Slimline与MultiNet助力北极浮游生物及碳通量研究

        近期，挪威极地研究所主导的科研团队在北极冰川前缘，借助Slimline和MultiNet开展了为期两个夏季的连续观测，首次实现了对冰川羽流区浮游动物死亡率、上升输送通量及碳沉降的原位同步量化，为评估气候变化下极地海洋食物网与碳汇潜力提供了重要依据。

研究背景

        随着气候变暖，北极斯瓦尔巴德群岛的入海冰川持续退缩。冰川融水携带沉积物在海底排出后与海水混合形成上升羽流，将深层浮游生物输送到表层。学界曾推测，羽流中的低盐环境会导致浮游动物因渗透压冲击而大量死亡，形成“死亡陷阱”；同时，冰川羽流的上升输运作用（“电梯效 应”）可能持续将浮游生物带到海表，为海鸟提供丰富的食物来源。

         然而，冰川前缘羽流区浮游生物的实际存活率、分布规律及其生态效应尚缺乏系统的验证。为此，挪威极地研究所联合多国科研团队，在斯瓦尔巴德群岛孔斯峡湾的四个入海冰川前缘开展了高分辨率采样研究，其中德国HYDRO-BIOS公司的Slimline 6通道水样采集器和MultiNet浮游生物多联采样网在极端作业条件下发挥了关键作用。

研究过程

        研究期间，科研团队依托科考船和直升机，在孔斯峡湾内湾冰川前缘及邻近海域（图1）系统采集水文环境与浮游生物样品。

        直升机采样采用Slimline 6通道水样采集器（集成CTD，配备6个3.5 L Niskin采水瓶，图2），在距克朗布伦冰川前缘33 m、康威布伦冰川前缘93 m处，实现全水柱（海底以上5 m至表层）原位水样采集，用于盐度、营养盐、叶绿素a及悬浮颗粒物分析。该设备紧凑轻便、操作灵活，可在冰崩风险极高的冰川前缘安全作业。

        船基浮游生物采样使用MultiNet（Midi型，图3），以约0.5 m/s速度分层拖网，设置底层-200 m、200-100 m、100-50 m、50-20 m、20-0 m五个深度层次。MultiNet可在一次拖网中依次采集不同水层的浮游生物样品，避免多次布网造成的时空差异。采集的样品经中性红染色区分活体与死亡个体，并进行种类鉴定、丰度计数及生物量换算。

图1 a）研究区域与洋流格局；b）峡湾内外主要环流模式；c）科考船和直升机采样站位

                                    图2 Slimline 6通道水样采集器                图3 MultiNet浮游生物多联采样网

        实验结果

        1. 浮游动物死亡率远低于预期

        通过中性红染色鉴定，冰川羽流区内死亡浮游动物的比例不足5%，仅略高于周边水域（图4）。现场观测表明，羽流表层水体盐度不低于30，未达到实验室中引起高死亡率的低盐阈值（盐度<24）。因此，冰川融水造成的渗透压冲击并非浮游动物高死亡的主要原因。

图4 羽流内外活体与死亡浮游动物生物量对比

        2. “电梯效应”显著提升表层食物可得性

        尽管死亡率较低，“电梯效应”仍将深层浮游动物持续输送至表层。在克朗布伦冰川前缘，羽流区桡足类（尤其是飞马哲水蚤和北极哲水蚤）及端足类的生物量显著高于周边水域。估算表明，在100天融水季节内，该过程向表层输送的浮游动物碳通量达12.8吨，为海鸟（三趾鸥、暴雪鹱、北极燕鸥等）提供了稳定的高能量食物来源。稳定同位素分析进一步显示，冰川湾内的浮游动物与鱼类群落具有独立的生态位宽度（图5）。

图5 浮游动物群落组成随距冰川距离的变化；稳定同位素生态位宽度（冰川湾、峡湾中部、陆架三组对比）

        3. 底栖食腐动物受益于有机碳沉降

        在冰川湾布设的诱捕器捕获了大量底栖食腐端足类，其捕获量在羽流外围区域最高（每日每陷阱可达50只，图6）。这些底栖生物依赖于从表层沉降的死亡浮游生物及海鸟排泄物，形成了高效的碳汇链路。

图6 底栖端足类的捕获量与分布

研究结论

        本研究证实，冰川羽流并非高效的“死亡陷阱”，而是通过“电梯效应”持续向表层输送浮游动物，成为依赖浮游动物食物的海鸟的重要“气候避难所”。

        德国HYDRO-BIOS公司的Slimline 6通道水样采集器和MultiNet浮游生物多联采样网在极端作业条件下展现了卓越的可靠性与采样精度：Slimline实现了直升机悬挂作业下的冰川前缘原位全水柱水样采集，MultiNet提供了高分辨率的层化浮游生物丰度与生物量数据。两款设备的联用为解析极地冰川前缘物理-生物耦合过程、量化碳通量及评估气候变化对海洋食物网的影响提供了关键技术支撑。

参考文献

    1.Hop H, Wold A, Vihtakari M, et al. Tidewater glaciers as “climate refugia” for zooplankton-dependent food web in Kongsfjorden, Svalbard. Frontiers in Marine Science, 2023, 10: 1161912.