海洋中的浮游生物并非均匀分布，而是呈斑块状散布，但“物理过程塑造生物分布”这一通行假设，从未在全球尺度用一致的现场观测检验过。多国研究团队依托“塔拉”科考帆船计划两个任务、五年积累的走航观测数据，分析了大西洋、太平洋与南大洋约66万条近连续的表层测量记录，发现生物与地球化学参数的斑块化格局与物理参数并不同步。其中，塔拉微生物组航段上由Seapoint紫外荧光计连续测量的CDOM荧光信号，是保障这套走航数据完整性的重要一环。成果发表于2025年《Nature Communications》。 研究背景 斑块化研究由来已久，但物理、生态与生物地球化学过程如何共同控制生物斑块，始终缺乏共识。传统观点认为物理过程是“模板”、生物过程是“刻画”，然而这一假说从未在盆地尺度上用一致的现场测量加以检验。卫星遥感虽覆盖面广，但像元尺度粗，且大气校正可能在叶绿素极低的寡营养海区人为注入小尺度方差，难以代表水面下的真实结构；历史上的零散航次又因仪器与处理流程不统一，结果难以跨海区比较。 要跨越盆地尺度比较斑块化，需要一个统一的量化指标和一套跨海区、跨年度、处理流程一致的现场数据。“塔拉”计划的太平洋与微生物组两个任务恰好提供了这样的条件：调查帆船以走航方式连续采集表层水体的光学与物理参数，时间跨度达五年，覆盖三大洋。 研究过程 研究使用的核心指标是“方差斜率”：把方差与空间尺度的关系取对数后拟合直线，其斜率（Γ值）刻画斑块化程度——Γ越低，意味着小尺度方差占比越高、斑块越细碎。团队将661552条分钟级（约200米分辨率）测量分为两组：物理域为温度、盐度与密度；生物与地球化学域为叶绿素a、443纳米颗粒衰减系数与平均粒径光学代用指标。 走航数据由船载进样系统连续获取。在塔拉微生物组航段中，Seapoint紫外荧光计持续测量CDOM荧光（fCDOM），为数据质控中因过滤中断的时段提供插值依据，保证叶绿素等生物参数序列的连续性；物理参数则由温盐系统同步记录。方差计算在500个样本的子集上进行，采用11个对数分布的窗口（3至500个样本，对应约0.6至100公里尺度）拟合方差斜率。 实验结果 生物斑块化与物理斑块化互不相关 现场数据显示，叶绿素a的Γ值与温度的Γ值几乎没有相关性，生物地球化学参数之间（如叶绿素a与颗粒衰减、粒径代用指标）却彼此高度一致；温度与盐度的Γ值同样相互呼应。斑块化在生物与物理两大域内各自“抱团”，域间则明显脱钩。相关分析给出的对比十分直观：叶绿素a与粒径代用指标在绝对数值上几乎无关（决定系数仅0.03），在方差斜率上却高度相关（决定系数0.42）；叶绿素a与温度则正好相反，绝对值强相关（0.36）而方差斜率几乎无关（0.02）。 图1. 美国Seapoint公司SUVF荧光计（UV荧光法测CDOM） 图2. 研究数据的空间覆盖范围与叶绿素a、海表温度统计分布（论文 Figure 1） 现场与卫星结论相反 卫星遥感的同类分析给出相反结果——温度的Γ值反而低于叶绿素a，且地理格局与现场不符。研究团队将其归因于海洋水色遥感的测量灵敏度与大气校正问题：在叶绿素极低的寡营养海区，信噪比不足使小尺度方差被人为放大，凸显了走航原位观测的不可替代性。 图3. 叶绿素a与温度方差斜率的全球地理分布（论文 Figure 3） 小尺度生物波动真实存在 放大个别航段可以看到，生物变量在公里以下尺度高频起伏，而物理变量平缓得多。这些“尖峰”并非仪器噪声：不同传感器之间的协同变化，以及408至730纳米的颗粒吸收与衰减光谱的内部一致性，都表明它们反映了真实的小尺度生物结构。这类细碎斑块在马尾藻海与亚热带南太平洋尤为明显，直接拉低了当地的Γ值。 图4. 四个典型航段的叶绿素a与温度序列及其方差级联（论文 Figure 2） 图5. 生物地球化学与物理变量方差斜率的域内及域间相关比较（论文 Figure 4） 研究结论 该研究在盆地尺度证明：海洋生物与地球化学参数的斑块化具有独立于物理场的发生逻辑，卫星遥感难以忠实再现，必须依靠走航原位观测；这也意味着生物地球化学模型的参数检验需要引入空间统计手段，而千米以下尺度的生态过程值得专门研究。 支撑这项工作的走航观测体系里，Seapoint紫外荧光计承担了连续CDOM荧光测量的任务：设备体积小、功耗低，接入船载进样系统即可昼夜不间断运行，其数据既参与叶绿素序列的质控插值，也为认识有色溶解有机物的分布背景提供了长程记录。对于以走航剖面为主要手段的全球海洋生态调查而言，这类可长期无人值守运行的荧光传感器，是保证数据链完整的基础装备。 参考文献 Gray, P. C., Boss, E., Bourdin, G., et al. Emergent patterns of patchiness differ between physical and planktonic properties in the ocean. Nature Communications, 2025, 16: 1808. https://doi.org/10.1038/s41467-025-56794-x 相关产品链接 美国Seapoint公司 紫外荧光计SUVF

珊瑚礁白化与过度捕捞正把生态学家推向更深处：30米以下的中深礁与深水前礁，会不会是浅水生物的避难所？澳大利亚研究团队Hellmrich、Saunders、Keesing、Anderson与Harvey驾驶两台小型遥控潜水器，在宁格罗海洋公园的六类中深底栖栖息地上航行11.9公里立体视频断面，识别并测量了近两万尾鱼，把鱼类群落与栖息地、光照、盐度等环境梯度一一对应起来，成果2026年发表于Coral Reefs。 研究背景 中深生态系统一般指约30米至150米之间仍有足够光照支撑光合珊瑚生长的水层，在60米上下存在一道明显的动物区系断带。西澳大利亚的宁格罗岸礁绵延260公里，2011年列入世界遗产，海洋公园面积约4566平方公里，34%划为禁捕的保护区带。然而占公园面积超过55%的深水栖息地至今基本游离于保护区网络之外。过往对宁格罗中深带鱼类的调查多依赖诱饵式水下视频，样点间隔至少500米，难以解析几十米尺度上栖息地拼接镶嵌与鱼类的精细对应关系。团队由此改用遥控潜水器搭载立体视频，沿栖息地等深线逐段推进，把每条断面锚定在明确的底栖栖息地类型上。 研究过程 研究聚焦公园北部的赫尔比岸滩海域，选定六类主导性中深栖息地：造礁石珊瑚、圆盘独珊瑚床、大型藻类、红藻石（钙化红藻群落）、沙质海底与海绵群落，共27个站位。采样安排在2022年2月20日至28日，特意避开鲸鲨与座头鲸洄游期以满足许可要求。两台遥控潜水器分别加装双目立体摄像系统：两台运动相机固定在间距600毫米、内倾5度的铝制基杆上，下水前后均做立体标定，可对鱼体做三维测量；分析软件自动剔除相机前方7米以外、侧方2.5米以外的个体，保证各断面采样视野一致。 图1. 冰岛Star-Oddi公司DST CTD温盐深记录仪 图2. 宁格罗海洋公园采样站位与六类栖息地断面构成（论文 Figure 1） 每台潜水器都挂着两台记录仪：一台Star-Oddi DST CTD温盐深记录仪，同步记录水温、深度、盐度、电导率与声速；另一台小型记录仪负责水温与光照强度。潜水器由船上操纵杆控制，超短基线定位系统以0.1米的距离分辨率实时回传其相对母船的位置，据此计算断面长度。团队共完成238条50米长、5米宽的立体视频断面，各断面间隔至少50米，按底栖覆盖超过50%的主导类型归类，站位水深介于15.5至66.1米之间。分析师逐段识别、计数并测量鱼类，独立复核员再做质量控制；生物量按体长的异速生长关系换算。 图3. 六类栖息地鱼类丰度与生物量群落结构的多元排序（论文 Figure 2） 实验结果 11.9公里断面录得近两万尾鱼。238条断面共记录19,211尾鱼，隶属263种。珊瑚栖息地的平均物种数、个体数与生物量均显著居首：单条断面平均生物量约50.5公斤，远高于其余五类；断面回代归属检验中珊瑚断面的群落也最难与其他栖息地混淆。红藻石床与珊瑚栖息地并列拥有最大的平均鱼体长，而红藻石、大型藻与海绵群落的鱼类组成彼此重叠较高。中深带还栖息着游钓鱼种与本地特有种，其群落组成明显区别于浅水礁坪。 环境梯度在几十米尺度上即可分辨。DST CTD的同步记录勾勒出六类栖息地截然不同的水环境：珊瑚断面最浅，平均水深24.9米，光照强度最高，平均约1289勒克斯；沙质海底最深，平均49米，光照仅约108勒克斯，两者水温也最低。珊瑚与大型藻断面水温较高，约27.5至27.6摄氏度；圆盘独珊瑚床断面盐度最高，平均34.17，明显高出海绵与沙质断面。声速与电导率因与水温高度相关，在建模中予以剔除。 图4. 六类栖息地的水深、水温、光照与盐度对比（论文 Figure 4） 栖息地与光照是最强预测因子。距离基线性模型显示，栖息地、位置、水深、盐度与光照合计解释了丰度群落变异的37.9%、生物量群落变异的37.0%；仅栖息地单因子就解释约32.7%至32.8%。环境变量中光照贡献最大，单独解释11.3%（生物量数据为12.0%），其次为深度的8.1%。这说明在宁格罗，环境梯度并非只在陆架尺度起作用，而是在几十米的精细尺度上就重塑着鱼类的群落结构。 图5. 各栖息地鱼类个体数、物种数与断面生物量（论文 Figure 5） 研究结论 研究表明宁格罗的中深带并非浅水礁的模糊延伸，而是由六类栖息地拼成、各自维系着独特鱼类群落的镶嵌体：珊瑚栖息地是丰度与生物量的热点，沙质海底是物种往返结构栖息地的觅食通道与运动廊道，红藻石与大型藻群落的价值则长期被低估。作者强调，这些深水栖息地在禁捕保护区网络中的占比明显不足，未来海洋空间规划必须把跨深度梯度的鱼类栖息地关系纳入考量。 对礁栖鱼类与底栖栖息地调查而言，环境数据的同步性决定了归因的可信度。把Star-Oddi DST CTD温盐深记录仪直接挂载到潜水器或拖体上，温度、深度、盐度、电导率与声速随每一秒航迹同步落盘，仪器长仅50毫米、直径15毫米，不挤占载体载荷，电池在10分钟间隔下可续航约5年，耐压档位最深可达2400米，数据经通讯盒与软件一次性回收，让每条视频断面都自带一份可追溯的水环境档案。 参考文献 Hellmrich LS, Saunders BJ, Keesing JK, Anderson MJ, Harvey ES. Fine-scale fish associations across mesophotic and deep coral fore-reef habitats. Coral Reefs, 2026, 45(4): 1907–1930. https://doi.org/10.1007/s00338-026-02852-9 相关产品链接 冰岛Star-Oddi公司 水下温盐深记录仪

美国马里兰大学环境科学中心联合加拿大拉瓦尔大学Amundsen Science、英国苏格兰海洋科学协会等机构，在楚科奇海东北陆架依托楚科奇生态系统观测站（CEO），使用德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器，于37 m水深处锚系布放一整年，结合海冰藻生物标志物（HBI）与表层沉积物调查，厘清了海冰藻产量、沉降与埋藏的季节与纬度规律。研究成果于2020年发表于《PLoS ONE》。 研究背景 在北冰洋太平洋扇区，海冰藻是春季初级生产的先行者：海冰消融前，冰底藻类率先繁殖，随后在融冰时集中释放入水柱，既为浮游动物提供饵料，也把有机碳快速输向海底，是理解北极碳循环的关键一环。然而，海冰藻的产量与去向极难直接观测——它们生活在冰下水体中，季节窗口短暂，且常被后续的浮游植物水华掩盖。 高度支链异戊二烯（HBI）生物标志物为此提供了突破口。其中，IP25被视为海冰藻的专属标志物，HBI III则更多来自浮游硅藻；通过比较二者的比例，可以估算海冰藻与浮游植物对有机碳的相对贡献。但要把这套标志物定量解释清楚，必须先了解它们在时间与空间上的产生与埋藏动态，而这恰恰缺乏长期、连续的实测数据。要获得这层信息，就需要能在深水环境中按预设时间间隔自动连续采集沉降颗粒的锚系设备。 研究过程 研究依托位于汉纳浅滩东南翼（71.6°N、161.5°W）的楚科奇生态系统观测站（CEO），将一台顺序式沉积物捕获器锚系布放于37 m水深处、距海底约8 m的位置，布放时间为2015年8月至2016年8月，覆盖一个完整的海冰周期。 该捕获器为德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器，配有24个采集杯，可在无人值守条件下按预设程序自动旋转切换，采样间隔在春、夏季缩短至一周、冬季放宽至一个月，实现了从冰封期到融冰期的连续、分时段颗粒物采集，样品回收后用于测定海冰藻硅藻与HBI标志物的通量。 在生物标志物分析中，研究测定了海冰藻专属的IP25与HBI II、浮游来源的HBI III，并用其相对丰度计算“HP指数”（H-Print），以估算海冰藻与浮游植物各自贡献的有机碳比例。同时，研究还分析了海冰专属硅藻Nitzschia frigida与Melosira arctica的通量，以及可能产生HBI的类群（Pleurosigma、Haslea与Rhizosolenia等）的通量，用以确认标志物的来源与海冰归属。此外，研究测定了2012—2017年白令海北部与楚科奇海表层沉积物中的标志物分布，并结合海冰浓度数据与沉积岩芯，评估其空间格局与长期保存状况。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司24杯顺序式沉积物捕获器 图2. 太平洋北极区研究站位与楚科奇生态系统观测站沉积物捕获器位置（改编自 Koch et al. 2020, 图2） 实验结果 1. IP25全年可检出，通量在融冰期陡增。 在2015年8月至2016年8月的观测期内，IP25全年均有检出，2016年3月开始明显升高（约10 ng m⁻² d⁻¹），并在2016年7月达到峰值1331 ng m⁻² d⁻¹，反映出海冰藻在融冰期的集中释放。 2. 融雪触发海冰藻进入水柱。 研究显示，2016年5月的融雪过程触发了海冰藻向水柱的释放；随后冰下浮游植物的生长接续，形成海冰藻早于浮游硅藻的沉降格局。 3. 海冰藻沉降呈自南向北递增的纬度梯度。 表层沉积物中，IP25浓度在68—70°N附近呈局地高值，而在71—72.5°N一带持续呈现强烈的海冰藻信号，说明海冰藻的埋藏随纬度升高而增强。 4. 东北楚科奇海的海冰藻信号逐年减弱。 2012—2017年间，东北楚科奇海的海冰藻（sympagic）信号呈下降趋势，与同期海冰浓度的持续下降相吻合，提示海冰退缩正在削弱海冰藻的沉降输入。 图3. 2015—2016年楚科奇生态系统观测站的海冰浓度、雪深及硅藻与生物标志物年通量（改编自 Koch et al. 2020, 图3） 研究结论 这项研究以一整年的连续沉降观测，量化了海冰藻标志物IP25的季节动态：海冰藻信号全年存在，但在融雪与融冰期集中释放并达到峰值；在空间上，海冰藻埋藏随纬度升高而系统性增强，而在东北楚科奇海，随着海冰持续退缩，海冰藻信号在2012—2017年间不断减弱。研究由此建立了一套区域性的海冰藻标志物基线，为解读沉积记录、预测北极海冰变化下的碳循环响应提供了依据，也印证了以IP25为核心的HBI指标在指示海冰过程上的可靠性。 本研究中，德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器是获取全程时序数据的关键。在37 m水深、无人值守的极地环境中，它依靠24个采集杯按预设间隔自动旋转切换，把采样分辨率从冬季的一个月逐步加密到春夏季的一周，完整记录了海冰藻从冰封期到融冰期的沉降节律——若没有这种长周期、分时段的连续采集，IP25从3月抬升到7月达到峰值的过程便无从捕捉。HYDRO-BIOS的顺序式沉积物捕获器系列提供6杯、12杯、24杯等规格，可搭载多个采集杯实现长周期分时采样，配转子与定位结构，广泛用于湖泊与海洋颗粒通量长期观测，是研究碳沉降与生物地球化学循环的可靠平台。 参考文献 Koch, C. W., Cooper, L. W., Lalande, C., Brown, T. A., Frey, K. E., Grebmeier, J. M. Seasonal and latitudinal variations in sea ice algae deposition in the Northern Bering and Chukchi Seas determined by algal biomarkers. PLoS ONE 15, e0231178 (2020). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231178 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 多联沉降物捕集器

2025年，由波兰华沙大学（University of Warsaw）生物与化学研究中心领衔，联合拉脱维亚水生生态研究所、拉脱维亚“BIOR”食品与动物卫生研究所、立陶宛希奥利艾工商会及波兰大马祖里湖保护基金会等机构组成的研究团队，借助丹麦 KC-Denmark 公司的 Kajak 柱状采泥器（Kajak Sediment Corer，型号 13.030），在波罗的海地区波兰、立陶宛、拉脱维亚三国的十座湖泊中，首次以完全统一的方法学同时刻画水柱与沉积物的微塑料污染格局，证认“湖岸城市化”是水柱微塑料丰度的唯一显著驱动因子（可解释约 73.7% 的方差），而国别、营养盐、季节、点源距离均无一致效应。相关成果于 2025 年 11 月发表于《环境科学与污染研究》《Environmental Science and Pollution Research》。 研究背景 微塑料（microplastics, MPs，指粒径 < 5 mm 的塑料颗粒）已在水体、沉积物乃至人体内被广泛检出，其危害程度取决于粒径、聚合物类型、密度等理化属性。然而，微塑料研究长期被“方法学不统一”所困：采样工具（钢桶、泵、Manta 网）、网目尺寸、消解流程、检测技术各不相同，术语与报告单位也差异巨大，导致已报道的浓度常常相差几个数量级——这更可能是方法差异而非真实环境差异。在缺乏可比性的数据上讨论“哪国污染更重”“哪个因子最重要”，几乎无法得出可靠结论。湖泊换水慢、又常紧邻城镇，既是内陆污染的首要滞留地，也是理解微塑料向下游与海洋输运的关键节点，因此尤其需要一套可跨国复制的采样方案。要拿到跨湖、跨国可比的沉积物数据，采泥器必须在浅水、小艇上稳定作业，且每根柱样的取样面积与表层结构完全一致——这正是 Kajak 采泥器的立足点。 研究过程 研究在波兰、立陶宛、拉脱维亚共 10 座湖泊开展，包括旅游强度高的湖泊与几乎无旅游活动的对照湖。每个湖泊按空间分层设置 3 个带位：最深中央盆地（湖沼学意义上的主要沉积累积区）、代表性湖岸带、以及紧邻潜在点源（酒店码头、游艇码头、排水口）的站位，该设计在所有湖泊中严格统一。水样用 Manta 网（网目 300 µm）船尾拖曳 20 min，每网过滤水量 0.74–36.3 m³（均值 14.61 m³），用机械流量计记录。沉积物则用安装在皮划艇上的 Kajak 沉积物采样器（KC Denmark, model 13.030）配亚克力取样管（内径 52 mm）从上述各带位采集柱样，统一取每根柱样顶部 5 cm。取样在 2023 年 5 月、8 月、10 月（对应旅游季前、中、后）进行。所有样品由同一团队按统一流程处理：氧化、表面活性剂、酶解（纤维素酶、黏酶、碱性蛋白酶）与多钨酸钠密度分离（1.75 g cm⁻³），过 200 µm 不锈钢筛后收集于 1.2 µm 玻璃纤维滤膜；≥ 300 µm 颗粒在体视显微镜下按形状、颜色、粒径分类，并用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）鉴定聚合物。质控环节设置了现场与实验室空白，以及加标 100 颗 100 µm 红色聚苯乙烯微球的正对照，沉积物回收率 84%–94%、水样 90%–95%。数据分析采用冗余分析（RDA）逐步前向选择，并配合广义可加模型（GAM）与广义线性模型（GLM）。 实验结果 - 浓度跨越一个数量级：水柱微塑料为 0.67（Germantas 湖）至 7.68 particles L⁻¹（Mastis 湖）；沉积物为 0.09（Łabap 湖）至 3.90 particles kg⁻¹ dw（Mastis 湖）。按国家合并后，湖泊之间与国家之间均无统计学差异（图 2）。 - 聚合物与形态高度一致：水面以聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）为主，其次为 PE-丙烯酸与聚苯乙烯（PS）；沉积物中 PS、聚氯乙烯（PVC）和三元乙丙橡胶（PEP diene）占比相对升高。粒径以 < 1 mm 和 1–5 mm 为主；形状以纤维为主、碎片次之；颜色以黑、蓝、白最普遍，灰色在沉积物中更多、红色在水面更多（图 3–6）。 - 湖岸城市化是唯一显著预测因子：在所有环境与人为变量中，仅湖岸城市化指数（shoreline urbanization index, SUI，即人工改造岸线长度占岸线总长的百分比）对水柱微塑料丰度有显著预测力（RDA：F = 10.876，p = 0.02），呈非线性关系（GAM：F = 12.94，p = 0.0087），可解释 73.7% 的方差（调整 R² = 0.737）；加入“国家”后模型未改善（p > 0.05）。 - 营养盐、季节、点源均无一致效应：微塑料丰度与 Cl⁻、总氮、总磷、点源距离、湖泊类型、季节均无显著关联；季节只改变组成——春季纤维少于夏季（置换检验 p = 0.0241），春季泡沫多于秋季（p < 0.001）。 研究结论 第一，一旦消除方法学噪声，跨国湖泊微塑料的“地域差异”基本消失，此前报道的区域分异很可能源于采样方法而非真实环境梯度。第二，湖岸城市化程度是内陆水体微塑料污染首要的、可量化的控制因子，其解释力远高于营养状态与点源分布。第三，季节影响的是微塑料的形态与类型组成，而非总丰度。研究还指出，同一座 Jagodne 湖本次测得的浓度是既往研究的 5.8 倍，差异同样来自采样方法（6 × 5 L 采水 vs Manta 拖网）。 值得强调的是，本研究沉积端的全部可比性都压在“同一台采泥器、同一根取样管、同一种操作”上。KC-Denmark Kajak 柱状采泥器（13.030）的定位正是浅水与野外场景：它可在船上、浅水区甚至冰面操作，本次即安装在皮划艇上完成湖区三带位作业；配套亚克力取样管（本研究所用内径 52 mm）透明可视，便于现场判断柱样界面与分层，且取样管可整根更换、单独清洗，从根源上避免湖与湖之间的交叉污染；由于取样管截面积恒定，每根柱样都对应相同的沉积面积，“每单位面积颗粒数”这一指标才真正可比。对于需要在数十个点位、多个国家、多个季节之间反复取样的微塑料监测项目而言，采样器的轻便、耐用与可替换，直接决定了数据能否被相信。 图1. 丹麦KC-Denmark公司Kajak柱状采泥器 图2. 十座研究湖泊的分布图。红色圆点为受旅游/人为影响湖（Łabap、Jagodne、Mastis、Lukstas、Ludza、Stāmeriena），蓝色圆点为对照湖（Krzywa Kuta、Germantas、Pintelis、Galgauska）；底图为波罗的海沿岸波兰、立陶宛、拉脱维亚三国边界，左下角比例尺 0–240 km。 图3. 水样（上排 A、B）与沉积物（下排 C、D）微塑料浓度箱线图。A、C 按湖泊给出（横轴为湖名，星号 * 为对照湖），纵轴分别为 particles L⁻¹ 与 particles g⁻¹ dw；B、D 按国家合并（Latvia、Lithuania、Poland）。可见 Mastis 湖中位数与离散度最高，但湖泊间与国家间差异均不显著。 图4. 微塑料聚合物类型占比堆叠条形图（横轴为百分比 %）。左栏为水样（All lakes 及逐湖、按国家分组），右栏为沉积物（全部湖泊合计）；图例自上而下为聚乙烯基、PP、PS、聚氨酯基、PVC、PEP diene、PET 及其他塑料。水样以 PE、PP 为主，沉积物中 PS、PVC、PEP diene 占比升高。 图5. 微塑料粒径组成占比（横轴 %）。左栏水样、右栏沉积物；颜色对应 < 1 mm、1–5 mm、5–20 mm、> 20 mm 四个粒径级。两个介质均以 < 1 mm 与 1–5 mm 为主，> 20 mm 仅零星出现。 图6. 微塑料形状组成占比（横轴 %）。左栏水样、右栏沉积物；颜色对应纤维、细纤维、碎片、薄膜、泡沫、颗粒、小球。水样与沉积物均以纤维占绝对优势，碎片次之，Mastis 湖与对照湖 Krzywa Kuta 的碎片比例明显偏高。 图7. 微塑料颜色组成占比（横轴 %）。左栏水样、右栏沉积物；颜色对应黑、蓝、红、白、灰、透明、绿、黄、粉、多色、橙、紫、棕。黑、蓝、白在两类介质中均最普遍；灰色在沉积物中比例更高，红色在水样中更常见。 参考文献 Babkiewicz E., Vecmane E., Fuk M., Jurgielewicz M., Koniuk A., Kurek E., Maszczyk P., Michalska-Kacymirow M., Jonuskiene D., Norvaišienė J., Burdukovska V., Dimante-Deimantovica I., Tunēns J., Pol W., Bulska E. Microplastics in the Baltic Sea region lakes—standardized insights reveal urban shoreline as key driver. Environmental Science and Pollution Research, 32(47): 27052–27067, 2025. https://doi.org/10.1007/s11356-025-37103-x 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Kajak取样器

2020年1—2月，法国、德国、美国四艘科考船在西热带大西洋开展 EUREC4A-OA/ATOMIC 联合观测。德国“玛丽亚·S·梅里安”号上搭载的 SubCtech OceanPack CUBE 走航系统连续运行约四周，测得高分辨率的表层海表 fCO₂ 与温盐序列。研究给出一个反直觉结论：5—16°N、50—59°W 海域在冬季是 −1.7 TgC/月（1 Tg = 10⁶ t）的强碳汇，比既有气候态估计强约 10 倍。 一、研究背景 全球海洋吸收了约 23% 的人为 CO₂ 排放，是气候系统最重要的缓冲器之一。而赤道大西洋是仅次于赤道太平洋的第二大海气 CO₂ 源区：赤道上升流上涌的富 CO₂ 水与亚马逊河羽流的低 CO₂ 水在此剧烈交汇，形成极为复杂的源汇格局。 西热带大西洋（WTA）冬季的碳循环过程长期缺乏观测。在 Surface Ocean CO₂ Atlas（SOCAT）数据库中，穿越该区域、位于 10°N 以南的冬季断面仅有一条。与此同时，亚马逊河羽流被认为是具有全球重要性的碳汇——若不将其计入，热带大西洋海气 CO₂ 通量将被高估约 10%。北巴西流（NBC）沿南美海岸北流，在约 8°N 处转向（retroflection），并脱落世界上尺度最大的中尺度涡——北巴西流环（NBC rings）。这些涡旋每年脱落 5—9 个，直径约 250 km，以 8—15 km/天的速度向西北移动，是搅动区域水团的关键动力。冬季径流量虽相对偏低但仍显著，涡旋与亚马逊羽流如何相互作用、又如何在冬季决定碳通量，此前几乎是空白。 二、观测平台与方法 原文点名系统与观测时段：“An OceanPack CUBE FerryBox system from SubCtech was installed on RV Merian measuring continuously the oceanic fCO2 from 23 January to 19 February 2020.” —— Olivier et al., 2022, Biogeosciences（DOI: 10.5194/bg-19-2969-2022） EUREC4A-OA/ATOMIC 联合航次于 2020 年 1—2 月实施，参与船舶包括法国“阿塔兰特”号、德国“玛丽亚·S·梅里安”号（下称 Merian）与美国“罗纳德·H·布朗”号（下称 Ron Brown）。三船均从海面以下约 5 m 处取水，连续测量温度、盐度与 fCO₂。 其中，OceanPack CUBE FerryBox 走航系统安装于 Merian 号，自 1 月 23 日至 2 月 19 日连续测量海表 fCO₂。系统以约 7 L·min⁻¹ 的流量取水，先经去泡器脱除气泡，再流过温盐传感器，随后进入膜式平衡单元——CO₂ 透过膜扩散，膜另一侧的空气回路以 0.5 L·min⁻¹ 循环，最终进入高精度非色散红外（NDIR）气体分析模块完成定量。这一“水泵—脱气—膜平衡—红外检测”的连续流路，正是走航观测在船体颠簸、盐雾与长周期无人值守条件下保持稳定的关键。 对比船方面，阿塔兰特号采用传统的大型气—水平衡器（淋浴式）配合独立红外检测，于 1 月 30 日至 2 月 18 日运行，并额外采集了 138 个溶解无机碳（DIC）与总碱度（TA）样品用于碳酸盐体系定标；Ron Brown 号同样采用大型气—水平衡器方案。 数据后处理中，作者对各船 CO₂ 数据统一步做了“取水口温度与分析温度差”的校正。为把稀疏的船测数据扩展到区域尺度，研究又利用表层温度—盐度—叶绿素 a 的三维线性插值关系，结合卫星海表盐度、海温与叶绿素 a 产品，将 fCO₂ 重建到 2.5 km 网格上，进而计算海气 CO₂ 通量。 三、主要结果 图1. 德国SubCtech公司 紧凑型走航观测系统OceanPack CUBE 图2. 西热带大西洋表层盐度（a）与海气 ΔfCO₂（b）分布，白线标示北巴西流、北赤道流与涡旋走向（Olivier et al., 2022） 其一，冬季该区域是一个被严重低估的碳汇。 2020 年 2 月，5—16°N、59—50°W 海域的积分海气 CO₂ 通量为 −1.7 TgC/月，即海洋从大气吸收碳；而同期气候态给出的吸收量比它小约 10 倍。区域重构通量与船测航迹通量相互印证，重建 fCO₂ 与实测 fCO₂ 沿航迹的标准差仅约 4 µatm。 其二，北大西洋副热带水贡献了约 60% 的碳汇。 该水团盐度介于 35—36，冬季受强烈冷却与强风驱动，叶绿素 a 低于 0.14 mg·m⁻³。Ron Brown 号在其中测得 ΔfCO₂（海—气差）约 −40 µatm，Merian 号某条断面也低于 −30 µatm，均指向明显的大气 CO₂ 汇。 其三，亚马逊淡水羽流以 10% 的面积贡献了近 20% 的碳汇。 羽流具有低盐（SSS < 34.5）、低 fCO₂（< 380 µatm）、高叶绿素 a 的特征。2 月 5 日羽流宽度约 100 km，最低盐度约 30，ΔfCO₂ 低至 −73 µatm；随后被 NBC 涡旋向北输运至 12°N，覆盖面积超过 100 000 km²。羽流携带的硅酸盐浓度达 4—10 µmol·kg⁻¹，而硝酸盐在表层几近耗竭。 其四，不同结构可正可负。 NBC 转向区的赤道水上涌带来相对高 fCO₂，是区域内唯一稳定的小型碳源；被涡旋持续搅起的陆架丝状体宽度仅约 10 km，fCO₂ 高于 430 µatm，ΔfCO₂ 达 +50 µatm，与淡水羽流形成鲜明反差。值得注意的是，涡旋“捕获”赤道水的效应在冬季相对较弱，真正塑造碳通量的，更多是涡旋从近岸搅起的丝状水体，而非涡旋核心本身。 图3. 三船航迹的水团分类（a）及温—盐—叶绿素 a—fCO₂ 属性（b—d）：北大西洋副热带水、淡水羽流、陆架水、改性北巴西流水与丝状体各成一簇（Olivier et al., 2022） 四、结论与科学意义 研究指出，西热带大西洋冬季的碳通量由中尺度涡与亚马逊羽流的相互作用主导，其格局与夏季截然不同：北部海域的通量主要由海温控制，南部则由温度、盐度与叶绿素共同决定，因此与 NBC 涡旋生成和亚马逊径流的年际变率紧密相关。此前气候态之所以低估该区域的碳汇，很大程度上源于数据稀疏，无法刻画中尺度与小尺度过程。作者强调，要更准确地预测 fCO₂，尤其需要 10°N 以南的高分辨率海表盐度产品——盐度是那里最有价值的 fCO₂ 预测因子。该研究也坦承，靠近海岸的 fCO₂ 数据仍然不足，且目前仅刻画了两个具有不同特征的涡旋。 五、对海洋碳与温室气体观测的启示 这项工作展示了一条成熟的技术路径：把可长期无人值守的走航式 pCO₂ 观测系统装载到大型科考船上，与 DIC/TA 采样、温盐及营养盐测定协同，就能在数周尺度上获得高时空分辨率的海表 fCO₂ 序列，并进一步与卫星数据融合，把“点”的观测扩展为“面”的碳通量估计。对国内海洋科研院所与涉海单位而言，OceanPack 这类集成化走航系统在 FerryBox、机会船（ship-of-opportunity）以及区域碳汇核查等场景中，都能承担海表 pCO₂/fCO₂ 的连续测量任务；其膜式平衡与红外检测的组合方案，在长期稳定性与维护便利性之间提供了实用平衡。航次级的高质量比对（如本研究三船同区观测）也提示：跨平台观测的一致性评估，是让数据真正进入全球数据库、支撑碳收支评估的必要环节。 参考文献 1. Olivier, L., Boutin, J., Reverdin, G., Lefèvre, N., Landschützer, P., Speich, S., Karstensen, J., Labaste, M., Noisel, C., Ritschel, M., Steinhoff, T., & Wanninkhof, R. Wintertime process study of the North Brazil Current rings reveals the region as a larger sink for CO₂ than expected. Biogeosciences, 2022, 19(12): 2969–2988. DOI: 10.5194/bg-19-2969-2022 相关产品链接 德国SubCtech公司 紧凑型走航观测系统OceanPack CUBE

研究团队使用丹麦KC-Denmark公司的Van Veen抓斗采泥器（开口面积0.1 m²），在马尔马拉海东南部的盖姆利克湾15个站点采集表层沉积物，并同步采集贻贝与大型海藻，测定了多种金属的含量，结合富集因子、地累积指数、污染负荷指数与生态风险指数，评估了该海湾沉积物的污染程度与来源，并对不同年龄组人群经由食用生物体的健康风险作出量化。相关成果于2026年发表于《Biological Trace Element Research》。 研究背景 工业生产、农业活动与人口增长使金属污染成为全球性问题，而进入水柱后不易降解的金属，其最终归宿往往是沉积物。因此监测沉积物能清晰反映所在区域的污染状况；但沉积物同时也是金属释放的源头，积累的金属可能重新回到水体。要评估金属污染的生态与健康影响，既需测定沉积物中的金属含量，也需借助底栖指示生物——贻贝等滤食性动物耐污性强、富集能力好，绿藻中的石莼属也常用作生物指示种。 盖姆利克湾位于马尔马拉海东南部，因表层低盐黑海水与深层高盐地中海水之间的密度跃层，水体交换受限，被列为该海污染最严重的区域之一。当地主要产业包括制皂、橄榄种植、农业与炼油，湾内南部分布着多个商业港口。已有研究证实河流输入对湾内金属分布影响显著，也曾发现湾内沉积物与贻贝的金属积累高于其他区域。不过此前数据大多来自沉积柱芯或单一介质，综合沉积物、贻贝与海藻三类介质并按国际指标系统开展污染与健康风险评估的工作仍然欠缺，这正是本研究的切入点。 研究过程 采样于2021年6月23日至24日在盖姆利克湾进行，共获取28个样品：15个表层沉积物、7个贻贝与6个海藻样品。表层沉积物样品由Van Veen抓斗采泥器采集，开口取样面积为0.1 m²（即1000 cm²）；贻贝与大型海藻则取自0至1 m深的浅水岸边。所选贻贝为地中海贻贝，海藻为石莼（Ulva lactuca）与肠石莼（Ulva intestinalis）。全部样品冷冻干燥后用于金属分析，为便于与食品安全标准比较，测得的干重浓度统一换算为湿重。 分析测定的金属包括铜、锌、钒、钴、铬、铅、镍、锰，沉积物样品另测铝与铁。研究据此计算了一系列指标：以富集因子（EF）判断金属来自自然还是人为来源（EF>1.5通常指示人为富集）；以地累积指数、单项污染系数、污染负荷指数与潜在生态风险指数等综合刻画沉积物污染与生态风险；以生物—沉积物累积因子（BSAF）反映生物体对沉积物金属的富集；并对儿童、青少年、成年女性与成年男性四个年龄组，计算每日摄入量、每周估计摄入量、目标危害商（THQ）与危害指数（HI），评估食用贻贝与海藻可能带来的健康风险。 实验结果 一、沉积物金属普遍超过页岩参考值。 15个站点表层沉积物中，铜含量在19.9至124.9 mg/kg之间（均值67.9），锌在77.8至358.8 mg/kg之间（均值229），铬在83.2至578.3 mg/kg之间（均值242.9），镍在42.5至248.4 mg/kg之间（均值136.2），铅在13.8至93.2 mg/kg之间（均值46.8）；钒、钴、锰的均值分别为174.4、31与822.9 mg/kg。除个别站点外，多数金属含量都高于页岩平均值，指示该湾广泛存在金属富集。 图1. 丹麦KC-Denmark公司Van Veen抓斗采泥器 图2. 研究区采样站位分布（论文 Figure 1） 二、富集因子揭示铬的严重富集。 十个金属的富集因子中，铬最高，均值达到5，被归为严重富集；锌与铅属中度富集（均值分别为4.6与4.4）；铜、钒、钴、锰、铁仅为轻微富集（均值分别为2.3、2.3、2.7、1.6、2.2）。按沉积物质量指南评估，全部站点均受到较重污染，其中铬与镍尤为突出。当以可能效应水平（PEL）衡量时，锌、铬、镍的最高值均超过相应限值，意味着这些金属很可能对区域内底栖生物产生不利的生物效应，沉积物存在生态毒理风险。 图3. 沉积物中金属的富集因子（论文 Figure 4） 图4. 沉积物生态风险指标的空间分布（论文 Figure 5） 三、生物体金属含量高于世界多地并反映局部污染源。 海藻样品中金属浓度排序为锰>锌>铬>镍>钒>铜>铅>钴，总浓度在3.78至890.7 mg/kg（干重）之间。位于库尔顺卢码头（K5）的样品各项金属均显著偏高，研究者将其归因于该站点同时承受船舶交通与排污影响。贻贝样品中铬的最高值达到10.2 mg/kg，明显高于联合国粮农组织对渔业产品规定的限值。与世界其他区域的对比显示，本研究的金属含量总体偏高。 图5. 贻贝中金属的浓度（论文 Figure 3） 四、健康风险评估显示儿童风险最高。 对四个年龄组的摄入量计算表明，无论食用海藻还是贻贝，儿童的每日摄入量与每周估计摄入量都最高，说明儿童比其他人群更易受到金属暴露的危害；在多数海藻样品中，目标危害商与危害指数都超过1，提示存在明显的非致癌健康风险，需要采取相应的防护措施。 图6. 各年龄组因食用海藻的目标危害商占比（论文 Figure 2） 研究结论 研究给出的图景是：盖姆利克湾的沉积物、贻贝与海藻中金属含量普遍高于世界其他地区，也显著高于既往研究，指示该区域多年持续承受人为污染。沉积物方面，铬与镍的高度污染、以及锌、铬、镍超过可能效应水平，说明底质已构成生态毒理风险；生物体方面，儿童是相对更敏感的风险群体，食用当地海藻与贻贝时应格外注意。研究建议持续开展长期监测，并针对来源制定有针对性的管理措施。 丹麦KC-Denmark公司的Van Veen抓斗采泥器是本项研究沉积物样品的采集工具。它以0.1 m²（1000 cm²）的固定开口面积、依靠自重下沉与双爪闭合，在湾内水深与底质各异的多个站点都能稳定取得表层沉积物，使15个站点的金属浓度与各类污染指数具有可比性；正是这种可重复、有面积定量的表层取样，才为沉积物、贻贝与海藻三类介质的交叉比对和风险量化提供了数据基础。对于海洋污染监测与沉积物质量评估而言，KC-Denmark Van Veen抓斗采泥器是久经验证的标准工具。 参考文献 Balcıoğlu İlhan EB, Çağlar S, Mülayim A, et al. Spatial Variability of Metal Concentrations in Seaweeds, Mussels and Surface Sediments in Gemlik Bay: an Extensive Assessment of Contamination Sources and Associated Health Risks[J]. Biological Trace Element Research, 2026, 204(6): 4323-4347. DOI: 10.1007/s12011-025-04967-6. 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Van Veen抓斗式采泥器