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技術(shù)文章
UVP和多聯(lián)網(wǎng)共同助力浮游動(dòng)物粒徑譜研究
閱讀：353 發(fā)布時(shí)間：2024-1-12法國(guó)索邦大學(xué)的科學(xué)家Yawouvi Dodji Soviadan利用原位成像技術(shù)（UVP）和Multinet網(wǎng)采樣品的組合式方法，在全球范圍內(nèi)報(bào)告了千米水深范圍內(nèi)，估算的NBSS（浮游生物標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜）和碳生物量。
研究背景
浮游生物在海洋中無處不在，并在食物鏈和生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。它們的粒徑范圍橫跨幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而豐度隨著粒徑呈指數(shù)級(jí)下降。NBSS的截距可以用作食物網(wǎng)底部可用生物量的代表，而其斜率表明生物量是如何通過生物過程（如捕食、生長(zhǎng)、再礦化）或物理過程（如垂直或水平遷移、下沉）進(jìn)行跨尺寸轉(zhuǎn)移的。通過對(duì)NBSS進(jìn)行研究，科學(xué)家可以了解浮游生物及其粒徑分布，以作為生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的指標(biāo)。
對(duì)浮游動(dòng)物進(jìn)行收集和研究的傳統(tǒng)方法通常是采用浮游生物網(wǎng)，但由于部分浮游動(dòng)物在穿過網(wǎng)孔時(shí)受到擠壓、網(wǎng)內(nèi)纏繞以及凝膠狀浮游動(dòng)物非常脆弱等原因，這種采樣方法會(huì)造成相當(dāng)一部分生物采樣不足，或忽略某些浮游動(dòng)物類群的重要性。為解決浮游生物網(wǎng)采樣的局限性，科學(xué)家們研發(fā)了無損相機(jī)（如水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)UVP）來識(shí)別和量化浮游動(dòng)物的豐度、粒徑和生物量。
法國(guó)索邦大學(xué)的科學(xué)家Yawouvi結(jié)合了Multinet（浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)）和UVP5的觀測(cè)結(jié)果，重建了大型浮游動(dòng)物（>1 mm）的NBSS和生物量，然后用重建的估計(jì)值與兩種采樣方法的估計(jì)值了進(jìn)行比較。
研究方法
項(xiàng)目于2009和2013年進(jìn)行，使用Multinet和UVP5在各種海洋盆地的57個(gè)站點(diǎn)（圖1）進(jìn)行采樣。Multinet采集到的樣品后續(xù)使用ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)進(jìn)行分析。UVP5原位采集了大型浮游動(dòng)物（>600μm）的圖片。采樣主要在三個(gè)緯度帶（赤道間、溫帶、極地）和三個(gè)深度層次（0-200、200-500、500-1000米）進(jìn)行。
圖1 使用UVP5和Multinet采樣的57個(gè)站點(diǎn)的位置
Multinet網(wǎng)采結(jié)合ZooSCAN分析的方法獲取了近40萬張浮游動(dòng)物圖片，UVP5采集了3.7萬張浮游動(dòng)物圖像，這些圖片使用浮游生物大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)Ecotaxa分類，之后使用文獻(xiàn)中的尺寸-質(zhì)量關(guān)系將各個(gè)分類群計(jì)算出生物量。
計(jì)算并重建NBSS，與Mulinet和UVP估算值比較。
圖2 Multinet浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)
圖3 ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)
圖4 UVP水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統(tǒng)
研究結(jié)果
為重建57個(gè)站點(diǎn)中的浮游動(dòng)物NBSS，Yawouvi選擇了在UVP和MultiNet網(wǎng)采獲得的NBSS估計(jì)值中觀察到的最大值。選擇結(jié)果如圖5所示。
圖5 用于重建NBSS的NBSS選擇標(biāo)準(zhǔn)說明
總體研究結(jié)果顯示，重建的NBSS斜率比Multinet的要平坦（-20%），而比UVP5的要陡峭（+7.6%）。這表明，Multinet在大型和脆弱生物方面明顯采樣不足，因?yàn)樗茐幕蚧乇芰诉@些生物；而UVP5在較小生物方面的分辨率則不足。
圖6 1~8mm粒徑的浮游生物在三個(gè)水深層和溫度帶的NBSS斜率比較
在以根足綱類動(dòng)物為主的生態(tài)系統(tǒng)中，兩種采樣方法之間的差異明顯，尤其在熱帶和溫帶地區(qū)，包括表層和中層水中。與Multinet的總生物量估計(jì)值相比，極地生物量的整體增益相對(duì)較?。?0.24 mgC/m3或+4.25%），而UVP5測(cè)得的生物量增益較大（+2.0 mgC/m3或+53%）；但在熱帶和溫帶生態(tài)系統(tǒng)中，重建的生物量在不同粒徑級(jí)之間變化不大。在中層水體中，與Multinet相比，使用UVP5的重建生物量差異較小。這些差異表明，當(dāng)根足綱類動(dòng)物豐富時(shí)，它們對(duì)NBSS的斜率產(chǎn)生較大的影響。
圖7 1~8mm粒徑的浮游生物在三個(gè)水深層和溫度帶的生物量比較
研究結(jié)論
本研究采用了兩種成熟但不完整的采樣方法的組合，重建了千米深度范圍內(nèi)的浮游動(dòng)物NBSS和碳生物量。UVP5原位成像能夠檢測(cè)所有生物，但每個(gè)剖面采樣體積較小，而Multinet結(jié)合ZooSCAN圖像分析的方法采樣體積大，但會(huì)破壞脆弱的生物。因此，建議對(duì)浮游生物進(jìn)行研究的時(shí)候，可以結(jié)合兩種方法使用，且優(yōu)先使用原位成像技術(shù)。但在高分辨率和廣泛視野不可用時(shí)，網(wǎng)采樣品進(jìn)行分析的方法仍然重要。