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《Nature》綜述：UVP6在海洋浮游動(dòng)物監(jiān)測(cè)和建模中的應(yīng)用
閱讀：348 發(fā)布時(shí)間：2023-6-27摘要：隨著全球氣候變化的加劇，浮游動(dòng)物的生態(tài)系統(tǒng)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(jiān)測(cè)存在數(shù)據(jù)不足及覆蓋范圍地理空缺的問題。最新發(fā)表的Nature綜述文章提出將傳統(tǒng)研究工具（網(wǎng)采）與新技術(shù)（原位成像）和組學(xué)相結(jié)合的方法，以監(jiān)測(cè)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)物的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
浮游動(dòng)物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它們是初級(jí)生產(chǎn)者與魚類、海洋哺乳動(dòng)物和海鳥等更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移的重要途徑，并通過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，對(duì)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(duì)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?qū)W、分布范圍和粒徑結(jié)構(gòu)等方面的轉(zhuǎn)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從海洋獲得的生態(tài)系統(tǒng)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(píng)估了浮游動(dòng)物對(duì)海洋氣候變化的關(guān)鍵響應(yīng)，并探討了其對(duì)生物碳泵和高營(yíng)養(yǎng)級(jí)相互作用的影響，最后提出了當(dāng)前對(duì)浮游動(dòng)物進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的限制和未來對(duì)全球浮游動(dòng)物研究的展望。
作者指出，海洋變暖和地區(qū)性氣候事件（如海洋熱浪、厄爾尼諾現(xiàn)象、北大西洋震蕩等）的出現(xiàn)最易使浮游動(dòng)物產(chǎn)生三種“普遍"反應(yīng)：
（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(xiàn)，秋季物種較晚出現(xiàn)。
（2）地理范圍出現(xiàn)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(nèi)。
（3）浮游動(dòng)物粒徑變化。隨著海洋持續(xù)變暖，較小的橈足類物種可能會(huì)占主導(dǎo)地位，對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)和碳封存會(huì)產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)。
此外，氣候變化影響浮游動(dòng)物的行為和粒徑結(jié)構(gòu)后，進(jìn)而會(huì)對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)和碳封存產(chǎn)生復(fù)雜的連鎖反應(yīng)。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(jì)量會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)，隨著海洋變暖，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?qū)W、分布范圍和粒徑結(jié)構(gòu)的不確定性相結(jié)合，使得在未來?xiàng)l件下無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)浮游動(dòng)物如何調(diào)節(jié)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(jí)捕食者，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)浮游動(dòng)物數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和管理。
圖2 浮游動(dòng)物呼吸、消化和排泄過程的潛在變化方向
目前全球長(zhǎng)期浮游動(dòng)物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目仍存在數(shù)據(jù)不足及覆蓋范圍地理空缺的問題，因此，作者提出了一種綜合采樣方法：將傳統(tǒng)研究工具（網(wǎng)采）與新技術(shù)（原位成像）和組學(xué)相結(jié)合，以監(jiān)測(cè)浮游動(dòng)物種群，并模擬其在全球變化的未來情景。
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(tǒng)（UVP6）來獲取浮游動(dòng)物原位圖像，并將其與浮游生物網(wǎng)、ARGO浮標(biāo)、CTD及衛(wèi)星的生物地球化學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，提供關(guān)于浮游動(dòng)物如何受到環(huán)境影響的觀測(cè)數(shù)據(jù)。作者尤其建議可以在偏遠(yuǎn)海域和監(jiān)測(cè)較少的沿海地區(qū)來部署ARGO浮標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和UVP，以此幫助填補(bǔ)這一地理的浮游動(dòng)物知識(shí)缺口。
圖3 將傳統(tǒng)的浮游動(dòng)物采樣方法與現(xiàn)代采樣技術(shù)相結(jié)合
UVP6-LP主要用于在已知水體體積下對(duì)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(dá)6000m，專為低速，空間有限及功率低的載體而設(shè)計(jì)，如剖面浮標(biāo)，滑翔機(jī)，浮標(biāo)，系泊設(shè)備，水下機(jī)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(kù)或自己已創(chuàng)建的庫(kù)對(duì)圖片進(jìn)行自動(dòng)鑒定、分類。同時(shí)，也可以根據(jù)篩選條件繪制相應(yīng)的顆粒物粒徑譜等。此外，用戶也可以在網(wǎng)站上對(duì)自己感興趣的區(qū)域、項(xiàng)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未公開，這妨礙了科學(xué)界對(duì)生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)氣候變化問題的回答。
為了更好地了解全球變化對(duì)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的公開。此外，作者呼吁建立區(qū)域和全球性的網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)國(guó)際合作，在國(guó)界之間進(jìn)行持續(xù)的觀測(cè)。
參考文獻(xiàn)
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