摘要：隨著(zhù)全球氣候變化的加劇，浮游動(dòng)物的生態(tài)系統功能正在發(fā)生變化。而目前，由于采樣技術(shù)及方法的限制，浮游動(dòng)物監測存在數據不足及覆蓋范圍地理空缺的問(wèn)題。最新發(fā)表的Nature綜述文章提出將傳統研究工具（網(wǎng)采）與新技術(shù)（原位成像）和組學(xué)相結合的方法，以監測浮游動(dòng)物種群，并特別提出：可以利用UVP6幫助提供關(guān)于浮游動(dòng)物的觀(guān)測數據。
浮游動(dòng)物是海洋生態(tài)系統的重要組成部分，它們是初級生產(chǎn)者與魚(yú)類(lèi)、海洋哺乳動(dòng)物和海鳥(niǎo)等更高營(yíng)養級之間進(jìn)行能量轉移的重要途徑，并通過(guò)直接和間接的反饋方式影響海洋生物地球化學(xué)循環(huán)。近年來(lái)，對浮游動(dòng)物生理學(xué)、群落組成和分布進(jìn)行的研究表明，浮游動(dòng)物對海洋氣候變化非常敏感。由于海洋溫度升高，浮游動(dòng)物發(fā)生了許多重要的變化，如物候學(xué)、分布范圍和粒徑結構等方面的轉變，并進(jìn)而改變生物地球化學(xué)循環(huán)、能量傳遞途徑和人類(lèi)從海洋獲得的生態(tài)系統服務(wù)。
圖1 浮游動(dòng)物在生物碳泵中的作用
2023年2月2日，Nature Communications期刊中發(fā)表了一篇綜述性文章，該綜述評估了浮游動(dòng)物對海洋氣候變化的關(guān)鍵響應，并探討了其對生物碳泵和高營(yíng)養級相互作用的影響，最后提出了當前對浮游動(dòng)物進(jìn)行長(cháng)期監測的限制和未來(lái)對全球浮游動(dòng)物研究的展望。
作者指出，海洋變暖和地區性氣候事件（如海洋熱浪、厄爾尼諾現象、北大西洋震蕩等）的出現最易使浮游動(dòng)物產(chǎn)生三種“普遍”反應：
（1）物候時(shí)間發(fā)生變化。通常是春季或夏季物種較早出現，秋季物種較晚出現。
（2）地理范圍出現移動(dòng)。在海水變暖的條件下，一些浮游動(dòng)物物種通常會(huì )向極地和/或更深的水層移動(dòng)，以保持其核心在最佳水溫范圍內。
（3）浮游動(dòng)物粒徑變化。隨著(zhù)海洋持續變暖，較小的橈足類(lèi)物種可能會(huì )占主導地位，對漁業(yè)生產(chǎn)和碳封存會(huì )產(chǎn)生級聯(lián)效應。
此外，氣候變化影響浮游動(dòng)物的行為和粒徑結構后，進(jìn)而會(huì )對漁業(yè)生產(chǎn)和碳封存產(chǎn)生復雜的連鎖反應。文章提到，由于環(huán)境條件的變化，浮游動(dòng)物元素化學(xué)計量會(huì )發(fā)生變化，同時(shí)，隨著(zhù)海洋變暖，浮游動(dòng)物的呼吸將加速，但是消化和排泄的變化不明確，這些不確定性與浮游動(dòng)物物候學(xué)、分布范圍和粒徑結構的不確定性相結合，使得在未來(lái)條件下無(wú)法準確預測浮游動(dòng)物如何調節生物碳泵。
另外，浮游動(dòng)物群落的變化可能會(huì )影響高一級捕食者，因此需要進(jìn)一步加強浮游動(dòng)物數據的監測和管理。
圖2 浮游動(dòng)物呼吸、消化和排泄過(guò)程的潛在變化方向
目前全球長(cháng)期浮游動(dòng)物監測項目仍存在數據不足及覆蓋范圍地理空缺的問(wèn)題，因此，作者提出了一種綜合采樣方法：將傳統研究工具（網(wǎng)采）與新技術(shù)（原位成像）和組學(xué)相結合，以監測浮游動(dòng)物種群，并模擬其在全球變化的未來(lái)情景。
其中，作者特意指出可以利用水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統（UVP6）來(lái)獲取浮游動(dòng)物原位圖像，并將其與浮游生物網(wǎng)、ARGO浮標、CTD及衛星的生物地球化學(xué)數據相結合，提供關(guān)于浮游動(dòng)物如何受到環(huán)境影響的觀(guān)測數據。作者尤其建議可以在偏遠海域和監測較少的沿海地區來(lái)部署ARGO浮標網(wǎng)絡(luò )和UVP，以此幫助填補這一地理的浮游動(dòng)物知識缺口。
圖3 將傳統的浮游動(dòng)物采樣方法與現代采樣技術(shù)相結合
UVP6-LP主要用于在已知水體體積下對水中的大型顆粒物（>80μm）進(jìn)行量化，同時(shí)能夠記錄大型顆粒物和浮游動(dòng)物（>700μm）的水下原位圖片。它的最大操作深度達6000m，專(zhuān)為低速，空間有限及功率低的載體而設計，如剖面浮標，滑翔機，浮標，系泊設備，水下機器人等。
圖4 UVP6-LP布放在載體上
將UVP6-LP拍攝得到的浮游動(dòng)物圖片進(jìn)行處理后上傳到EcoTaxa網(wǎng)站，可以利用網(wǎng)站上已有的庫或自己已創(chuàng )建的庫對圖片進(jìn)行自動(dòng)鑒定、分類(lèi)。同時(shí)，也可以根據篩選條件繪制相應的顆粒物粒徑譜等。此外，用戶(hù)也可以在網(wǎng)站上對自己感興趣的區域、項目進(jìn)行搜索瀏覽。
在綜述的最后，作者指出，在目前存在的科學(xué)研究中，有81%的浮游動(dòng)物長(cháng)期監測數據未公開(kāi)，這妨礙了科學(xué)界對生態(tài)系統響應氣候變化問(wèn)題的回答。
為了更好地了解全球變化對浮游動(dòng)物豐度、生物量和多樣性的影響，需要從研究者、資助者和雜志等多方面努力，確保關(guān)鍵性長(cháng)期監測數據的公開(kāi)。此外，作者呼吁建立區域和全球性的網(wǎng)絡(luò )，促進(jìn)國際合作，在國界之間進(jìn)行持續的觀(guān)測。
參考文獻
1. Ratnarajah L, Abu-Alhaija R, Atkinson A, et al. Monitoring and modelling marine zooplankton in a changing climate[J]. Nature Communications, 2023, 14 (1): 564.
2. Picheral, M. et al. The Underwater Vision Profiler 6: an imaging sensor of particle size spectra and plankton, for autonomous and cabled platforms. Limnol. Oceanogr. Methods 20, 115–129 (2021).
3. Picheral, M. et al. The Underwater Vision Profiler 5: an advanced instrument for high spatial resolution studies of particle size spectra and zooplankton. Limnol. Oceanogr. Methods 8, 462–473 (2010).
相關(guān)產(chǎn)品鏈接：
水下顆粒物和浮游動(dòng)物圖像原位采集系統（UVP6-LP）
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