UVP和多联网共同助力浮游动物粒径谱研究
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。
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。
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
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
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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