海洋生态研究三剑客助力全球浮游动物生物量精准评估

海洋生态研究三剑客助力全球浮游动物生物量精准评估

近期，法国索邦大学的科学家Yawouvi将UVP、MultiNet与ZooSCAN相结合，采用了网采和水下原位观测两种技术方法，重建了全球海洋中大型(>1mm)浮游动物的标准化生物量粒径谱(NBSS)，为全球浮游动物的体积和生物量分布提供了更准确的评估结果。

实验背景

在浩瀚的海洋中，浮游生物虽然微小，却扮演着至关重要的角色。它们是海洋食物链的基础，更影响着全球碳循环和气候系统。然而，目前科学家们对浮游生物的研究却一直面临着巨大的挑战。传统的浮游生物网采样技术容易漏采某些脆弱或难以捕捉的浮游动物群体(如根足虫类)，而水下颗粒物和浮游动物原位成像技术虽然能捕捉到这些脆弱生物的图像，但成像体积却相对较小。

为了更准确地评估全球海洋中大型(>1mm)浮游动物的体积和质量分布情况，法国索邦大学的科学家Yawouvi结合了MultiNet网采/ZooSCAN图像分析和UVP水下原位观测两种技术方法，重建了浮游动物的标准化生物量粒径谱(NBSS)，为全球海洋浮游动物的研究提供了一种新视角。

实验方法

索邦大学的研究团队使用MultiNet(浮游生物连续采样网，德国，HYDRO-BIOS公司)和UVP5(水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统，法国，HYDROPTIC公司)两种设备在全球的57个站位(图1)采集了浮游生物数据。

图1 使用MultiNet和UVP5采样的57个站点的位置

MultiNet由五个连续的浮游生物网组成，可以在五个不同的深度水层采集浮游生物样本，其采样体积大，能够捕捉到更广泛的浮游生物群体；ZooSCAN(浮游动物图像扫描分析系统，法国，HYDROPTIC公司)是一种高效的浮游动物图像分析系统，能够快速、高效地处理和分析浮游动物样品，其高分辨率图像使得科学家能够将浮游动物识别到科甚至属的水平，为分类学研究和生态学研究提供强有力的支持。

UVP5(法国，HYDROPTIC公司)则能够在不破坏生物体的情况下实时记录浮游生物的尺寸和丰度，高分辨率的图像数据使得研究人员能够识别和量化各种浮游生物，包括那些脆弱的生物体，从而获得更全面的生物量估计。

研究团队将上述两种实验方法的研究数据进行整合，用于重建中大型浮游动物的NBSS，并比较了两种实验方法在计算NBSS斜率和生物量上的差异。

图2 从左至右分别为MultiNet浮游生物连续采样网；ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统；UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统(已更新至UVP6-HF版本)

实验结果

(1)NBSS斜率：重建的NBSS斜率介于MultiNet和UVP5之间，比MultiNet的斜率平缓20%，比UVP5的斜率陡峭7.6%(图3)。这表明MultiNet低估了某些脆弱生物体的数量，而UVP5对小生物体的分辨率不足。

图3 三种方法(UVP5、网具采样、重建)在不同位置、三个深度层和三个纬度带中，针对中型浮游动物的NBSS的结果

(2)生物量估计：重建的生物量在热带和温带地区显著高于MultiNet的估计值(图4)，尤其是在表层水域中更为明显。UVP5在获取脆弱生物体(如根足虫类)信息方面表现优异，而MultiNet在采集甲壳类动物方面更为有效。

图4 三种方法(UVP5、网具采样、重建)在不同位置、三个深度层和三个纬度带中，针对中型浮游动物的生物量结果

(3)纬度与深度差异：在热带和温带地区，根足虫类对浮游生物总生物量的贡献较大，而在极地地区，甲壳类动物占主导地位。随着深度增加，浮游生物的生物量逐渐减少。

结论

MultiNet/ZooSCAN和UVP5两种方法相结合可以更准确地估计浮游生物的体积和生物量分布。MultiNet/ZooSCAN在分类分辨率上具有优势，而UVP5在捕捉脆弱生物体方面表现更好。两种方法的结合为研究浮游生物生态系统功能提供了更完整的数据集。

展望未来，随着技术的不断进步和创新，UVP、MultiNet与ZooSCAN将在浮游生物研究中发挥更加重要的作用。它们将帮助我们更深入地了解海洋生态系统的奥秘，为保护海洋生态环境、应对全球气候变化等挑战提供强有力的支持！