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UVP和多聯網共同助力浮游動物粒徑譜研究
閱讀：377 發布時間：2024-1-12法國索邦大學的科學家Yawouvi Dodji Soviadan利用原位成像技術（UVP）和Multinet網采樣品的組合式方法，在全球范圍內報告了千米水深范圍內，估算的NBSS（浮游生物標準化粒徑譜）和碳生物量。
研究背景
浮游生物在海洋中無處不在，并在食物鏈和生物地球化學循環中發揮著重要作用。它們的粒徑范圍橫跨幾個數量級，而豐度隨著粒徑呈指數級下降。NBSS的截距可以用作食物網底部可用生物量的代表，而其斜率表明生物量是如何通過生物過程（如捕食、生長、再礦化）或物理過程（如垂直或水平遷移、下沉）進行跨尺寸轉移的。通過對NBSS進行研究，科學家可以了解浮游生物及其粒徑分布，以作為生態系統狀態的指標。
對浮游動物進行收集和研究的傳統方法通常是采用浮游生物網，但由于部分浮游動物在穿過網孔時受到擠壓、網內纏繞以及凝膠狀浮游動物非常脆弱等原因，這種采樣方法會造成相當一部分生物采樣不足，或忽略某些浮游動物類群的重要性。為解決浮游生物網采樣的局限性，科學家們研發了無損相機（如水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統UVP）來識別和量化浮游動物的豐度、粒徑和生物量。
法國索邦大學的科學家Yawouvi結合了Multinet（浮游生物連續采樣網）和UVP5的觀測結果，重建了大型浮游動物（>1 mm）的NBSS和生物量，然后用重建的估計值與兩種采樣方法的估計值了進行比較。
研究方法
項目于2009和2013年進行，使用Multinet和UVP5在各種海洋盆地的57個站點（圖1）進行采樣。Multinet采集到的樣品后續使用ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統進行分析。UVP5原位采集了大型浮游動物（>600μm）的圖片。采樣主要在三個緯度帶（赤道間、溫帶、極地）和三個深度層次（0-200、200-500、500-1000米）進行。
圖1 使用UVP5和Multinet采樣的57個站點的位置
Multinet網采結合ZooSCAN分析的方法獲取了近40萬張浮游動物圖片，UVP5采集了3.7萬張浮游動物圖像，這些圖片使用浮游生物大數據共享平臺Ecotaxa分類，之后使用文獻中的尺寸-質量關系將各個分類群計算出生物量。
計算并重建NBSS，與Mulinet和UVP估算值比較。
圖2 Multinet浮游生物連續采樣網
圖3 ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統
圖4 UVP水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統
研究結果
為重建57個站點中的浮游動物NBSS，Yawouvi選擇了在UVP和MultiNet網采獲得的NBSS估計值中觀察到的最大值。選擇結果如圖5所示。
圖5 用于重建NBSS的NBSS選擇標準說明
總體研究結果顯示，重建的NBSS斜率比Multinet的要平坦（-20%），而比UVP5的要陡峭（+7.6%）。這表明，Multinet在大型和脆弱生物方面明顯采樣不足，因為它破壞或回避了這些生物；而UVP5在較小生物方面的分辨率則不足。
圖6 1~8mm粒徑的浮游生物在三個水深層和溫度帶的NBSS斜率比較
在以根足綱類動物為主的生態系統中，兩種采樣方法之間的差異明顯，尤其在熱帶和溫帶地區，包括表層和中層水中。與Multinet的總生物量估計值相比，極地生物量的整體增益相對較小（+0.24 mgC/m3或+4.25%），而UVP5測得的生物量增益較大（+2.0 mgC/m3或+53%）；但在熱帶和溫帶生態系統中，重建的生物量在不同粒徑級之間變化不大。在中層水體中，與Multinet相比，使用UVP5的重建生物量差異較小。這些差異表明，當根足綱類動物豐富時，它們對NBSS的斜率產生較大的影響。
圖7 1~8mm粒徑的浮游生物在三個水深層和溫度帶的生物量比較
研究結論
本研究采用了兩種成熟但不完整的采樣方法的組合，重建了千米深度范圍內的浮游動物NBSS和碳生物量。UVP5原位成像能夠檢測所有生物，但每個剖面采樣體積較小，而Multinet結合ZooSCAN圖像分析的方法采樣體積大，但會破壞脆弱的生物。因此，建議對浮游生物進行研究的時候，可以結合兩種方法使用，且優先使用原位成像技術。但在高分辨率和廣泛視野不可用時，網采樣品進行分析的方法仍然重要。