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技術文章

UVP和多聯(lián)網(wǎng)共同助力浮游動物粒徑譜研究

閱讀:399          發(fā)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(wǎng)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(huán)中發(fā)揮著重要作用。它們的粒徑范圍橫跨幾個數(shù)量級,而豐度隨著粒徑呈指數(shù)級下降。NBSS的截距可以用作食物網(wǎng)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(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的指標。

對浮游動物進行收集和研究的傳統(tǒng)方法通常是采用浮游生物網(wǎng),但由于部分浮游動物在穿過網(wǎng)孔時受到擠壓、網(wǎng)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(wǎng)采樣的局限性,科學家們研發(fā)了無損相機(如水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統(tǒng)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(xù)采樣網(wǎng))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(xù)使用ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)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。

圖片1.png

圖1 使用UVP5和Multinet采樣的57個站點的位置




Multinet網(wǎng)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(shù)據(jù)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。

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圖2 Multinet浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)

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圖3 ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)

圖片4.png

圖4 UVP水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統(tǒng)


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(wǎng)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。

圖片5.png

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。

圖片6.png

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(tài)系統(tǒng)中,兩種采樣方法之間的差異明顯,尤其在熱帶和溫帶地區(qū),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?。?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(tài)系統(tǒng)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。

圖片7.png

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(yōu)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(wǎng)采樣品進行分析的方法仍然重要。



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