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近期，英國(guó)南安普頓國(guó)家海洋學(xué)中心與法國(guó)索邦大學(xué)聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)借助水下滑翔機(jī)搭載的UVP6-LP，對(duì)地中海利古里亞海的中尺度鋒面實(shí)施了長(zhǎng)期高分辨率觀測(cè)，并分析了春季水華期浮游生物與顆粒物的時(shí)空分布數(shù)據(jù)，探究了鋒面動(dòng)態(tài)對(duì)浮游動(dòng)物聚集及顆粒物分布的調(diào)控機(jī)制。

研究背景

位于西北地中海利古里亞海的中尺度鋒面系統(tǒng)——利古里亞鋒，作為典型的海洋生產(chǎn)力“熱點(diǎn)區(qū)"，其對(duì)浮游生物分布的控制作用已受到學(xué)界廣泛關(guān)注。盡管現(xiàn)有研究已初步揭示了中尺度海洋過(guò)程（如鋒面系統(tǒng)和海洋渦旋）對(duì)浮游生物分布的調(diào)控機(jī)制，但在鋒面時(shí)空特征的耦合效應(yīng)方面，特別是生物量爆發(fā)性增長(zhǎng)等現(xiàn)象的高分辨率解析仍存在研究空白。

春季水華作為溫帶海域的關(guān)鍵生態(tài)過(guò)程，其引發(fā)的浮游生物與顆粒物動(dòng)態(tài)是解析海洋生物地球化學(xué)循環(huán)的核心環(huán)節(jié)。本研究以利古里亞鋒面系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，擬實(shí)現(xiàn)三個(gè)科學(xué)目標(biāo)：（1）構(gòu)建春季水華期浮游生物群落與顆粒物的三維時(shí)空格局；（2）驗(yàn)證鋒面輻聚效應(yīng)是否形成浮游動(dòng)物生物量特異性聚集區(qū)；（3）闡明鋒面動(dòng)力過(guò)程對(duì)顆粒物輸運(yùn)-沉降通量的調(diào)控機(jī)制。

研究過(guò)程

本研究借助水下滑翔機(jī)搭載的水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)UVP6-LP（法國(guó)，HYDROPTIC公司），于2021年1-6月期間，共完成了超5000次下潛的拍攝任務(wù)。研究使用的UVP6-LP成像體積0.67L，像素73μm，可捕獲≥600μm浮游生物及≥80μm的水下顆粒物，采樣率為0.14-0.91 L/s（最高1.3 Hz）。其采集了110萬(wàn)張圖像，圖像經(jīng)Morphocluster聚類分析、EcoTaxa分類，結(jié)合隨機(jī)森林與CNN特征提取，部分類群經(jīng)人工驗(yàn)證，最終保留了12824張有效浮游生物圖像（共10個(gè)分類群）。

圖1 四幅代表性斷面圖，展示了水柱的深度平均流情況。這些斷面起始于Dyfamed附近，指向Nice方向

圖2 法國(guó)HYDROPTIC公司水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)UVP6-LP

研究結(jié)果

研究揭示了西北地中海利古里亞鋒春季水華期浮游生物與顆粒物的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化：

1. 環(huán)境與鋒面動(dòng)態(tài)：利古里亞鋒在水華期呈現(xiàn)顯著變化——2月鋒面強(qiáng)，表層葉綠素富集水團(tuán)沿等密度面下沉至300米；3月強(qiáng)風(fēng)引發(fā)200米深度水體混合，葉綠素濃度降低；4月近岸層化啟動(dòng)，深層葉綠素最大值（DCM）初步形成；6月水體強(qiáng)層化，DCM穩(wěn)定于50-100米，呈現(xiàn)夏季寡營(yíng)養(yǎng)特征。

圖3 在四條具有代表性的橫斷面中，水華期間環(huán)境條件的變化情況

2. 顆粒分布：鋒面對(duì)顆粒調(diào)控顯著，小顆粒（102-256 μm）集中于近岸（高熒光區(qū)），大顆粒（>512 μm）富集于鋒面區(qū)；時(shí)間上，2月大顆粒物隨下沉水團(tuán)輸運(yùn)，3月混合后減少，4月DCM區(qū)小顆粒物積累，6月深層出現(xiàn)大顆?！坝?（生物碎屑沉降）。

圖4 顆粒分布演變圖

3. 浮游生物演替：群落隨水華階段更迭——2月尾海鞘（0-200米）主導(dǎo)；3月橈足類激增，海樽（0-100米）出現(xiàn)；4月尾海鞘二次峰值；6月根足蟲（全水層）主導(dǎo)，其他類群減少，反映水華結(jié)束后海域向低生產(chǎn)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變。

圖5 四個(gè)選定類群的浮游生物分布演變

綜上，鋒面通過(guò)物理過(guò)程（混合、層化）調(diào)控環(huán)境與顆粒分布，浮游生物活動(dòng)（如分泌、攝食）反作用于顆粒，形成“物理-生物-顆粒"耦合動(dòng)態(tài)。

研究結(jié)論

本研究借助水下滑翔機(jī)搭載的UVP6-LP，實(shí)現(xiàn)了中尺度鋒面區(qū)域環(huán)境-生物-顆粒的長(zhǎng)期高分辨率同步觀測(cè)，揭示了春季水華期間浮游生物群落演替與顆粒物分布的耦合關(guān)系，驗(yàn)證了鋒面對(duì)顆粒物的顯著限制作用。

UVP6-LP作為原位成像設(shè)備，為解析微尺度生態(tài)相互作用提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。未來(lái)結(jié)合更高采樣頻率的設(shè)備（如UVP6-HF）與多平臺(tái)觀測(cè)的方法（如固定潛標(biāo)、衛(wèi)星遙感），定能進(jìn)一步提升浮游生物分布的解析精度，深化對(duì)海洋中尺度過(guò)程生態(tài)效應(yīng)的理解。

文章信息

1.Pana?otis T, Poteau A, Riquier é D, et al. Temporal evolution of plankton and particles distribution across a mesoscale front during the spring bloom[J]. Limnology and Oceanography, 2024.