UVP和多联网共同助力浮游动物粒径谱研究

2023-10-16 10:42:39 249阅读次数

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法国索邦大学的科学家Yawouvi Dodji Soviadan利用原位成像技术（UVP）和Multinet网采样品的组合式方法，S次在全球范围内报告了千米水深范围内，估算的NBSS（浮游生物标准化粒径谱）和碳生物量。

PART.1

研究背景

浮游生物在海洋中无处不在，并在食物链和生物地球化学循环中发挥着重要作用。它们的粒径范围横跨几个数量级，而丰度随着粒径呈指数级下降。NBSS的截距可以用作食物网底部可用生物量的代表，而其斜率表明生物量是如何通过生物过程（如捕食、生长、再矿化）或物理过程（如垂直或水平迁移、下沉）进行跨尺寸转移的。通过对NBSS进行研究，科学家可以了解浮游生物及其粒径分布，以作为生态系统状态的指标。

对浮游动物进行收集和研究的传统方法通常是采用浮游生物网，但由于部分浮游动物在穿过网孔时受到挤压、网内缠绕以及凝胶状浮游动物非常脆弱等原因，这种采样方法会造成相当一部分生物采样不足，或忽略某些浮游动物类群的重要性。为解决浮游生物网采样的局限性，科学家们研发了无损相机（如水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统UVP）来识别和量化浮游动物的丰度、粒径和生物量。

法国索邦大学的科学家Yawouvi结合了Multinet（浮游生物连续采样网）和UVP5的观测结果，重建了大型浮游动物（>1 mm）的NBSS和生物量，然后用重建的估计值与两种采样方法的估计值了进行比较。

PART.2

研究方法

项目于2009和2013年进行，使用Multinet和UVP5在各种海洋盆地的57个站点（图1）进行采样。Multinet采集到的样品后续使用ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统进行分析。UVP5原位采集了大型浮游动物（>600μm）的图片。采样主要在三个纬度带（赤道间、温带、极地）和三个深度层次（0-200、200-500、500-1000米）进行。

图1 使用UVP5和Multinet采样的57个站点的位置

Multinet网采结合ZooSCAN分析的方法获取了近40万张浮游动物图片，UVP5采集了3.7万张浮游动物图像，这些图片使用浮游生物大数据共享平台Ecotaxa分类，之后使用文献中的尺寸-质量关系将各个分类群计算出生物量。

计算并重建NBSS，与Mulinet和UVP估算值比较。

图2 Multinet浮游生物连续采样网

图3 ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统

图4 UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统

PART.3

研究结果

为重建57个站点中的浮游动物NBSS，Yawouvi选择了在UVP和MultiNet网采获得的NBSS估计值中观察到的Z 大值。选择结果如图5所示。

图5 用于重建NBSS的NBSS选择标准说明

总体研究结果显示，重建的NBSS斜率比Multinet的要平坦（-20%），而比UVP5的要陡峭（+7.6%）。这表明，Multinet在大型和脆弱生物方面明显采样不足，因为它破坏或回避了这些生物；而UVP5在较小生物方面的分辨率则不足。

图6 1~8mm粒径的浮游生物在三个水深层和温度带的NBSS斜率比较

在以根足纲类动物为主的生态系统中，两种采样方法之间的差异明显，尤其在热带和温带地区，包括表层和中层水中。与Multinet的总生物量估计值相比，极地生物量的整体增益相对较小（+0.24 mgC/m3或+4.25%），而UVP5测得的生物量增益较大（+2.0 mgC/m3或+53%）；但在热带和温带生态系统中，重建的生物量在不同粒径级之间变化不大。在中层水体中，与Multinet相比，使用UVP5的重建生物量差异较小。这些差异表明，当根足纲类动物丰富时，它们对NBSS的斜率产生较大的影响。

图7 1~8mm粒径的浮游生物在三个水深层和温度带的生物量比较

PART.4

研究结论

本研究采用了两种成熟但不完整的采样方法的组合，重建了千米深度范围内的浮游动物NBSS和碳生物量。UVP5原位成像能够检测所有生物，但每个剖面采样体积较小，而Multinet结合ZooSCAN图像分析的方法采样体积大，但会破坏脆弱的生物。因此，建议对浮游生物进行研究的时候，可以结合两种方法使用，且优先使用原位成像技术。但在高分辨率和广泛视野不可用时，网采样品进行分析的方法仍然重要。

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1.SOVIADAN Y D, Dugenne M, Drago L, et al. Complete zooplankton size spectra re-constructed from in situ imaging and Multinet data in the global ocean[J]. bioR**v, 2023: 2023.06. 29.547051.