2023年，俄罗斯科学院摩尔曼斯克海洋生物研究所（MMBI）浮游生物研究团队，借助德国 HYDRO-BIOS 公司的 Multi Water Sampler ROSETTE（MWS-12）多通道采水器，系统梳理了 2007—2019 年间巴伦支海（Barents Sea）全海域多季节的浮游植物样品，首次报道 17 种此前未在该海域记录的浮游微藻。研究发现，这些“偶入种”（vagrant species）的分布严格受携带它们的大西洋暖流分支控制，出现频率以秋冬最高、夏季最低，集中在水体西南与西部；研究据此提出，大西洋水输入量是该类物种能否深入巴伦支海东部的限制因子。成果于 2023 年发表于《PeerJ》。 研究背景 近几十年来全球变暖在北极海域尤为剧烈，巴伦支海的升温被学界称为“大西洋化”（Atlantification）：随着进入该海域的大西洋水体积与温度升高，原本栖息于北大西洋、北海乃至地中海等暖水区的浮游生物，开始随洋流进入北冰洋边缘海。这类在新水域偶然出现、尚未建立稳定种群的物种被称为“偶入种”，它们的到来看似孤立，却可能成为海洋生态系统结构变化的早期信号。 要判断这类现象究竟是偶发还是趋势，就必须回答两个基础问题：它们在巴伦支海分布多广？在什么季节达到高丰度？然而，长期、大范围的研究积累恰恰是难点：偶入种多为低丰度、零星出现，任何采样偏差都可能导致漏检；而巴伦支海面积辽阔、水团结构复杂，要在同一航次中获取覆盖多个标准层位的干净水样，对采水设备的分层能力与取样代表性提出了极高要求。传统单瓶采水器一次只能获取一个水层样品，反复布放不仅耗时，各层样品的时空对应也难以保证。德国 HYDRO-BIOS 公司的 MWS 系列多通道采水器正是在这一需求下成为北极浮游生物调查的常用装备。 研究过程 本研究的样品来自 2007—2019 年间在巴伦支海开展的多次考察航次，涵盖不同季节、覆盖几乎整个海域。站位设置中，沿经典海洋学断面“科拉子午线”（Kola Meridian）布设了一系列长期定点站位，同时对西部、北部与东部海域进行了加密观测，站位坐标、采样日期时间与水深均记录在附录中。 浮游植物水样的采集使用德国 HYDRO-BIOS 公司（Altenholz，Germany）的 Multi Water Sampler ROSETTE HydroBios MWS-12 型玫瑰花采水器。该采水器一次下放即可在同一站位按标准水层同步采集多个水层样品，本研究选择的采样层位为 0 m、5 m、10 m、25 m、50 m、100 m 以及底层。除采水器样品外，研究还使用装有 29 µm 孔径气体滤锥的浮游生物网过滤整个水柱；所有采样点均同步开展CTD温盐深剖面测量。 样品处理遵循标准水生生物学方法：取 1—2 L 水样，采用反滤法浓缩至 4—5 ml，加入 40% 甲醛溶液固定，终浓度为 2%—4%；网采样品用沉降法浓缩定容至 2 ml。物种鉴定与细胞计数使用 Palmer-Maloney 计数框在显微镜下完成。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MWS系列多通道采水器（Rosette） 图2. 巴伦支海采样站位分布（红点为科拉子午线断面站位） 实验结果 1. 首次记录 17 种巴伦支海新浮游微藻。 2007—2019 年间共发现 17 种此前未在该海域确证出现的浮游微藻，包括 16 种甲藻（Dinophyceae）与 1 种硅藻——*Proboscia indica*。多数种类为北大西洋水域的常见组分，属亚热带、暖温带或热带—温带起源。 2. 分布严格受暖流控制。 出现格局显示，偶入种高度集中于受挪威大西洋流巴伦支海分支直接影响的水体，研究者据此划分出“A 类规律侵入区”与“B 类减弱占据区”；随着大西洋水深入东部的势力减弱，其数量逐渐减少直至消失。东部海域虽受新地岛流影响，但暖水势力已过弱，未见偶入种。 3. 显著的年际与季节节律。 记录最多的年份为 2013 年（11 次）；按月统计，11 月出现记录最多（21 次），明显高于其他月份，秋冬是偶入种出现高峰，夏季最少。 图3. 巴伦支海偶入种检出点分布及水团分区（A、B 类区域） 与偶入种记录同步的是水体的持续增暖：科拉子午线断面的温度距平在 1900 年后的前七十年里多为负值，1990 年代末转为持续正距平，2000 年后多次超过 +1.0 °C、最高逼近 +1.7 °C（图4）。这条断面恰好穿过本研究记录最密集的西南与西部海域，暖水势力进入巴伦支海的时间与幅度，构成了偶入种出现的直接水文背景。 图4. 科拉子午线断面温度距平（1900—2020年，改编自 Makarevich et al., 2023） 4. 有一个物种已进入适应阶段。 *Oxytoxum caudatum* 值得特别关注：它几乎在全部研究时段、所有季节、规律与减弱占据区都能被检出，其种群浓度比其它偶入种高出一个数量级，最高达 400 细胞/L，研究者推测它可能是唯一已进入新环境适应初期的非本地藻种。 5. 整体生态影响仍然有限。 就物种多样性与群落总生物量而言，偶入种所占比例目前仍属次要，尚未改变巴伦支海浮游植物群落的整体结构，也未见明显负面生态效应。 研究结论 这项横跨十余年的调查厘清了巴伦支海暖水偶入浮游植物的时空格局：它们并非稳定种群，而是随季节波动、依附于大西洋暖流分支的“过客”，其丰度与分布范围同大西洋水输入强度高度一致。研究者指出，随着北极海域“大西洋化”持续加剧，非北极典型物种的记录很可能继续增加，这一过程是否会最终动摇巴伦支海生态系统原有的生物稳定性，仍需长期跟踪评估。 在这一长期、大范围、多季节的采样任务中，德国 HYDRO-BIOS 公司的 MWS 系列多通道采水器发挥了关键作用。MWS-12 采用玫瑰花架结构，一次下放即可在同一站位同步闭合 12 个采水瓶，按 0、5、10、25、50、100 m 及底层等标准层位精确获取分层水样，最大限度减少了传统单瓶反复布网带来的时空错配。该系列容积覆盖 1.7 L、5 L、10 L 等多种规格，并可选配CTD水质探头与电子控制单元，实现深度触发、数据同步记录与在线/离线双模式操作，适用于从湖泊到深海、从北极到热带的各种分层采水场景，是全球浮游生物调查、藻类监测与环境基线研究中值得信赖的取样平台。 参考文献 Makarevich, P., Larionov, V., Oleinik, A., Vashchenko, P. Findings of new phytoplankton species in the Barents Sea as a consequence of global climate changes. *PeerJ* 11, e15472 (2023). https://doi.org/10.7717/peerj.15472 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 MWS 多联采水器（SlimLine 6 / 12 / 24）

2022年8月，德国亥姆霍兹环境研究中心牵头，与阿尔弗雷德魏格纳研究所等机构合作，在德国中部易北河Tangermünde河段开展了一场为期3天的温室气体观测。团队将一支德国AMT公司光学二氧化碳传感器接入调查船的导流管，对溶解二氧化碳浓度进行连续走航与定点监测，结合漂浮箱、土壤箱与气相色谱等多种手段，比较了河流温室气体排放的小尺度空间差异与昼夜时间差异，为全球河流温室气体收支核算提供了方法学依据。相关成果于2024年发表于《Biogeosciences》。 研究背景 河流是全球温室气体的重要排放源：据估算，全球河流每年排放约2皮克二氧化碳和约30.5太克甲烷，但这些估算存在很大不确定性。传统核算方法依靠在少数点位定期取水样测浓度，再乘以估算的气体交换速率与水面面积，只能覆盖季节尺度和大尺度空间格局，而近年研究发现，河流温室气体通量存在显著的短时程波动与小尺度空间差异，给核算与尺度推绎带来双重挑战。 河流内的生境多种多样：19世纪以来欧洲许多河道以丁坝束窄主流以利航运，坝间缓流区泥沙淤积，成为甲烷的产生热点；水位波动又让部分河床间歇露出，干燥沉积物会释放大量二氧化碳。研究团队据此提出假设：空间差异对甲烷排放更重要，昼夜差异对二氧化碳排放更重要，并在盛夏低水期的典型河段加以检验。 研究过程 观测选在易北河中游Tangermünde处约1公里长的典型河段，两岸各有10座丁坝，最长伸入河道60米，坝间距约80米。2022年8月18日至22日观测期间流量为每秒189至197立方米，低于常年平均低流量，属典型夏季低水情，约9%的研究面积为干出河床。团队把水面划为河中央、岸边与坝间缓流区三类水生生境，把干河床分为沙质、泥质与植被覆盖三类陆生生境。 水体连续监测依托调查船进行：一支AMT光学二氧化碳传感器接入船载导流管，泵取表层水连续测定溶解二氧化碳，数据经温度对应溶解度换算为浓度，布放前还与气相色谱及红外分析仪比对核查；它随船走航绘制空间分布，并在码头系泊63小时连续记录时间变化。空间通量用漂浮箱配便携式气体分析仪在漂流中测定，每次2至5分钟；甲烷浓度用膜式脱气装置联机激光分析仪从充气艇上走航测量。陆上通量用便携箱在五处沙地、五处泥地与九处植被点测定，另有三台自动箱每小时记录一次干河床二氧化碳通量的昼夜过程。 实验结果 一、两类气体空间格局相反。 观测期间水体均处过饱和状态，向大气净排放。溶解二氧化碳浓度以河中央最高、向岸边与坝间递减；甲烷浓度则相反，岸边与坝间显著高于河中央。由于岸边紊动更强、气体交换速率约为河中央的两倍，甲烷通量在岸边与坝间显著更高，而二氧化碳通量在各水生生境之间并无显著差异——高浓度与低交换速率相互抵消，说明浓度与交换速率共同塑造通量格局。 图1. 德国AMT公司光学二氧化碳传感器：钛合金壳体、膜覆盖单光束双波长NDIR光学测量 图2. 不同生境类型二氧化碳与甲烷通量箱线图（论文 Figure 4） 二、干河床贡献了约一成排放。 干出河床的二氧化碳通量高于水面，其中植被覆盖点最高、泥质点次之、沙质点最低，与沉积物有机质含量和根系呼吸有关；干河床甲烷通量则比水面低两个数量级以上。按面积加权，该河段约90%的温室气体排放来自水面，10%来自干河床——忽略干河床将系统性低估河流碳排放。 图3. 研究河段位置与生境类型划分（论文 Figure 1） 三、二氧化碳昼夜节律显著且因生境而异。 AMT传感器63小时连续记录显示，水体温盐与溶解氧呈清晰的昼夜波动，溶解二氧化碳浓度夜间攀升、白天下降，换算通量的昼夜振幅约每平方米每小时5毫摩尔，峰值出现在凌晨5时前后、谷值在19时前后；甲烷浓度与通量则全天恒定。陆上各生境的二氧化碳昼夜形态各不相同：植被点与水体类似但相位后移，正午最高；泥质点白天转为净吸收；沙质点几乎无昼夜变化。 图4. 水体与陆上各生境二氧化碳、甲烷通量及环境要素的时间序列（论文 Figure 5） 四、变异度对比证实气体特异性。 变异系数分析显示，水生生境中二氧化碳的时间变异度高于甲烷，而甲烷的空间变异度更高，与假设一致。团队进一步用数据模拟不同监测策略的偏差：只在白天于岸边采样将使总排放被低估约50%，主要漏掉夜间更高的二氧化碳通量；而在岸边只布放一支二氧化碳探头连续监测，总排放当量的低估仅约7%。 图5. 甲烷与二氧化碳通量空间和时间变异系数对比（论文 Figure 6） 图6. 不同监测策略相对最优策略的排放偏差（论文 Figure 7） 研究结论 这项研究证明，河流温室气体核算必须同时考虑气体与生境的特异性：甲烷排放的空间差异不可忽略，二氧化碳排放则必须覆盖昼夜循环，且不同生境的昼夜形态并不相同。只在白天采样会大幅低估排放，而在固定点位布放二氧化碳传感器连续监测则能以很小偏差捕捉大部分排放信息，这类高频率传感器正在成为改进全球河流二氧化碳排放估算的关键工具。 对河流、湖库与河口碳通量监测的用户而言，这一结论指向明确的装备路线：在岸边或船上布放一支响应快、可长期连续工作的二氧化碳传感器，即可以约7%的偏差量级覆盖二氧化碳排放的主体信息。德国AMT公司深耕水环境电化学与光学分析测量，其微传感器响应迅速、钛壳防护、尺寸紧凑，提供在线与自容两种版本，测量参数覆盖二氧化碳、硫化氢、总硫、溶解氧、氢、臭氧、pH、氧化还原电位与电导率，并配有专用校准装置。像本研究这样接入船载导流管进行走航与定点连续监测，正是AMT二氧化碳传感器在淡水水体中的典型用法。 参考文献 Koschorreck, M., Kamjunke, N., Koedel, U., Rode, M., Schuetze, C., Bussmann, I. Diurnal versus spatial variability of greenhouse gas emissions from an anthropogenically modified lowland river in Germany. *Biogeosciences*, 2024, 21: 1613–1628. https://doi.org/10.5194/bg-21-1613-2024 相关产品链接 德国AMT公司 CO2 传感器

2020年，法国索邦大学罗斯科夫生物站（Station Biologique de Roscoff）与法国海洋开发研究院（Ifremer）等机构的联合团队在《Scientific Reports》发表成果：他们使用丹麦 KC-Denmark 公司的 23.570 潜水式浮游生物泵，在布列塔尼半岛两个水动力条件截然不同的海湾实施逐小时分层采样，揭示了三种蛇尾（脆蛇尾）幼虫的垂直分布规律及其对幼虫输运的影响。 研究背景 棘皮动物在海洋生态系统的结构与功能中扮演关键角色，且以种群密度剧烈波动、暴发与消亡交替出现而著称。蛇尾 Ophiocomina nigra 近二十年在布列塔尼的两个海湾迅速增殖，密度增长约五倍、生物量增长约三倍，成为布雷斯特湾底栖生境中占主导的初级消费者，并导致原本占优势的另一种蛇尾 Ophiothrix fragilis 种群显著衰退。 多数蛇尾具有底栖—浮游生活史，包含一个浮游幼虫阶段；其浮游幼虫（ophiopluteus）摄食悬浮颗粒，可在浮游期停留数天至数周（本研究的三种蛇尾约 3—6 周）。幼虫扩散是决定种群动态的重要因素，而幼虫能否主动调节自身在水柱中的垂直位置，直接决定它随不同方向水流被输送到湾内还是湾外。然而，棘皮动物尤其是蛇尾幼虫的垂直迁移行为此前研究甚少。 要在固定深度、逐小时、可重复地获取足量幼虫样品，传统网具难以胜任：网具拖曳难以精确锁定水层，也难以高频重复。可定点、定深、按设定时段抽滤定量水体的潜水式浮游生物泵，由此成为本研究不可替代的取样工具。 图1. 丹麦KC-Denmark公司 23.570 潜水式浮游生物泵 图2. 研究区与取样站位。布雷斯特湾（Br）与杜瓦讷内湾（Dz）位于法国布列塔尼半岛西端，两湾均连通伊鲁瓦斯海（Iroise Sea）；图中标注两湾入湾河流 Elorn 与 Aulne，右上角插图为布列塔尼在法国的位置，比例尺 20 km。 研究过程 研究于 2014 年 7 月 16—17 日（布雷斯特湾）和 2015 年 7 月 16—17 日（杜瓦讷内湾）在大潮期间进行，分别搭载科考船开展两个 25 小时连续观测（图2）。 采样使用丹麦 KC-Denmark 公司的 23.570 潜水式浮游生物泵。每小时在三个深度——表层 1.5—3 m、中层（温跃层附近）10—12 m、近底 17—26 m——各抽滤一次；泵的进水流量为 300 L/min，在水下停留约 5 分钟，过滤约 1.5 m³ 水，水样经 80 µm 网兜收集。80 µm 的网目足以截留三种目标物种全部带臂的幼虫阶段（其体长范围为 80 µm 至 3 mm）。样品在船上用 96% 乙醇固定。 每次采样前同步获取温度、盐度、光合有效辐射（PAR）与叶绿素 a 的实时剖面；流速剖面由三维水动力模型 MARS 计算，并在布雷斯特湾用声学多普勒流速剖面仪实测校核。实验室中按 Frontier 方法计数，在解剖显微镜下结合透光与偏振光观察幼虫钙化骨针，鉴定物种并按臂数划分发育阶段（2、4、6、8 臂）。 图3. 两湾环境参数的垂向剖面。左列为杜瓦讷内湾、右列为布雷斯特湾；自上而下依次为光照强度（PAR）、温度、盐度、叶绿素 a 浓度与流速/流向剖面。灰色阴影表示夜间，黑色与白色横条分别表示白天与夜晚，温度图中的白色横线为温跃层深度。 实验结果 两湾水文结构差异显著。 杜瓦讷内湾全观测期间水柱层化，温跃层位于 8.9—15.6 m，水温由底层 14.6 ℃ 升至表层 19.8 ℃；叶绿素 a 为 0.6—10.8 µg/L，且在温跃层之下 20—25 m、13:00—17:00 出现超过 10 µg/L 的高值。布雷斯特湾则无层化，温度仅 16.6—17.5 ℃，叶绿素 a 为小于 0.1 至 4.04 µg/L（图3）。 幼虫群落组成截然不同。 杜瓦讷内湾以 O. nigra 幼虫为主，占总数 82%，O. fragilis 与 A. filiformis 分别占 5% 和 13%；布雷斯特湾则由 O. fragilis 主导，占 78%，O. nigra 与 A. filiformis 分别占 23% 和 4%。 混合湾均匀、层化湾分区。 布雷斯特湾三种幼虫在三个深度分布均匀，昼夜无显著差异，强烈垂向混合所致。杜瓦讷内湾则分布不均：O. nigra 幼虫表现出主动的昼夜垂直迁移（DVM），年轻幼虫夜间上浮至表层；白天其平均分布深度（MDD）下沉至 20—25 m，与叶绿素 a 高值层吻合，夜间又上浮至温跃层之上（图4）。该种还存在随发育阶段变化的个体发生垂直迁移（OVM），2 臂与 8 臂幼虫夜间差异最显著。O. fragilis 幼虫主要集中在温跃层之上的表层与中层；A. filiformis 幼虫多分布于中层与近底。 图4. 杜瓦讷内湾蛇尾幼虫浓度的时间序列。上、中、下三行分别对应表层（3 m）、中层（10—12 m）与近底（24—26 m），四列自左至右为 O. nigra、O. fragilis、A. filiformis 与 O. nigra 后期幼体；顶部黑色折线为水位，横条表示昼夜，堆叠柱按臂数显示各发育阶段所占比例。 图5. 杜瓦讷内湾 O. nigra 各发育阶段幼虫的平均分布深度（MDD）。MDD 曲线叠加在温度剖面上，白色横线为温跃层位置，虚线段为 8 臂幼虫；可见白天 4、6、8 臂幼虫下沉至 20—25 m，夜间 2、4 臂幼虫上浮至温跃层之上。 垂直分布决定幼虫通量。 杜瓦讷内湾 O. nigra 与 O. fragilis 幼虫日通量分别为 +554 与 +25 尾·m-2·d-1（正值为向湾内），A. filiformis 为 −156 尾·m-2·d-1；布雷斯特湾三者分别为 +40、+132 与 +7 尾·m-2·d-1（图6）。 图6. 三种蛇尾幼虫的瞬时通量与日平均通量。左组为杜瓦讷内湾、右组为布雷斯特湾；每组左列显示表（蓝）、中（红）、底（绿）三层通量，右列为全水柱平均通量。正值表示幼虫向湾内东向输运；黑色折线为水位，标注低潮（LT）与高潮（HT）。 研究结论 第一，在层化水柱中，蛇尾幼虫的垂直分布并不均匀，受昼夜垂直迁移、个体发生垂直迁移与幼虫形态（臂的数量、臂仰角）共同调控。臂仰角较高的 O. nigra 幼虫在剪切流中更稳定，主动上浮能力更强；而 O. fragilis 幼虫臂仰角低、游泳速度快但稳定性差，调控垂直位置的能力较弱。 第二，垂直分布直接改写幼虫的命运：位于温跃层之上的 O. fragilis 幼虫利于湾内滞留；贴近底层的 A. filiformis 幼虫更易被输出湾外；O. nigra 幼虫夜间上浮配合表层东向流，形成向湾内的净通量，有利于其滞留与本地增殖。 第三，在强烈混合的布雷斯特湾，三种幼虫被潮汐被动输运，潮汐不对称形成向湾内的净输入。研究由此强调，近岸水动力与物种特异的幼虫行为共同决定幼虫扩散，为解释蛇尾暴发与消亡提供了新视角。 KC-Denmark 产品与选型 本研究的样品完整性直接取决于取样设备。团队所用的 KC-Denmark 23.570 潜水式浮游生物泵以 300 L/min 的稳定流量逐层定量抽滤，是其能够在 25 小时内逐小时、定深重复获得可比样品并据此估算幼虫通量的前提。该泵最大流量 26000 L/h，过滤面积 3000 cm²，最大作业深度 150 m，可选配数字流量计以精确记录抽滤体积；深水型 23.590 配套 CTD，最大作业深度 6000 m，流量最高 13500 L/h，过滤面积同为 3000 cm²，适用于深海分层采样。面向微塑料研究，KC 另提供 23.580 泵（最大深度 40 m，可编程泵水体积，标准配 5000/500/300/100 µm 滤板）与 23.565 便携式泵（标配 4 个滤板）。对于需要“定点、定深、定体积、可重复”的浮游生物与颗粒物分层采样，KC 采样泵系列提供了从近岸到深渊的完整解决方案。 参考文献 Guillam M, Bessin C, Blanchet-Aurigny A, Cugier P, Nicolle A, Thiébaut É, Comtet T. Vertical distribution of brittle star larvae in two contrasting coastal embayments: implications for larval transport. Scientific Reports, 10: 12033, 2020. https://doi.org/10.1038/s41598-020-68750-4 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 浮游生物泵 丹麦KC-Denmark公司 微塑料颗粒泵

2026年，法国地中海海洋学研究所（MIO）牵头的团队借助BioSWOT-Med航次，在《Biogeosciences》发表了对地中海北巴利阿里锋面（NBF）迄今最精细的中型浮游动物分层调查。海洋锋面常被视为生命的“绿洲”：两个水团交汇之处，营养盐注入往往推高叶绿素浓度，理论上也应当养活更多浮游动物。但事实果真如此吗？出人意料的是，这条锋面并未成为浮游动物的聚集区，而是更像一道划分群落的“生态边界”——而支撑这一结论的，是ZooSCAN对两层网、三个水层、数十份样品的标准化定量分析。 研究背景 锋面是物理梯度陡变的狭窄区域，分隔温度、盐度性质迥异的水团。观测、模型与理论都提示，锋面往往是跨营养级的生物多样性热点。然而“叶绿素高”是否等于“浮游动物多”，答案远不明确：浮游动物对锋面的响应取决于发育时间匹配、昼夜垂直迁移、天气扰动等一连串因素，精细观测一直稀缺。 西北地中海有两大中尺度锋区，与研究较多的北锋面流相比，北巴利阿里锋面的生态影响几乎是空白。它分隔北侧利古罗-普罗旺斯盆地的“中央水”（更冷、盐度更高、生产力更强）与南侧来自阿尔及利亚盆地的“外围水”（更暖、更淡、更贫瘠），位置随季节在40.2°N—41°N之间摆动。恰逢SWOT（地表水与海洋地形）卫星进入快速采样阶段，能以前所未有分辨率捕捉中尺度海洋特征，BioSWOT-Med多学科航次应运而生——浮游动物正是其生态拼图的关键一块。 研究过程 2023年4月21日至5月14日，团队搭乘法国L'Atalante号科考船，在梅诺卡岛东北约100千米海域沿两条南北断面穿越NBF。站位按水团划分为A（北侧中央水）、B（南侧外围水）与F（锋区），并在航次中期一场风暴前后各采一条断面，形成天然的“扰动对照”。 浮游动物采样使用Triple-WP2三联网（口径60厘米，网孔64/200/500 μm），垂直拖曳覆盖0—100、0—200、0—400米三个积分水层；本研究聚焦中型浮游动物，采用其中200与500 μm两网。岸基实验室中，每份样品按个体大小分成<1000 μm与>1000 μm两个粒级，分别用Motoda分样框浓缩至约1500个目标个体后，以ZooSCAN数字成像系统扫描；ZooProcess软件完成分割，等效圆直径大于300 μm的对象纳入分析；随后在EcoTaxa平台上自动分类，辅以专家校验，共检出101个类群并归并为8大类。基于ZooProcess提供的粒径数据，团队还计算了标准化生物量粒径谱（NBSS），并依据1148 μm的阈值将两网数据融合为“组合网”数据集，以兼顾小型桡足类与大型胶质类的捕获效率。 图1. 法国HYDROPTIC公司ZooSCAN浮游动物成像分析系统 图2. 西北地中海环流与锋面格局：NC北锋面流、BC巴利阿里流、NBF北巴利阿里锋面（图源：Duranson et al., 2026, Biogeosciences） 分析环节，通过对逐层拖曳数据作差重建100—200米与200—400米水层，再以基于群落组成的PCA（PCACommunity）与基于桡足类体长组成的PCA（PCASize）检验群落结构沿断面与深度的变化。 实验结果 锋面没有"聚集效应"。与经典预期相反，各水层均未在锋区检出显著的生物量升高。NBF更像水团之间的边界，而非主动或被动汇聚浮游动物的“热点”。研究团队还提醒，航次处于春季藻华后的低生产期，浮游植物生物量偏低，锋面与浮游动物发育的时间匹配不佳，可能掩盖了聚集信号。 锋面的影响集中在表层。0—100米水层中，锋区群落与两侧水团差异最清晰：除刺胞动物暴发性增加外，各类群丰度普遍下降；100米以下，锋面影响减弱，海绵状的一幅图景逐渐浮现——群落结构随深度增加而趋于均一，说明水文过程的“手”在深层越伸越短。 图3. 各水层群落组成PCA排序：站位按水团着色（红A、绿B、青F），表层分组最清晰（图源：Duranson et al., 2026, Biogeosciences） 桡足类体长结构同样"表层敏感"。PCASize显示，0—100米层桡足类体长组成在水团间分化最强：北侧A水团与锋区部分站位以大于950 μm的大个体为主，南侧B水团站位则以小个体为特征且分布更异质；随深度增加，各站体长组成向PCA中心聚拢，分化消失。粒径在表层对水文环境的敏感响应，正是ZooSCAN逐个体测量才能捕捉的信息。 风暴的"洗牌"效应。风暴后的第二条断面显示出更均匀的跨锋面格局，锋区生物量优势从之前的数倍收窄至1.1—1.9倍，提示短期天气事件足以搅动既有的生态结构。此外，各层均检出明显的昼夜垂直迁移信号，提醒研究者采样时刻本身就是变量。 图4. 各水层桡足类体长组成PCA（PCASize）：体长分级作为被动变量，表层分化最强（图源：Duranson et al., 2026, Biogeosciences） 研究结论 这是NBF晚春浮游动物精细分布的首次系统研究。核心结论有三：NBF表现为群落边界而非生物聚集区；浮游动物群落呈显著的垂直分层，随深度增加趋于均一；风暴等短期事件与昼夜垂直迁移共同叠加在锋面物理结构之上，塑造出比“锋面=热点”的通用叙事复杂得多的图景。作者强调，未来评估锋面生态作用必须依赖水平与垂直方向的高分辨率观测，以及对短期过程的考量——笼统的假设该被更精细的数据取代了。 而精细观测离不开精细的样品定量。本研究中，两类网孔、三个积分水层、两断面的全部样品都经ZooSCAN统一数字化：自动分割加EcoTaxa专家校验让101个类群的鉴定跨站位可比，逐个体的粒径测量支撑了NBSS与PCASize分析，组合网数据集则展示了如何用图像定量“缝合”不同网孔的捕获偏差。对于开展中尺度海洋过程与生物耦合研究的团队，ZooSCAN提供的正是这种高吞吐、可追溯、可长期积累的定量成像能力——当卫星已经能看清海洋的精细纹理时，浮游生物的观测口径也必须跟上，ZooSCAN让网采样品的分析效率与分辨率站在了同一量级上。 参考文献 Duranson M, Berline L, Guilloux L, Della Penna A, Ohman MD, Gastauer S, Cotté C, Bănaru D, Garcia T, Berta M, Doglioli A, Grégori G, D'Ovidio F, Carlotti F (2026) The North Balearic Front as an ecological boundary: zooplankton fine-scale distribution patterns in late spring. Biogeosciences 23: 363-385. doi: 10.5194/bg-23-363-2026 Gorsky G, Ohman MD, Picheral M, Gasparini S, Stemmann L, Romagnan J-B, Cawood A, Pesant S, García-Comas C, Prejger F (2010) Digital zooplankton image analysis using the ZooScan integrated system. Journal of Plankton Research 32(3): 285-303. doi: 10.1093/plankt/fbp124 相关产品链接 法国HYDROPTIC公司 ZooSCAN浮游动物样品扫描分析系统

2022年，中国水产科学研究院黄海水产研究所等单位（Liu 等）在《Frontiers in Marine Science》发表了山东荣成桑沟湾的四季调查结果，比较贝类单养、贝藻混养与大型藻类养殖三种模式（IMTA，多营养层次综合养殖）下海水无机碳、有机碳系统及海气 CO2 通量的差异。表层水二氧化碳分压（pCO2）由 OceanPack（SubCtech，德国基尔）走航式 CO2 分压仪测定。结果显示：夏季贝类养殖区溶解氧最低（7.07 ± 0.25 mg/L）、pH 最低（7.73），是唯一的 CO2 源；秋冬季全湾则是强 CO2 汇。 一、研究背景 海洋是最大的碳汇，约吸收了人类活动排放 CO2 的 30%。2018 年人类活动排放约 11.5 ± 0.9 GtC，其中约 2.6 ± 0.6 GtC 被海洋吸收。海水吸收 CO2 会改变原有碳酸盐体系平衡，导致海洋酸化，进而影响钙化生物与鱼类的生存。 大型海藻养殖可通过光合作用吸收过量 CO2、提高周边水体 pH，从而在局地尺度缓解酸化；海藻生长还会释放大量溶解有机碳（DOC），部分可转化为难降解有机碳（RDOC）长期储存在海水中。而贝类养殖的情况更为复杂：其呼吸与钙化过程会向海水释放 CO2、升高溶解无机碳（DIC）与 pCO2、降低 pH，纯贝类养殖甚至可能成为海水中额外的 CO2 来源。已有的 CO2 通量研究多聚焦于大洋或大型藻类养殖，对“贝—藻综合养殖模式”整体碳循环影响的认识仍然不足。桑沟湾是我国北方典型的贝藻综合养殖区，是回答这一问题的理想场所。 二、观测平台与方法 桑沟湾位于山东半岛东侧（37°01′~37°09′N，122°24′~122°35′E），面积约 144 km²，平均水深 7.5 m，主要养殖种类为海带（Saccharina japonica）、太平洋牡蛎（Crassostrea gigas）与栉孔扇贝（Chlamys farreri）。湾内自西向东分为贝类养殖区（湾内）、大型藻类养殖区（湾外）与贝藻混养区（湾中）。 研究于 2019 年 4 月（春）、7 月（夏）、10 月（秋）、次年 1 月（冬）开展 4 次现场调查；每个养殖区布设 4 个站位，湾外对照区亦设 4 个站位。现场使用水质分析仪测定溶解氧、水温、pH、盐度等指标；表层水 pCO₂ 由 OceanPack（SubCtech，德国基尔）二氧化碳分压仪测定。水样用采水器采集后，经 GF/F 膜与醋酸纤维膜现场抽滤：酸化的 GF/F 膜用于元素分析仪测定颗粒有机碳（POC）；滤液经饱和 HgCl2 固定后，用总有机碳分析仪测定 DIC 与 DOC；总碱度（TA）以自动电位滴定法测定，测量精度 ± 5 mmol/L。 海气界面 CO2 交换通量按 F = k × αs × ΔpCO2 计算：F（mmol m-2 d-1）为通量，负值代表海水吸收 CO2（汇），正值代表释放（源）；k 为气体传输速度，取大陆架海区平均值 10.3 cm/h；αs 为 CO2 溶解度系数（按 Weiss 1974 公式计算）；大气 pCO2 取 410 µatm。研究用方差分析（ANOVA）检验季节与养殖模式的影响。 图1. 德国SubCtech公司 OceanPack 走航式 pCO2 观测系统（LI-COR 分析模块内置于碳纤维框架） 三、主要结果 （1）环境参数：夏季贝类区出现低氧与低 pH。 季节与养殖区均显著影响表层溶解氧（季节 F = 5.10，养殖区 F = 4.59，p < 0.05）。夏季贝类养殖区溶解氧显著低于其他区域，最低仅 7.07 ± 0.25 mg/L；pH 在贝类养殖区最低、在大型藻类养殖区最高，夏季贝类区平均 pH 仅 7.73。相比周边海区，夏季贝类养殖区的 pH 低 0.12—0.39 个单位、溶解氧低 0.94—1.06 mg/L；而大型藻类养殖区的 pH 高 0.10—0.34 个单位、溶解氧高 0.03—0.53 mg/L。总碱度在贝类养殖区显著最低，且随温度升高而下降。文献指出，pH 每下降 0.1 个单位，贝类钙化速率下降 13.5%；当 pH 低至 7.3 时贝类将无法合成贝壳。 （2）无机碳与 pCO₂ 的时空变化。 季节与养殖模式显著影响 DIC（季节 F = 325.75，养殖区 F = 7.18）与 pCO2（季节 F = 38.97，养殖区 F = 11.79，p < 0.05）。表层 DIC 与 pCO2 均为夏季最高、冬季最低；空间上 DIC 与 pCO2 在贝类养殖区最高、大型藻类养殖区最低。由走航观测绘制的季节分布图可见：夏季表层 pCO2 最高，部分海区超过 420 µatm；春季约 330—395 µatm；秋季约 318—345 µatm；冬季最低，约 310—330 µatm。 图2. 桑沟湾表层海水 pCO2 的四季水平分布（单位：µatm）（Liu et al., 2022） （3）有机碳分布。 DOC 在大型藻类养殖区最高、贝类养殖区最低，最低值出现在秋季；POC 夏季最高、在贝类区与藻类区较低、其余区域较高。贝类养殖区夏季 DOC 显著高于其他区域。 （4）海气 CO₂ 通量：夏季贝类区是"源"。 季节（F = 210.43）与养殖模式（F = 44.14）均显著影响 CO2 通量。春季贝类养殖区为弱汇；夏季贝类养殖区与贝藻混养区转为大气 CO2 的源；秋冬季全湾为强 CO2 汇，通量最低可达约 -60 mmol m-2 d-1。相关分析显示，全年 CO2 通量与 DIC 显著正相关（r = 0.488），秋冬季与 DIC 的相关系数更高（r 分别达 0.959 与 0.994），而与 pH 显著负相关（秋季 r = -0.935，冬季 r = -0.905）；夏季 CO2 通量与叶绿素 a 呈强负相关（r = -0.975）。 图3. 桑沟湾不同养殖区四季海气 CO2 通量（负值为汇，正值为源）（Liu et al., 2022） 四、结论与科学意义 研究表明，大规模养殖会显著改变近岸碳汇功能，且不同养殖模式的影响存在明显差异。贝类养殖通过呼吸与钙化提高 DIC 与 pCO2、降低 pH 与 TA，夏季甚至使养殖区由汇转源；而大型藻类养殖则通过吸收无机碳、释放 DOC，提高 pH 并增强碳汇。作者强调，贝类养殖能否表现为碳汇，高度依赖条件（如温度与是否配套大型藻类养殖）；桑沟湾较弱的换水能力放大了贝类养殖区无机碳体系的变化。总体而言，贝藻综合养殖（IMTA）在局地碳循环中扮演重要角色，有助于缓解海洋酸化与低氧，但要实现可持续的碳汇效益，需要科学配置藻类养殖规模。 五、对海洋碳与温室气体观测的启示 桑沟湾研究的一大技术亮点，是把走航式 pCO2 观测系统（OceanPack）直接用于近岸养殖区的四季网格调查。相比传统瓶采样，走航式 CO2 分压测量能够以更高时空分辨率刻画 pCO2 在养殖区与对照区之间的梯度，为通量计算提供关键的海水侧数据。这一案例说明：OceanPack 一类模块化、可快速部署的走航观测系统，不仅适用于大洋与渡轮走航，同样适合海湾、养殖区、河口等复杂近岸环境的碳循环研究；配合溶解氧、pH、叶绿素等传感器，可形成对酸化与低氧的同步监测能力。对于我国规模庞大的海水养殖产业而言，这种“走航 + 多参数”的观测方式，为评估养殖活动的碳源汇效应、优化养殖布局提供了可靠的技术支撑。 参考文献 1. Liu Y, Zhang J, Wu W, Zhong Y, Li H, Wang X, Yang J, Zhang Y. Effects of Shellfish and Macro-Algae IMTA in North China on the Environment, Inorganic Carbon System, Organic Carbon System, and Sea–Air CO2 Fluxes. Frontiers in Marine Science, 2022, 9: 864306. DOI: 10.3389/fmars.2022.864306 相关产品链接 德国SubCtech公司 OceanPack走航式pCO₂观测系统

2021年，捷克查理大学、澳大利亚昆士兰大学与德国蒂嫩渔业生态研究所的联合团队，依托2015、2017与2020年在大西洋马尾藻海开展的三次渔业调查，使用德国HYDRO-BIOS公司的IKMT艾萨克-基德中层拖网（网口面积6.2 m²、网孔0.5 mm）在0—300 m水层采集深海鱼幼体，并结合成体样品、视网膜转录组与全基因组分析，在8个目、20种深海鱼中揭示了一条保守的"视锥→视杆"发育转换路径：幼体几乎只表达中波长敏感的绿色视锥视蛋白，而成体则以暗视觉的视杆视蛋白为主。相关成果于2021年发表于《Molecular Biology and Evolution》。 研究背景 脊椎动物视觉由两类感光细胞承担：视锥细胞负责明视觉与色觉，视杆细胞负责暗视觉。许多深海鱼成年后视网膜仅剩视杆细胞以最大化捕获光子，但基因组中仍保留视锥相关基因。深海鱼并非一生都在深处度过：幼体阶段起始于光照充足的浅层（0—200 m），随后才下沉，必须在发育过程中应对差异巨大的光强与光谱环境。 在浅水鱼类中，视觉系统的发育遵循相对保守的分子顺序：先激活视锥相关基因，之后才启动视杆通路。但这一模式是否适用于成年后几乎只保留视杆的深海鱼，此前并不清楚。原因之一是研究材料稀缺：深海鱼幼体采集困难，相关研究多只涉及个别物种。要回答"深海鱼是否也遵循视锥先发育"，既需要覆盖面广的样品，也需在幼体所处的浅层精确采集，这对网具的开口尺寸与网孔规格提出明确要求：开口要足够大以保证采获效率，网孔要足够细以保住细小幼体。 研究过程 样品采集于大西洋马尾藻海，来自德国蒂嫩渔业生态研究所三次多用途渔业调查：2015年3至4月的"玛丽亚·S·梅里安"号航次，以及2017年与2020年的"瓦尔特·赫尔维希三世"号航次。成体样品在昼夜不同时段、于600—1000 m水深以一张中层拖网采集，该网开口约30×20 m、长145 m，网孔逐级递减至网囊的1.5 cm。成体鱼采集后立即以−80 ℃速冻，并取鳍条保存于96%乙醇中。 幼体样品主要在0—300 m水层采集，使用的是德国HYDRO-BIOS公司的IKMT艾萨克-基德中层拖网，网口面积6.2 m²、网孔0.5 mm，以双斜（double-oblique）断面拖网方式作业。该网兼具大开口与细网孔：大开口有助于在广阔的中上层水域高效捕获密度不高的幼体，0.5 mm网孔则可防止幼体滤漏。幼体样品以RNAlater溶液固定，于−80 ℃保存。研究共涵盖8个目、20种深海鱼，其中10种兼有幼体与成体样品，为比较发育差异提供基础。 实验室分析包括三部分：一是从鳍条提取基因组DNA，对5种深海鱼（4种为本研究新测序）进行全基因组测序，解析视蛋白基因库；二是从整眼提取总RNA，在Illumina平台以150 bp双端测序获得视网膜转录组，并纳入此前发表的11份转录组一并再分析；三是比对视蛋白基因——紫外敏感的SWS1、蓝色敏感SWS2、绿色敏感RH2、红色敏感LWS与视杆RH1（视紫红质），统计其在幼体与成体视网膜中的表达比例。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司IKMT艾萨克-基德中层拖网 图2. 20种深海鱼幼体与成体的视锥、视杆视蛋白基因表达比例（改编自 Lupše 等 2021，图1） 实验结果 1. 深海鱼的视蛋白基因库高度精简。 全基因组分析显示，五个受检物种均只保留1—2个视杆视蛋白RH1拷贝与1—7个绿色视锥视蛋白RH2拷贝；其余视锥视蛋白类别（SWS1、SWS2以及多数LWS）已大多在演化中丢失，与紫外、红光在水体中率先被滤除而中波长穿透更深的环境相符。 2. 幼体几乎只表达绿色视锥视蛋白。 基于视网膜转录组，幼体呈现纯视锥或以视锥为主的表达谱，几乎只表达RH2；而成体则呈纯视杆或以视杆为主，主要依赖RH1。个别成体与幼体还分别表达多个RH1、RH2拷贝。 3. 光转导级联基因呈现相同的发育顺序。 视锥与视杆的光转导级联基因也遵循"先视锥、后视杆"的模式，与视蛋白表达变化一致，表明这是视网膜整体层面的发育转换，而非单一基因切换。 4. 若干类群存在例外与种间差异。 在灯笼鱼目的珠眼鱼与帆蜥鱼中，视锥级联在整个发育中始终占主导，使其感光细胞"身份"仍存疑问；不同物种的RH2拷贝数与表达组合也差异明显。 5. 支持脊椎动物保守发育模式。 综合基因组与转录组证据，深海鱼遵循"视锥先出现、视杆后期加入"的保守路径，RH2是最重要、往往也是唯一的视锥视蛋白基因。 图3. 深海鱼RH1与RH2视蛋白基因的基因树及多拷贝分布（改编自 Lupše 等 2021，图3） 研究结论 这项跨8个目、20种深海鱼的研究，为深海鱼视觉系统的发育与演化提供了分子证据：其视觉视蛋白基因库高度受限，以RH2绿色视锥与RH1视杆为核心；发育上遵循脊椎动物"先视锥、后视杆"的保守顺序，幼体先在浅层借助绿色视锥视蛋白感知环境，下沉后才转向以视杆为主的暗视觉。该结果既说明深海视觉的趋同适应，也提示幼体阶段的光环境对其早期生存可能具有关键意义。 德国HYDRO-BIOS公司的IKMT艾萨克-基德中层拖网为获取深海鱼幼体提供了可靠手段。它以6.2 m²的大网口和0.5 mm的细网孔，兼顾采获效率与幼体保全，可在0—300 m水层通过双斜拖网稳定取得发育各阶段的样品，使幼体与成体的比较研究得以实现；该网结构简单、拖曳稳定，配合规范保存流程，可最大限度保留幼体RNA质量，满足转录组分析需求。HYDRO-BIOS提供多种网口规格的IKMT网（如2 m²、7 m²等），可按调查海域与目标生物灵活选型，是海洋鱼类早期生活史与深海生态研究的常用装备。 参考文献 Lupše, N., Cortesi, F., Freese, M., Marohn, L., Pohlmann, J.-D., Wysujack, K., Hanel, R., Musilova, Z. Visual Gene Expression Reveals a cone-to-rod Developmental Progression in Deep-Sea Fishes. Molecular Biology and Evolution 38: 5664–5677 (2021). https://doi.org/10.1093/molbev/msab281 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 IKMT 中水层拖网