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
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