多管采泥器（6个取样管，每管外径11 cm、内径10.5 cm、长0.8 m）在孔斯峡湾取得三根短柱：内湾HH23-1058MUC（水深81 m，柱长45 cm）、中湾HH22-1161MUC（339 m，44 cm）与外湾HH22-1159MUC（323 m，40 cm），并在HH23航次同步采集4个表层样。柱样在船上按0–2 cm区间0.5 cm、其下1 cm间隔切片，−20°C保存后冷冻干燥。 后续分析涵盖：含水量、干容重、粒度与比表面积；以γ谱测定210Pb与226Ra并用恒定补给速率模型建立年代框架；TOC、总氮与δ13Corg（元素分析仪—同位素比质谱）、Δ14Corg（加速器质谱）与木质素酚（碱性CuO氧化＋GC-MS）。最后以Δ14Corg、δ13Corg与(Ad/Al)v比值（方法1）或木质素酚浓度（方法2）为输入，通过Monte Carlo模拟把沉积有机碳拆分为岩石源、土壤源、植物源与海源四个端元，并计算各来源的有机碳累积速率（accumulation rate，AR）。 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. 研究区与采样站位。A 斯瓦尔巴群岛区位图，白色为现代冰川覆盖区，红色箭头为西斯匹次卑尔根流（WSC，大西洋水），蓝色箭头为东斯匹次卑尔根流（ESC，北极水）；B Kongsfjorden与Krossfjorden细节图，明确标注了本文三根多管柱的位置——内湾HH23-1058MUC、中湾HH22-1161MUC与外湾HH22-1159MUC，图中方块为Kongsfjorden（橙）与Krossfjorden（绿）的表层沉积样站位，三角为Kongsfjorden煤样点，另标出Kronebreen、Kongsbreen、Conwaybreen、Blomstrandbreen等入海冰川与Ny-Ålesund的位置。 实验结果 三根短柱呈清晰的内—外湾梯度。 含水量由外湾的30.3%–47.5%（均值38.5±3.2%）降至内湾的19.7%–32.6%（27.9±2.3%），三柱均以粉砂为主（内湾最高达90±2%）。210Pb定年给出中湾沉积速率0.36 cm yr-1（R²=0.85）、外湾0.12 cm yr-1（R²=0.94）；内湾因紧邻冰川前缘、沉积过快且混合强烈，未纳入定年。 TOC、氮与碳同位素记录由陆源主导向海源增强的转变。 TOC由内湾的0.3±0.0 wt%升至中湾的1.2±0.1 wt%与外湾的2.2±0.2 wt%；Ntot由内湾的0.01–0.05 wt%升至外湾的0.22–0.26 wt%；δ13Corg由内湾的−23.5±0.5‰富集至外湾的−22.7±0.3‰；Δ14Corg则由内湾的−793.9±31.1‰升高到中湾的−504.9±44.0‰与外湾的−433.5±21.7‰，表明沉积有机碳中含有大量“老碳”（图3）。 图3. 三根短柱的有机碳与同位素深度剖面。各列依次为TOC（wt%）、氮含量（wt%，空心圈为Ntot、实心圈为Norg）、N/TOC摩尔比、δ13Corg（‰ VPDB）与Δ14Corg（‰）；每一行对应一根柱样：(a) HH23-1058MUC（内湾）、(b) HH22-1161MUC（中湾）、(c) HH22-1159MUC（外湾），纵轴为柱深0–50 cm。 木质素酚揭示老陆源碳输入与输运过程中的降解梯度。 归一化到有机碳的总木质素酚浓度以内湾最高（0.40±0.12 mg gOC-1），中湾与外湾相近（0.14±0.04与0.12±0.04 mg gOC-1）；木质素氧化指标(Ad/Al)v比值由内湾的0.22–0.89升至外湾的0.37–1.74，土壤来源指标3,5-Bd/V比值由内湾的0.06–0.55升至外湾的0.59–2.46，说明陆源木质素在离岸输运中持续氧化降解。 四端元解析显示内湾岩石源主导、外湾海源主导。 方法1给出的岩石源占比在内湾、中湾与外湾分别为79.2±3.4%、44.7±5.7%与37.8±5.0%，海源占比依次为19.0±3.9%、38.4±7.8%与44.0±5.2%；方法2给出同向结果（岩石源79.2%、46.6%、40.7%；海源16.5%、42.9%、50.4%），说明结论不依赖单一指标组合。植物源占比始终很低，土壤源在中湾与外湾更高，与地表径流输入有关（图4）。 图4. 四端元来源解析得到的沉积有机碳相对占比深度剖面。左列为方法1（基于δ13Corg、Δ14Corg与(Ad/Al)v比值），右列为方法2（基于δ13Corg、Δ14Corg与木质素酚浓度）；灰=岩石源OC、橙=土壤源OC、绿=植物源OC、蓝=海源OC，横轴为相对占比（%，两列量程不同），纵轴为柱深0–50 cm；自上而下三行分别为HH23-1058MUC（内湾）、HH22-1161MUC（中湾）与HH22-1159MUC（外湾）。 中湾海源有机碳累积速率自约20世纪70年代起明显上升。 中湾整体有机碳累积速率为0.47±0.06 g cm-2 yr-1，高于外湾的0.26±0.03 g cm-2 yr-1；中湾海源有机碳AR（0.17±0.03 g cm-2 yr-1，方法2）自约1970s起上升，同期岩石源AR下降，而指示海洋末端冰川融水排放强度的粗粒端元EM1b相对丰度同步增加（图5）。外湾海源有机碳AR则未见明显趋势。 图5. 中湾HH22-1161MUC海源有机碳累积速率与区域气候指标的对应关系。横轴为年代（yr CE，1900–2020）。(a) 海源OC累积速率（g cm-2 yr-1，方法2，灰色阴影为增幅区间）；(b) 粗粒端元EM1b相对丰度（%）；(c) 新奥尔松年均地表气温（°C，黑线，上方横轴）与西斯匹次卑尔根流78°N断面50–300 m层年均温度（°C，红线，下方横轴）；(d) 巴伦支海夏季（JJA）海冰范围（10⁵ km²，黑线，上方横轴）与2006年Blomstrandbreen冰川前缘距离（m，红线，下方横轴）。 研究结论 其一，孔斯峡湾自身是沉积有机碳的主要来源，相邻的Krossfjorden贡献有限；沉积有机碳中含有大量来自岩石源与土壤源的老碳，海源与土壤源的空间分配受站位距冰川前缘与河流输入口远近的控制。 其二，四类来源的累积速率均为中湾高于外湾；中湾海源有机碳累积速率自约20世纪70年代以来显著上升，与同期新奥尔松升温、巴伦支海夏季海冰减少、Blomstrandbreen冰川退缩及大西洋水增强高度一致；20世纪大西洋水增强可能发生在约1900年代初与1970年代两个阶段。 其三，北极峡湾在持续变暖背景下既可能是碳汇也可能是碳源，其碳循环反馈值得长期监测。 本研究的三根短柱样由KC-Denmark 72.000型多管采泥器（multi-corer）采集，论文记载其配置为6个取样管、每管外径11 cm、内径10.5 cm、长0.8 m。该系列多管采泥器提供4、6、8、12管多种规格，框架采用AISI 316/304不锈钢并经表面电抛光；贯入过程由液压阻尼器控制，使仪器匀速缓慢插入沉积物，避免冲击扰动；取样管底端的弹簧板与顶端弹簧盖在提升时同步闭合，确保沉积物-水界面保持原状、样品不流失；配重平台最多可加装30块10 kg铅块，最大作业水深达6000 m。正是这种“一次投放、多管平行、界面无损”的设计，让柱样能在0–2 cm区间以0.5 cm的高密度切片，使210Pb定年、木质素酚与四端元解析在同一套样品上相互支撑；若用抓斗或单管取样，过去几个世纪海源与陆源有机碳的此消彼长便难以清晰重建。 参考文献 Kim D., Kim J.-H., Ahn Y., Forwick M., Nam S.-I. Sedimentary organic carbon dynamics in a glaciated Arctic fjord: tracing contributions of terrestrial and marine sources in the context of Atlantification over recent centuries. *Biogeosciences*, 22(16): 4087–4105, 2025. https://doi.org/10.5194/bg-22-4087-2025 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Multi Corer 多管取样器