近期，英國南安普頓國家海洋學(xué)中心與法國索邦大學(xué)聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)借助水下滑翔機(jī)搭載的UVP6-LP，對地中海利古里亞海的中尺度鋒面實(shí)施了長期高分辨率觀測，并分析了春季水華期浮游生物與顆粒物的時空分布數(shù)據(jù)，探究了鋒面動態(tài)對浮游動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程(如鋒面系統(tǒng)和海洋渦旋)對浮游生物分布的調(diào)控機(jī)制，但在鋒面時空特征的耦合效應(yīng)方面，特別是生物量爆發(fā)性增長等現(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)過程，其引發(fā)的浮游生物與顆粒物動態(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)為研究對象，基于長期連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，擬實(shí)現(xiàn)三個科學(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空格局；(2)驗(yàn)證鋒面輻聚效應(yīng)是否形成浮游動物生物量特異性聚集區(qū)；(3)闡明鋒面動力過程對顆粒物輸運(yùn)-沉降通量的調(diào)控機(jī)制。
研究過程
本研究借助水下滑翔機(jī)搭載的水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統(tǒng)UVP6-LP(法國，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HYDROPTIC公司水下顆粒物和浮游動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空動態(tài)變化：
1. 環(huán)境與鋒面動態(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，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)大顆粒“雨”(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 四個選定類群的浮游生物分布演變
綜上，鋒面通過物理過程(混合、層化)調(diào)控環(huán)境與顆粒分布，浮游生物活動(如分泌、攝食)反作用于顆粒，形成“物理-生物-顆粒”耦合動態(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-顆粒的長期高分辨率同步觀測，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。未來結(jié)合更高采樣頻率的設(shè)備(如UVP6-HF)與多平臺觀測的方法(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，深化對海洋中尺度過程生態(tài)效應(yīng)的理解。
文章信息
1.Panaïotis 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.
