2025年，由福州大学与自然资源部第三海洋研究所领衔，联合美国康涅狄格大学、德国阿尔弗雷德·魏格纳研究所等机构组成的研究团队，借助丹麦KC-Denmark公司的13.540重力采泥器，在南海北部台湾海峡北部陆坡1300 m水深处获取了一根320 cm长的连续沉积柱，首次利用沉积古DNA（sedimentary ancient DNA，sedaDNA）重建了全新世以来海洋甲藻群落约1.7万年的演替历史，并提出在全球变暖情景下，由“泛化种”主导的甲藻赤潮将呈现跨纬度地理扩张、而非单纯向高纬迁移的新预测。相关成果于2025年发表于《国际微生物生态学会会刊》（The ISME Journal）。 研究背景 甲藻（dinoflagellate）是海洋重要的初级生产者，也是有害藻华（harmful algal bloom，HAB）的主要成因类群。观测与生态模型均提示，持续增暖的海洋中甲藻及其赤潮将愈发突出，但支撑这一判断的长期数据极为稀疏——中国系统的赤潮监测记录仅能回溯40余年。沉积物中的古DNA（sedaDNA）为突破时间尺度瓶颈提供了可能，但DNA长期保存条件苛刻，需沉积物快速埋藏且低温低氧，故取样必须同时满足三点：层序连续无扰动、沉积速率高、界面原状。抓斗与短管柱样难以兼顾，只有重力采泥器才能一次获得完整的连续长柱，这正是本研究技术路线成立的基础。 研究过程 2021年7月，依托国家自然科学基金共享航次，研究团队在南海北部台湾海峡北部的A11-2站位（119°17′9.996″E，22°7′0.012″N，水深1300 m）开展取样。柱样采用丹麦KC Denmark A/S的13.540重力采泥器采集，其取样管外径Ø101.6 mm，依靠自身配重垂直贯入海底，获得一根长320 cm、以半远洋沉积为主的连续柱状样，论文明确记载该柱“含未被扰动的半远洋沉积、沉积速率高”（undisturbed hemipelagic sediments with high sedimentation rates）。柱样上船后按1 cm间隔切片并立即冷冻保存。 图1. 丹麦KC-Denmark公司重力采泥器 图2. 研究站位与取样分布。A 全球站位图，青色圆圈为Tara Oceans表层水样（398个站位、677个样品），青色实心点为现代表层沉积物站位，红色三角为沉积柱A11-2（虚线框自北向南依次为楚科奇海CS、黄海YS、台湾海峡TS与南海SCS）；B–E 为南海、台湾海峡、黄海、楚科奇海局部放大图，B中蓝色箭头示意黑潮主轴及其分支，标注了沉积柱A11-2与盐度站位柱17940的位置。 年代框架由加速器质谱（AMS）14C定年建立：沿柱每50 cm（1、50、100、150、200 cm）在实体显微镜下挑取保存完好的优势浮游有孔虫Globorotalia menardii与Orbulina universa约10 mg测年，各层标准误约±30 yr，结果显示320 cm柱覆盖最近约17 kyr，完整包含整个全新世（约11.7 kyr）。共选取171个层位同步开展三类分析：①生物标志物——甲藻甾醇（dinosterol）指示甲藻生物量、奇碳长链正构烷烃（C27+C29+C31）指示陆源输入（terrestrial input，TI）、烯酮不饱和度指数重建年均海表温度（sea surface temperature，SST）；②微真核生物18S rRNA基因V4区扩增子测序（引物528F/706R，Illumina HiSeq平台）与③qPCR定量。同时引入Tara Oceans计划677个全球表层水样与1980–2023年中国沿海赤潮记录作对比。 实验结果 甲藻丰度与多样性呈明显“三阶段”波动。 依据甲藻群落剖面，柱样A11-2被划分为阶段I（~12–9.1 kyr BP）、阶段II（~9.1–4.3 kyr BP）与阶段III（~4.3–0.8 kyr BP）。甲藻相对丰度（relative abundance，RAB）与物种丰富度（species richness，SRI）在阶段I快速上升，阶段II降至此段最低，阶段III又显著回升（图2A、2B）；甲藻甾醇浓度与甲藻RAB显著相关、变化趋势一致，从脂类标志物角度独立印证了DNA记录（图2C）。 图3. 柱样A11-2中甲藻群落与古环境因子的时间序列。横轴为距今年代（cal. kyr BP，0–12），顶部色带标示三个阶段（III、II、I）。A 甲藻相对丰度（占微真核生物总序列的百分比，左轴）；B 甲藻ASV数（物种丰富度，右轴）；C 甲藻甾醇浓度（ng g-1）；D 年均海表温度SST（°C）；E 表层盐度SSS（psu，来自柱17940）；F、H 中国南方与北方每1000 km²考古遗址数；G 中国历史人口（百万）；I 陆源输入（ng g-1）；J 黑潮强度指数（浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloculata占比，%）。 全新世升温约4.3°C，同时陆源输入锐减。 年均SST由21.63°C快速升至24.49°C（阶段I，+2.86°C），再稳步升至25.91°C（阶段II，+1.42°C），最终缓升至26.97°C（阶段III，+1.06°C）（图2D）；表层盐度先由约12 kyr BP的33.91 psu短暂下降至约10.2 kyr BP的32.76 psu，随后快速升至35.30 psu并稳定在约34.71 psu（图2E）；陆源输入由阶段I的2732 ng g-1降至611 ng g-1，阶段II进一步降至270 ng g-1，阶段III稳定在约290 ng g-1（图2I）。 泛化种占比在全新世持续攀升，特化种被边缘化。 泛化种（generalist）甲藻丰度占比自阶段I至阶段III显著升高（斜率S=−3.23，R²=0.41，P<0.01），而特化种（specialist）与非显著种占比显著下降（图3C）；泛化种ASV的平均出现频率达20.44个站位，远高于非显著种（1.33）与特化种（1.29），其变异系数仅3.66，而特化种高达12.00，说明泛化种对环境波动具有更强的耐受性（图S6）。 图4. 泛化种、特化种与非显著种甲藻的丰度与多样性。A 相对丰度（%）；B ASV数；C 各亚群丰度占甲藻总丰度的比例（%，红圈为泛化种、青圈为特化种、紫圈为非显著种，附回归斜率S与R²）；D 各亚群SRI占比（%）；E、F 柱样与现代表层沉积物（E）及表层水（F）共有ASV的丰度随纬度（°）的变化。 现代海洋分布格局与中国赤潮记录高度吻合。 在纬度<42°的全球表层水中，泛化种平均RAB为5.9%，明显高于特化种的2.3%；而在纬度>42°海区格局反转，特化种达4.6%、泛化种为2.7%（图3F）。柱样中16个潜在有害甲藻属里，Prorocentrum平均RAB最高（0.6%），其后依次为Gymnodinium（0.5%）、Karlodinium（0.3%）、Scrippsiella（0.3%）与Karenia（0.1%）；其中Karenia的98%丰度由泛化种贡献，Noctiluca为93%、Karlodinium为80%、Gymnodinium为78%、Prorocentrum为63%（图4F）。1980–2023年中国沿海赤潮记录（上海+浙江266次、辽宁至江苏134次、广东至海南114次、福建76次）中，出现最多的属正是Prorocentrum（209次）、Noctiluca（185次）、Gymnodinium（69次）与Karenia（53次）（图5）。 图5. 柱样A11-2中16个潜在有害甲藻属的泛化种、特化种与非显著种动态。A 相对丰度（%，0–10）随年代（cal. kyr BP）变化，顶部色带为三个阶段；B 各亚群占潜在有害甲藻属总丰度的比例（%）；C 各亚群出现频率（%，箱线图，a、b为显著性分组）；D 各ASV相对丰度的热图（横轴0–12 kyr BP，纵轴自下而上为泛化种、特化种、非显著种），色标为相对丰度；E 16个属的平均相对丰度（%）；F 各属中泛化种、特化种与非显著种的丰度占比（%，星号标记泛化种ASV丰度>60%的属）；G、H 柱样与现代表层沉积物（G）、表层水（H）共有ASV相对丰度随纬度（°）的变化。 图6. 1980–2023年中国沿海甲藻赤潮记录的空间与类群分布。A 赤潮记录站位图（红点），底图标注沿海省份缩写（LN辽、TJ津、HB冀、SD鲁、JS苏、SH沪、ZJ浙、FJ闽、GD粤、GX桂、HN琼）；B 全国范围内各甲藻属的赤潮记录次数（横轴，0–250），星号表示该属在柱样A11-2中泛化种ASV丰度>60%；C–F 分别为辽宁—江苏、上海—浙江、福建、广东—广西—海南四个海区的属级赤潮记录次数。 研究结论 其一，过去约1.7万年间南海北部甲藻群落的“升—降—再升”受升温与营养供给（陆源输入、黑潮强度）共同调控；约4.3 kyr BP之后的再度繁盛，与华南人类活动显著增强（考古遗址密度、人口增长）在时间上高度吻合。 其二，长期增暖与环境扰动使耐受力更强的泛化种逐步取代特化种，并导致甲藻群落β多样性均质化（约1000年窗口内群落差异度随泛化种占比升高而显著下降，R²=0.07，P<0.01）与浮游生物共现网络简化，可能削弱生态系统的稳定性与服务功能。 其三，由于泛化种生态位宽、扩散能力强，未来赤潮更可能表现为跨纬度的大范围地理扩张，而不仅是简单的向高纬迁移。 本研究所有古生态结论均建立在A11-2这根320 cm连续柱样之上，而该柱样由KC-Denmark 13.540重力采泥器采集。该型重力采泥器采用Ø101.6 mm不锈钢取样管，依靠自重贯入沉积物，无需外部动力即可在千米级水深获得长柱状连续序列；贯入过程平稳、对沉积层扰动小，使层序界面与沉积物-水界面保持原状，满足sedaDNA对“快速埋藏、连续无扰动”的苛刻要求。正因如此，研究者才能按1 cm间隔切出171个层位，将DNA测序、qPCR与三类脂类标志物在同一套样品上平行比对。若缺少这样一根高保真长柱，全新世甲藻群落的完整演替曲线与“泛化种扩张”的预测便无从建立。 参考文献 Liu L., Zhu S., Gu Y., Tao S., Krock B., Wang C., Shi X., Yan Q., Pan X., Chen J., Lin S., Luo Z. Holocene and contemporary marine dinoflagellate community patterns predict expansion of generalist dinoflagellate blooms in warming oceans. The ISME Journal, 19(1): wraf095, 2025. https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf095 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 重力取样器

由南丹麦大学、德国基尔赫尔姆霍茨海洋研究中心等机构组成的研究团队，2009年8月在北海中部的Tommeliten海域开展了为期3天的湍流与溶解氧联合观测。团队把一支响应时间仅0.2秒的德国AMT公司原电池式快速溶解氧传感器安装在自由下落式微结构湍流剖面仪上，配合船采水样的温克勒滴定校准，以毫米级垂向分辨率解析温跃层内的氧浓度梯度与湍流氧通量，首次量化了近惯性波动把氧气从温跃层氧最大层泵入底层水的过程。相关成果于2016年发表于《Biogeosciences》。 研究背景 溶解氧在海水中的分布是生物过程（光合作用与呼吸作用）和物理输送过程共同作用的结果，其浓度变化直接关系生态系统健康：一般认为低于62.5微摩尔每升即为低氧阈值，会对水生生物造成显著胁迫。近几十年来，北海中部底层水夏季溶解氧持续走低，历史数据显示1990年后氧亏损明显加剧，虽尚未跌破低氧阈值，但低氧风险的上升使人们迫切需要弄清底层水氧收支的驱动机制。 每年4月至10月，北海中部水体出现季节性分层：温暖的混合表层与寒冷的底层水之间隔着强跃层，底层水与大气隔绝，有机质降解不断消耗氧气。跃层既是屏障也是通道——理论上湍流混合可以把跃层内光合作用产生的氧气向下输送，但这一通量从未在北海被直接量化。研究团队推测，温跃层附近的近惯性波动等动力过程可能是关键，遂在分层盛期的北海中部布下观测阵。 研究过程 观测在挪威海域的Tommeliten站位进行，位于多格滩东北约100公里，水深约70米，海底为平坦沙质底，以埋藏盐丘、甲烷渗漏和细菌席著称。2009年8月8日至11日，团队搭乘调查船开展了3天观测，获取39条微结构湍流剖面，以3至5条为一组、组内间隔5至10分钟连续施放；同时船载温盐深剖面系统采集水样，用于温克勒滴定校准。 核心观测平台是自由下落式微结构湍流剖面仪，以每秒0.5至0.6米的速度下沉，以1024赫兹采样。这台剖面仪除两支空气箔剪切探针、加速度计与快速温度传感器外，还加装了一支AMT快速原电池式溶解氧传感器——其0.2秒的响应时间足以匹配剖面仪的下沉速度，不致拖尾模糊氧浓度细节；绝对浓度再经船载剖面与温克勒滴定校准。海床上还布放着陆器，用声学多普勒流速剖面仪每15秒记录一次三维流速，底层光学氧传感器每分钟记录一次近海底氧浓度，持续刻画水柱动力环境。 实验结果 一、四层水柱结构与跃层氧最大值。 观测期间水柱呈稳定的四层结构：15米厚的混合表层与30米厚的底层边界层之间，夹着过渡层与强分层的内部层；内部层内上下各有一条陡峭温跃层，温度梯度最高达每米4摄氏度。表层与过渡层氧浓度接近饱和，内部层过饱和最高达115%，在约39米深处形成浓度约315微摩尔每千克的氧最大层；其下与底层边界层交界处存在仅2至3米厚的陡氧跃层，氧浓度梯度高达每米34微摩尔每千克。 图1. 德国AMT公司溶解氧微传感器 图2. 基于高分辨率湍流剖面与船载剖面的水柱温度、透光率与氧饱和度、氧浓度垂向分布（论文 Figure 2） 二、近惯性波动在温跃层内制造强剪切。 流速谱分析显示，观测期间温跃层内存在显著的近惯性波动，振幅约0.11米每秒，在表层与底层之间呈180度反相，属第二垂向模态；由此产生的界面剪切层厚2至3米，剪切值可达0.05每秒，恰好叠加在两条强温跃层所在深度上。湍流耗散率在内部层中心极低，而在上下界面处明显升高，说明近惯性波动确在温跃层内局部制造湍流。 图3. Tommeliten站位ADCP观测的流场、剪切与频率谱特征（论文 Figure 3） 三、氧气从温跃层被泵入底层水。 借助AMT传感器的高精度氧梯度数据，团队计算出内部层的湍流扩散系数与垂向氧通量：内部层中上部氧通量仅约1毫摩尔每平方米每天；而在温跃层下部向底层边界层方向，氧通量高达9至134毫摩尔每平方米每天，平均54毫摩尔每平方米每天。这一未被先前氧收支研究计入的输送通道，量级上足以显著影响底层水氧平衡。 图4. 内部层湍流耗散率、湍流扩散系数与垂向氧通量的深度分布（论文 Figure 4） 四、氧补充使底层水呼吸维持在高位。 近海底氧时间序列显示观测期内底层水表观氧损失约为每升0.42微摩尔每天，折合每平方米15毫摩尔每天；结合约10毫摩尔每平方米每天的沉积物耗氧，反推出水柱呼吸率约60毫摩尔每平方米每天，底层水总呼吸约70毫摩尔每平方米每天，其中86%的有机碳矿化发生在水柱中。若没有温跃层的氧补充，底层水氧下降速度将高达观测值的4倍——跃层输氧在支撑底层高碳转化的同时维持了较高的氧浓度。 图5. 底层边界层氧时间序列与湍流耗散剖面（论文 Figure 5） 图6. 本研究各氧通量分量汇总及AMT传感器与船载剖面氧数据对比（论文 Figure 6） 研究结论 这项研究在北海中部首次直接量化了温跃层向底层水的湍流氧通量，证明近惯性波动驱动的混合是一条长期被忽视的底层供氧通道；随着气候变暖使分层增强、周期延长，这一输氧机制可能被削弱，加上会垂直迁移的甲藻把产氧层抬升至跃层上部，北海中部底层低氧风险或将加剧。对开展陆架低氧监测、跃层过程研究与沉积物耗氧调查的用户而言，跃层内氧浓度梯度陡峭、结构精细，只有响应足够快的传感器才能在剖面运动中真实还原氧跃层细节。德国AMT公司的溶解氧微传感器正为此类场景而生：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，可集成于剖面仪、浮标或拖曳平台，测量参数覆盖溶解氧、硫化氢、总硫、二氧化碳、氢、臭氧、pH、氧化还原电位与电导率，并配有专用校准装置。从湍流剖面搭载到长期底层观测，AMT溶解氧传感器都能在关键层位交出可靠的垂向氧数据。 参考文献 Rovelli, L., Dengler, M., Schmidt, M., Sommer, S., Linke, P., McGinnis, D. F. Thermocline mixing and vertical oxygen fluxes in the stratified central North Sea. Biogeosciences, 2016, 13: 1609–1620. https://doi.org/10.5194/bg-13-1609-2016 相关产品链接 德国AMT公司 溶解氧（DO）微传感器

2025年，由斯坦福大学地球系统科学系领衔的研究团队，借助丹麦 KC-Denmark 公司的孔隙水压榨台（Pore-Water Pressing Bench），在加利福尼亚州蒙特雷湾（Monterey Bay）的两处冷泉渗漏区开展系统采样与深度测序解析，首次对这片被研究三十余年却始终缺乏微生物学表征的海区进行群落刻画，揭示了甲烷渗漏沉积物中厌氧甲烷氧化古菌（ANME）异常稀缺的现象。相关成果于 2025 年 1 月发表于《Biogeosciences》。 图1. 丹麦KC-Denmark公司孔隙水压挤装置 图2. 蒙特雷湾两处冷泉站点位置与 ROV 采样现场。(a) 蒙特雷湾水深图及 Clam Field（CF，895–909 m）与 Extrovert Cliff（EC，965–990 m）两站点位置，插图为中心加州海岸；(b)(c) Clam Field 采样前后的 ROV Doc Ricketts 影像，可见密集的活体蛤床与斑块状微生物席；(d)(e) Extrovert Cliff 采样前后的 ROV 影像，白色箭头指向推入式柱样 研究背景 冷泉（cold seep）是海底以甲烷和硫化物为主的流体渗漏所形成的化能合成生态系统。在全球范围内，冷泉微生物群落具有高度可预测性，即所谓“渗漏微生物组”（seep microbiome），其核心成员是厌氧甲烷氧化古菌（anaerobic methanotrophic archaea，ANME）与硫酸盐还原细菌（sulfate-reducing bacteria，SRB）构成的共生体。ANME 通过将甲烷的厌氧氧化（anaerobic oxidation of methane，AOM）与硫酸盐还原相耦合，被认为可在甲烷抵达海底前氧化其中约 80%，是海洋甲烷的关键“生物过滤器”。 蒙特雷湾位于构造活跃的转换边界上，圣格雷戈里断裂带与蒙特雷湾断裂带贯穿其间，富有机质的含烃沉积物被持续挤压、压实，驱动流体沿高孔隙层与渗透性裂缝上升，形成密集的冷泉网络。该区域的流体化学与大型底栖动物已被研究三十余年，历史上曾在此检出 ANME-2b、ANME-2c 的克隆，然而基于荧光原位杂交的定量调查始终未能成功，具备典型 ANME 聚合形态的细胞亦十分罕见。为此，作者选择 Clam Field（895–909 m）与 Extrovert Cliff（965–990 m）两个站点，首次以深度扩增子测序系统刻画其微生物群落与孔隙水地球化学。 研究过程 2019 年 4 月，研究团队搭乘 R/V Western Flyer 科考船，使用 ROV Doc Ricketts 在两地采集沉积物柱样。每个站点沿 100 m 样带布设四个位置：渗漏中心、渗漏内缘、边界外 5 m 与边界外 100 m，分别记为 Seep、Seep-Edge、Background-5m 与 Background-100m，每个位置取两根最长 20 cm 的推入式柱样（push core）。柱样回收后于 4 °C 保存，并在采集后 8 h 内挤出、切片：0–10 cm 以 2.5 cm 间隔分层，10 cm 以下以 5 cm 间隔分层。 孔隙水的提取是整个流程中最关键的一环。沉积物切片后，立即在氩气流保护下使用孔隙水压榨台（KC Denmark Research Equipment, Silkeborg, Denmark）挤出孔隙水，并经 0.2 µm Durapore PVDF 滤膜过滤。其中 0.5 mL 以 0.5 M 乙酸锌固定、4 °C 保存用于硫化物测定，2 mL 加入预置 1 mL 85% 磷酸并已抽真空、N2 吹扫的 Exetainer 管中，用于溶解无机碳（DIC）的 δ13C 分析。甲烷由气相色谱-火焰离子化检测器测定并按孔隙度回算为孔隙水浓度，硫化物采用亚甲基蓝比色法（Cline, 1969）测定，检出限 0.02 mM。 分子层面，团队对 16S rRNA 基因 V4–V5 区（515F-Y/926R 引物）与甲基辅酶 M 还原酶基因 mcrA（mcrA_F/mcrA_R 引物）同步开展 DNA 与 RNA（cDNA）扩增测序，并以微滴式数字 PCR（ddPCR）定量 mcrA 基因与转录本，配合 DAPI 染色显微计数 ANME 典型聚集体。此外，Clam Field 沉积物在 0–2 atm 甲烷、100 µM 15NH4⁺ 条件下培养 6 个月，以考察甲烷氧化类群及其硫酸盐还原共生体的富集潜力。 图3. 采样方案与地球化学剖面。(a) 两站点统一的柱样布设示意（非等比），自渗漏中心沿 100 m 样带依次为 Seep、Seep-Edge、Background-5m 与 Background-100m；(b) 全部柱样甲烷、硫化物浓度与 δ13C-DIC 随沉积深度的热图，BDL 表示低于检出限 实验结果 甲烷与硫化物显著富集，但 δ13C-DIC 异常偏重。 Clam Field 孔隙水甲烷浓度为 25–183 µM，随深度递增，约为背景沉积物的 4 倍；Extrovert Cliff 甲烷高达约 3000–6400 µM，比 Clam Field 高出约 2 个数量级。两地渗漏边界内硫化物亦明显升高，Clam Field 由表层未检出升至 11.2 mM，Extrovert Cliff 全剖面维持 2.7–12.7 mM。Clam Field 的 δ13C-DIC 随深度由 −3.1‰ 降至 −17.7‰，明显重于典型活跃甲烷氧化冷泉（通常为 −40‰ 至 −30‰），暗示其 DIC 更多来自非甲烷烃的氧化（Fig. 2b）。 mcrA 基因与转录本丰度极低。 Extrovert Cliff 渗漏沉积物的 mcrA 基因峰值出现在 2.5–5 cmbsf，达 5.3 × 10⁷ copies g-1 干沉积物；Clam Field 峰值仅 4.2 × 10⁶ copies g-1，且其 mcrA 转录本与背景沉积物相当。按 mcrA 基因丰度与 ANME 占比换算，Extrovert Cliff 的 ANME 细胞数约 8.2 × 10⁶–4.7 × 10⁷ cells g-1，而 Clam Field 仅 4.5 × 10²–8.2 × 10⁴ cells g-1，两地相差约 4 个数量级（Fig. 3、Fig. 5）。 图4. Seep 与 Background-5m 柱样中甲烷、计算硫酸盐浓度（折线）与 mcrA 基因（DNA）、转录本（cDNA）浓度（条形）随深度的分布。注意 Extrovert Cliff Seep 面板中甲烷浓度横轴量级不同；n.d. 表示已测定但未检出 ANME 在群落中近乎缺失，且培养无法富集。 Clam Field 中 ANME 序列占比不足 0.1%，Halobacterota 的 cDNA 完全未检出；Extrovert Cliff 的 ANME 虽不足 0.3%，但转录活性很高，cDNA 中最高可达约 18%，且几乎全部来自 ANME-2c，其潜在共生伙伴 Seep-SRB2 在 5–7.5 cmbsf 的 cDNA 中占比高达 30%。Clam Field 沉积物经 6 个月甲烷培养后 ANME 未见富集，硫化物虽有累积但与是否添加甲烷无关，表明硫酸盐还原并不依赖甲烷（Fig. 4）。 图5. 群落组成随深度的变化。(a) 各沉积层位古菌与细菌门水平的相对丰度；(b) Halobacterota 内甲烷循环亚群与 Desulfobacterota 内硫酸盐还原亚群的相对丰度，分别以 DNA 与 cDNA 推断 孔隙水甲烷呈线性剖面，指示生物氧化微弱。 Clam Field 甲烷浓度沿岩心近似线性下降，而非指示 AOM 的凹形曲线。若仅以扩散为去除机制，估算 Clam Field 的 Seep 与 Seep-Edge 柱样甲烷扩散通量分别为 17.8 与 18.5 mmol CH4 m-2 yr-1，这部分甲烷可能直接逸出至水柱（Fig. 2b）。 图6. mcrA 基因测序所得各 ASV 的相对丰度及其在 mcrA 参考树上的分布。Clam Field 以甲基营养型产甲烷菌 ASV.2 为主，Extrovert Cliff 则以 ANME-2c 为优势类群；实心圆表示自举支持度≥60%（灰）或≥80%（黑）的节点 研究结论 第一，蒙特雷湾冷泉存在 ANME 古菌异常稀缺的现象，Clam Field 尤为突出：高甲烷、高硫化物与典型的渗漏宏体生物群落，并不足以保证活跃的厌氧甲烷氧化。第二，非甲烷烃（乙烷、丙烷、丁烷及可见油类）的输入可能直接或间接排除了 ANME——非甲烷烃氧化每还原 1 mol 硫酸盐的产能高于 AOM，且无需在两个共生伙伴之间分配能量，因而可能在与烃降解细菌的竞争中占据优势。第三，冷泉甲烷氧化效率存在显著的站位差异，且无法由表面宏体生物群落或渗漏表面形态推断，这对全球甲烷排放估算具有直接意义。 上述结论的可靠性，很大程度上取决于孔隙水是否真正在无氧条件下原位提取。铁、硫、甲烷等氧化还原敏感组分一旦接触空气即被迅速改写，δ13C-DIC 与硫化物剖面也会随之失真。本研究所用 KC-Denmark 孔隙水压榨台采用 5 个 100 mL 压榨室，最大工作压力 4 bar（400 kPa），适配样品直径 ≤ 40 mm；压榨室标配黑色聚甲醛（POM），亦可定制 AISI 316 不锈钢。该设备可整体置入手套箱，在氩气或氮气保护下完成孔隙水的分级提取，从切片到挤出的每一步都隔绝氧气，这正是本研究能够获得可信地球化学剖面的前置条件。 图7. 基于加权 UniFrac 距离的非度量多维尺度（NMDS）排序。(a)(b) 仅渗漏样品，颜色分别表示站点与沉积深度；(c)(d) 含背景样品，蒙特雷湾背景样品嵌入美国大西洋边缘背景群落之中 参考文献 Semler, A. C., Dekas, A. E. Unexpected scarcity of ANME archaea in hydrocarbon seeps within Monterey Bay. Biogeosciences, 22(2): 385–403, 2025. https://doi.org/10.5194/bg-22-385-2025 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 孔隙水挤压装置与筛网

秘鲁海洋研究院（IMARPE）领衔、联合秘鲁圣马科斯国立大学、秘鲁南方科学大学与德国GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心的团队，利用德国HYDRO-BIOS公司的Multi Sediment Trap MST6多联沉积物捕集器，在秘鲁中部卡亚俄湾（Callao Bay，12°S）30 m水深处布放系留阵列，完成了2020年3—12月共5个时段的沉降颗粒捕获，测得平均总质量通量（TMF）为601.9 mg·m-2·d-1，并发现鱼粪粒在粪粒通量中占据主导。相关成果于2023年发表于《Hydrobiology》。 研究背景 北洪堡海流系统（NHCS）是全球生产力最高的上升流区之一，支撑着以秘鲁鳀（Engraulis ringens）为核心的庞大渔业资源。上升流把富营养的次表层水带到真光层，浮游植物大量繁殖，其固定的有机碳再以沉降颗粒的形式向下输送，构成“生物碳泵”的关键一环。要理解这一系统的能流效率，就必须定量刻画颗粒有机质（POM）从表层到底层的通量。 沉降颗粒的组成十分复杂，既有浮游植物团块、矿物碎屑，也有浮游动物和鱼类产生的粪粒。其中粪粒因沉降速度快、不易被细菌分解，被认为是碳快速输送到海底的重要载体。然而，在上升流强烈的近岸浅水环境中，粪粒贡献了多少质量通量、不同来源（浮游动物或鱼类）各占多少，长期缺乏按天分辨率、连续多时段的实测数据。 浅海近岸的湍流与再悬浮常使大开口锥形捕集器难以稳定工作，而高沉降通量又要求采样器容量充足、时序切换可靠。因此，一套能在激流中稳定滞留沉降物、自主按时序切换样品瓶的管式捕集器，是获取高质量通量序列的前提。 研究过程 研究站位位于秘鲁中部卡亚俄湾（12°S），团队布放了一套系留阵列：上层为15 m处浮球组，底部为200 kg配重，捕集器固定于30 m深度。样品采集跨越2020年3月至12月，捕集器转盘共提供了5个时段的样品，其中4个为10天期（3—4月），另有1个长达239天的长时段样品，用于评估长时间积算与短时采样之间的一致性。 采样设备为德国HYDRO-BIOS公司的Multi Sediment Trap MST6多联沉积物捕集器（货号444 101），采用320 mm直径的Saarso型圆柱沉降筒，配6个250 mL塑料收集瓶，论文给出的筒口采样面积为0.080384 m²。布放期间，研究团队还对阵列与捕集器的垂直姿态进行了原位检查，以确认其始终保持直立。 样品回收后运至IMARPE海洋地质实验室4 ℃保存。每份样品用Folsom分样器精确分为四份，其中A份用于总质量通量估算：先用体视显微镜（Nikon-SMZ18）配合针灸针手工剔除浮游动物，再以Whatman GF/F玻璃纤维滤膜（47 mm，预先450 ℃灼烧6 h）过滤、干燥称重，并按公式 TMF = (分样系数 × POM重量) / (0.080384 m² × 采样天数) 计算；B份则用于粪粒的计数、形态表征、尺寸测量与体积、干重和通量计算。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司Multi Sediment Trap MST6多联沉积物捕集器（6管，钛合金框架、电机驱动转盘，可在水下一次布放中按时序切换样品） 图2. 卡亚俄湾系留阵列示意与捕集器布放、回收及样品回收过程（a为阵列示意，b–d为现场作业）（改编自 Leigh et al., 2023, Fig. 2） 实验结果 1. 平均总质量通量处于上升流区较高水平。 5个时段的平均TMF为601.9 mg·m-2·d-1，“正常条件”下的最低与最高值分别为70.2与860 mg·m-2·d-1。此前2013年同深度（34 m）夏季观测为427 mg·m-2·d-1，而2017年沿岸厄尔尼诺期间卡亚俄湾高达4502±1892 mg·m-2·d-1，反映异常事件对通量的强烈放大作用。 2. 粪粒对总通量的贡献比例不高但结构清晰。 粪粒对TMF的贡献介于0.16%–26.95%，明显低于同一区域拉尼娜条件下报道的60%–70%，说明本年度偏“正常”的水文条件限制了粪粒产量。 3. 浮游动物粪粒以卵形为主，鱼类粪粒全为碎段。 共计数浮游动物粪粒4396粒，其中第5号样品即占3360粒；形态上分为卵形（多来自幼体）与圆柱形（多来自成体桡足类），卵形在各样品中均占优势。鱼粪粒则只呈圆柱形，且全部以碎段形式出现。 图3. 沉积物捕集器中的粪粒形态：（a）浮游动物粪粒呈卵形与圆柱形，（b）鱼粪粒仅呈圆柱形且多为碎段（改编自 Leigh et al., 2023, Fig. 3） 4. 鱼粪粒的通量与沉降速度均远高于浮游动物粪粒。 浮游动物粪粒通量为0.17–85.59 mg·m-2·d-1，鱼粪粒通量为1–92.56 mg·m-2·d-1，后者在体积与占比上都是主要贡献者。估算的平均沉降速度为：浮游动物粪粒4.63±3.47 m·d-1，鱼粪粒432.27±294.26 m·d-1，相差近两个数量级。 图4. 各时段总质量通量与浮游动物、鱼类粪粒通量的对比（改编自 Leigh et al., 2023, Fig. 5） 研究结论 研究指出，在秘鲁中部上升流区，粪粒虽然是颗粒通量中活跃而多样的组分，但其对总质量通量的贡献受生产力、水文条件与厄尔尼诺事件强烈调制；其中鱼粪粒因体积大、沉降快，是把表层营养快速输送到近底层的主要粪粒来源，与秘鲁鳀鱼群在浅水区向下输送营养的生态角色相吻合。该研究也提示，只有获得覆盖不同水文情势的多时段通量序列，才能准确诊断粪粒在近岸生态系统中的作用。 值得注意的是，要在30 m浅水、强潮流与高沉降通量的卡亚俄湾连续获取5个高质量时段样品，样品瓶能否在布放期内被精准、无交叉污染地依次切换至关重要。德国HYDRO-BIOS公司的Multi Sediment Trap系列正是为此类自主长期作业而设计：以钛合金框架封装标准Saarso型圆柱沉降筒，筒内完全无金属接触；电机驱动转盘可容纳6、12或24个收集瓶（MST 6／12／24，货号444 101／444 121／444 141），一次布放即依次采集多个时段；开口处可拆卸挡板栅格削减湍流、防止上部沉积物被冲走；管线式筒体开口面积虽小，却能在湍流中保证沉降物稳定滞留，避免大开口锥形捕集器常见的再悬浮问题。未激活的收集瓶与周围环境完全隔离，投放与回收时筒底打开、自由通流；三节长效锂电池供电，经PC端OceanLab软件即可设定1分钟至8760小时的采样时段。它无需重型锚系、可在小型船只上布放回收，已在极地、热带与亚热带海域的大量长期应用中验证可靠性，是近岸高沉降通量环境颗粒通量研究的可靠选择。 参考文献 Leigh, B., Aramayo, V., Mendoza, U., Velazco, F., Kiko, R., Ayón, P., Fernández, E., Graco, M. Total Mass Flux in the Northern Humboldt Current System: Rates and Contribution Sources from Central Peru (12°S). Hydrobiology 2(4): 521–536 (2023). https://doi.org/10.3390/hydrobiology2040035 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 多联沉降物捕集器

2024年1月1日，日本能登半岛发生7.6级地震，富山湾海底设施损毁、海底电缆被冲断，研究者怀疑强震在富山深海水道触发了大规模浊流。以Senjyu领衔的长崎大学与北海道大学团队，依托震前震后六个航次的水文观测和震后三个月的锚系记录，捕捉到两次小型浊流事件，并利用地震一个月后CTD断面上Seapoint浊度计测得的高浊度水体，还原了有机质沉积物向深海输送引发的低氧过程，成果于2026年发表于《Journal of Oceanography》。 研究背景 富山深海水道是日本最长的海底峡谷，全长约750公里，从日本海中部一直延伸到富山湾，其上游南端紧邻黑部川、常愿寺川等五条大河，被认为是陆地物质向深海输送的通道。历史观测表明，水道东西两坡分别发育离岸与向岸的不对称环流，东坡水团更暖、更浑浊且溶解氧更低。 强震、气象扰动与河流洪水都可能触发浊流——一种因悬浮泥沙而密度加大、沿陡峭海底向下流动的重力流。2011年东北地震就曾在太平洋侧生成大规模浊流。富山深海水道的重力岩芯与地震剖面曾提示约70年周期的浊流活动，但此前从未被直接观测到。能登地震主震时，湾内深层取水管破裂、水道内海底电缆与渔具受损，震后测深调查显示峡谷斜坡大规模滑塌，强浊流很可能确实发生过。震后深海环境如何恶化、能否恢复，需要实测数据回答。 研究过程 研究团队自2021年11月起在富山湾持续开展观测。2024年3月，借白凤丸号应急航次横穿水道完成5个站位断面，CTD上挂接的Seapoint浊度计以880纳米近红外背散射方式原位测量浊度，同步的走航声学多普勒剖面仪提供流速剖面。随后在3月10日于水道最深轴线1335米处布放锚系：95米高处的声学多普勒剖面仪以10分钟间隔俯视测量，183、65与30米高处的三台单层声学流速计、温盐记录仪与浊度记录仪分别以1至30分钟间隔连续工作，直至6月1日回收，共记录约三个月。作为对照，2022年5月至10月同一站位也曾开展过类似锚系观测。团队还收集了余震目录、五条河流水位与能登七尾站的气象数据，用于判别浊流触发机制。 图1. 美国Seapoint公司STM浊度仪 图2. 研究区站位、震中与五条河流分布（论文 Fig 1） 实验结果 两次浊流事件被完整记录。3月30日至31日与5月17日至18日，底层出现两场谷底增强的下坡强流，持续时间分别为14与29小时，最大流速达18.5与28.9厘米/秒，16厘米/秒以上的强流集中在1280米以下，第二场事件中超过20厘米/秒的底层流厚度约80米。事件期间位温同步升高0.02至0.03摄氏度，指示上层暖水被卷入；浊度也出现瞬时抬升，且声学反向散射峰值出现在流速加速阶段，指示浊流头部强烈湍流造成的再悬浮。 图3. 轴向流速、位温与浊度时间序列，粉条标出两次浊流事件（论文 Fig 4） 图4. 两次浊流事件的流速、位温与浊度放大时序（论文 Fig 5） 震后水体透光性显著变差。以各剖面最大透光率为基准计算的光透率异常，震前在100米以深仅0至1%；震后152天时中层500米处出现异常极大值，指示再悬浮沉积物沿等密度面平流形成的中层雾浊层，700米以深异常仍保持约2%，直到震后495天才恢复到震前水平。而Seapoint浊度计在主震后69天测得的断面上，全水道被低浊异常区包围的高浊度水占据，东坡最浑。 图5. 轴线站位震前震后溶解氧、位温、透光率及其异常剖面（论文 Fig 8） 高浊低氧水沿海道东坡下泄。断面上溶解氧低于190微摩尔/千克的水体充斥水道，东坡甚至低于185微摩尔/千克；声学流速剖面显示这些低氧高浊水正沿东坡与轴线向东北（顺峡谷下坡方向）输送，流速超过8厘米/秒，呈现受地球自转影响的浊流结构。同一水层磷酸盐与硝氮浓度同步升高，表明浊流带来的富有机质沉积物在分解耗氧。 图6. 震后断面上的光透率异常、浊度与轴向流速分布（论文 Fig 10） 气象扰动与浊流触发相关。余震频次与河流洪水均与两次事件对不上号，而3月29日七尾站最大阵风15.9米/秒的西南强风段恰覆盖第一次事件，5月16至17日的8.8至8.9米/秒强西南风紧接第二次事件。震前2022年同期5个月观测中，即便出现9.4米/秒强风也未记录到类似事件，说明主震后的不稳定斜坡使小型浊流更易被风浪触发，且随着不稳定斜坡在震后初期陆续滑塌，浊流频次逐渐下降。 研究结论 主震引发的大规模浊流把上游浅水区富含有机质的沉积物大量输送进深海，其分解造成持续至少152天的短暂低氧与营养盐升高；此后小型浊流频繁发生，又随不稳定斜坡耗尽而减少。到2025年6月，溶解氧与浊度基本回到震前状态。这一过程与湾内名贵渔获红雪蟹资源的显著下滑在时间上吻合，为解释地震对深海生态的冲击提供了环境证据。 从主震浊流到震后恢复的全过程追踪，依赖对水道浊度场的原位剖面测量。Seapoint浊度计体积小、功耗低、耐压可达6000米，可直接挂接CTD在千米级深海断面快速获取校准浊度数据，其近红外背散射测量对悬沙响应灵敏，是震后应急航次与深海环境监测中刻画雾浊层结构与输运方向的可靠手段。 参考文献 Senjyu T, Zhang J, Otsuka S, et al. Turbidity currents after the 2024 Noto Peninsula Earthquake and their environmental impacts on the Toyama Deep-Sea Channel in the Japan Sea. Journal of Oceanography, 2026. https://doi.org/10.1007/s10872-026-00805-y 相关产品链接 美国Seapoint公司 浊度仪

2012 年 9 月，研究团队在挪威 Fanafjorden 100 m 水深处用 0.1 m² 箱式采泥器（KC-Denmark）取回 8 个未扰动箱样，在实验室培养舱中做了 5 天的 13C 示踪实验。结果指向一个此前很少被讨论的机制：水母尸体一旦落底，沉积物耗氧速率迅速抬升，碳流在几天之内就从大型底栖动物转向细菌。相关成果发表于 2016 年《Limnology and Oceanography》。 研究背景 水母水华近年来在全球多地（包括峡湾）规模和频率上升。以往研究多关注水母水华的成因以及活体水华对海洋生态的影响，而水华消亡后大量水母尸体下沉、在海底堆积所产生的“后水华效应”，尤其是它对冷水、深水环境的影响，此前几乎无人研究。以往虽有研究评估过温带、暖水浅环境中凝胶状碎屑对底栖生态系统的影响，但在寒冷的深水环境中尚无相关研究。有机质从上层海洋沉降到海底，是深于真光层的水域中底栖生物最重要的碳来源，也是驱动沉积物生物地球化学过程、塑造底栖群落结构与生态系统功能的关键。 在挪威沿岸的深水峡湾中，冠水母 Periphylla periphylla 是常见种，其种群在过去几十年间明显增多，可能与水体变暗使触觉型捕食者相对视觉型捕食者更占优势有关。死亡后的水母会沉到海底，若大量堆积便可能被微生物矿化。由于细菌与水母的碳氮比接近，水母碎屑更易被细菌降解，因此在大型底栖动物分解占主导的低温深水系统中，一旦转向微生物分解，就可能显著削弱向高营养级的能量传递并降低沉积物碳储存。本研究据此提出假设：在水母碎屑存在时，大型底栖动物对藻类碎屑的短期摄取显著降低，而细菌的摄取显著增强。 图1. 丹麦KC-Denmark公司箱式采泥器 图2. 两种处理下沉积物群落耗氧速率（SCOC）随时间的变化。加水母组（+Phyto+Jellyfish）在 17 h 后显著高于仅加藻类组（+Phyto），星号表示两组差异显著。 研究过程 实验于 2012 年 9 月在挪威 Fanafjorden 开展。在 100 m 水深处，用 0.1 m² 箱式采泥器（KC-Denmark）从随机站位采集 8 个重复箱式样；再从每个箱样中取一根 15 cm 深的柱状样，挤入透明的 10 cm 直径亚克力底栖培养舱。采样后立即用取自 40 m 深、经 0.2 µm 过滤并充氧的海水覆盖 25 cm，随后运回 Espegrend 海洋站，在 8 ℃ 的暗室流动系统中稳定 1 周，让沉积物恢复地球化学平衡。 示踪物使用 13C 标记的硅藻 Skeletonema costatum（13C 丰度 20.4±2.2 atom%，C:N 为 9.7±1.9）。向 8 个培养舱各注入 142.4±0.1 mg 水合藻液，相当于 3.6 g C m-2 的碳添加，约为 0–1 cm 沉积物碳库的 2%。1 小时后，向其中 4 个舱的表面加入 8.6±0.1 g 解冻的 Periphylla periphylla 水母（C:N 为 5.6），即额外输入 27.4 g 水母碳 m-2（约合 1.1 kg 水母 m-2），覆盖约一半沉积物面积；另 4 个舱不加水母作为对照。为保持条件一致，所有舱内都放置了同样的塑料包覆金属环以固定位置。实验在黑暗中持续 5 天，舱内水体以约 3 转/分缓慢搅拌（不悬浮沉积物），以氧探头在 0、2、17、26、37、47、64、90、117 h 测定沉积物群落耗氧速率（SCOC）；结束后将沉积物按 0–2、2–5、5–10 cm 分层，分别测定大型底栖动物与细菌磷脂脂肪酸（PLFA）。 实验结果 0 h 时加水母组与对照组的 SCOC 分别为 9.0±1.9 与 11.7±2.5 mmol O2 m-2 d-1；加入藻类和水母 2 h 后分别升至 29.0±2.6 与 24.1±2.1。加水母组在 17 h 之后显著高于对照组，且差异一直持续到实验结束（p<0.001）；其 17–117 h 平均耗氧速率是对照组的 2.9 倍（图 2）。处理对生物量无显著影响（p=0.394），但类群间差异显著（p<0.001）：两处理中的细菌生物量（3558.4±132.9 与 4165.5±374.1 mg C m-2）均为大型底栖动物生物量的 4.5–5.5 倍（图 3）。 5 天中藻类碳的总摄取量为 12.7±0.9（对照）与 11.6±1.8（加水母）mg C m-2 d-1，两者无显著差异，但存在显著的交互作用（p=0.002）：对照组中大型底栖动物摄碳为细菌的 1.9 倍，而加水母组反转为细菌摄取为大型底栖动物的 2.6 倍（图 4）。多毛类贡献了大型底栖动物摄碳的 97–99%（对照）与 88–98%（加水母），其中表层摄食的 spionid 多毛类占比最高（图 5）。进入细菌的碳主要分配在 iC15:0、aiC15:0 与 10 Methyl-C16:0 三种 PLFA 上，其中 10 Methyl-C16:0 是硫酸盐还原菌（Desulfobacteriaceae）的生物标志物，在加水母组显著富集，指示厌氧代谢被上调（图 6）。按呼吸商校正后，对照组的藻类碳降解速率为 140.3 mg C m-2 d-1、周转率 0.04 d-1；加水母组的水母碳降解速率为 435.2 mg C m-2 d-1、周转率 0.016 d-1，比藻类碎屑低 41%。 图3. 两种处理下细菌与大型底栖动物的生物量。细菌生物量显著高于大型底栖动物（标注 B 与 A 表示差异），但两种处理之间无显著差异。 图4. 两种处理下细菌与大型底栖动物对藻类碎屑碳的摄取速率。对照组中大型底栖动物摄碳更高，加水母组中则细菌摄碳显著更高。 图5. 两种处理下各大型底栖动物类群的摄碳速率。表层摄食的 spionid 多毛类在两组中均为主要摄碳者。 图6. 两种处理下进入各细菌 PLFA 的碳摄取量。加水母组中指示硫酸盐还原菌的 10 Methyl-C16:0 富集更明显。 研究结论 水母尸体沉降到海底后，能在极短时间内（数小时至 5 天）显著改变底栖生物地球化学循环：沉积物耗氧速率快速升高，碳流由大型底栖动物转向细菌。值得注意的是，这一转变在生物量未发生变化的情况下就已出现，说明生态系统功能的改变可以先于群落结构的变化发生。作者也指出，本实验排除了底栖与底上食腐动物，因此结果更可能代表食腐作用受限的大型水母沉降事件。若该结果具有普遍性，水母水华消亡可能对底栖生态系统功能与服务产生级联影响，包括增强细菌代谢、减少向高营养级的能量传递，以及降低沉积物中的碳储存。 KC-Denmark 产品与选型 本文的关键取样工具是 KC-Denmark 的箱式采泥器。据官方产品册 Ver.14.0，标准型箱式采泥器货号 80.100，采样面积约 1000 cm²（即 0.1 m²），与本文所用规格一致；80.250 的采样面积为 2500 cm²，80.750 为 7500 cm²、穿透深度 50 cm。选型建议：需要在一箱内取得多根未扰动短柱样、用于培养实验时，0.1 m² 级的 80.100 便于在船上操作且能提供 8 个以上重复；若需更大面积或略深穿透，可选 80.250 或 80.750。箱式采泥器能在贯入后由铲刀与顶盖闭合，最大程度保留沉积物-水界面的完整性，这正是本文能够从每个箱样中取出 15 cm 未扰动柱样、并据此测定 SCOC 与分层 PLFA 的前提。 参考文献 Sweetman A. K., Chelsky A., Pitt K. A., Andrade H., van Oevelen D., Renaud P. E. Jellyfish decomposition at the seafloor rapidly alters biogeochemical cycling and carbon flow through benthic food-webs. Limnology and Oceanography, 61: 1449–1461, 2016. https://doi.org/10.1002/lno.10310 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Box Corer 箱式采泥器