近日，廈門大學科研團隊通過調查研究，系統揭示了北太平洋西部海域浮游動物晝夜垂直遷移（Diel Vertical Migration，DVM）強度與表層初級生產力之間的耦合關系，并明確了DVM對暮光帶顆粒物動態及有機碳輸出的重要驅動作用。在該研究中，法國HYDROPTIC公司的UVP及ZooSCAN等作為核心裝備，為解析海洋生物碳泵的空間異質性提供了高分辨率、高精度的關鍵數據。

研究背景

浮游動物晝夜垂直遷移被廣泛認為是地球上規模不小的生物遷移行為。該行為通過夜間在表層攝食、日間返回深層的策略，將表層有機碳以呼吸代謝、排泄產物、糞便顆粒及個體死亡等形式向深海輸送，形成“主動碳通量”。DVM介導的“主動碳通量”在某些海區可占全部碳輸出的50%以上，對世界碳循環具有深遠影響。

DVM強度在不同海域表現出顯著差異，然而，其遷移生物量與遷移幅度如何受環境因子調控，尤其是與初級生產之間的關系，尚缺乏系統性研究。為此，科研團隊在北太平洋西部的廣闊海域，圍繞溫度與生產力的強緯度梯度展開綜合調查。

研究方法

研究基于2020年和2022年夏季的兩個航次，在北太平洋西部沿12.5°N至41.5°N（采樣站位見圖1），累計完成了34次分層拖網與85次CTD/顆粒物剖面觀測。

 圖1 2020年和2022年夏季北太平洋西部MultiNet與UVP采樣站位、凈初級生產力梯度、上層700m浮游動物綜合豐度和生物量

將UVP搭載于CTD采水器上，以20Hz的采樣頻率，原位采集大于100μm的顆粒物與浮游動物圖像，并對100~5000μm顆粒物的粒徑譜進行精細劃分，計算顆粒物豐度、粒徑分布及POC通量，構建從真光層至700m暮光帶的垂直高分辨率圖譜。

此外，本研究采用MultiNet多聯網在0~700m水體進行分層采樣，之后結合ZooSCAN成像與Ecotaxa分類的方法，獲取浮游動物的群落結構與生物量數據。

整合遙感與實測環境參數，量化初級生產力NPP、真光層深度、水體透明度等對DVM強度的直接與間接效應。

圖2 ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統

圖3 MultiNet浮游生物連續采樣網

圖4 新一代UVP水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統 

研究結果

1. DVM強度受初級生產力顯著調控（圖5）：

遷移生物量與NPP呈強正相關（路徑系數0.75），高NPP區域平均遷移生物量較寡營養區高出兩個數量級。

遷移幅度受真光層深度與水體透明度共同作用，真光層越淺、水體越透明，遷移距離越大，高生產力區個體遷移更深。

圖5 各采樣站位浮游動物白天、夜間及遷移的生物量；遷移生物量及遷移比例與NPP之間的關系 

2. 浮游動物行為驅動顆粒物動態（圖6，圖7）：

UVP剖面數據顯示，白天暮光帶的顆粒物豐度、大顆粒比例及POC通量顯著升高，其垂直分布與浮游動物DVM的晝夜位移高度吻合。

顆粒物晝夜差異的峰值深度隨NPP升高而上移，表明浮游動物通過糞便快速沉降、捕食擾動及個體死亡等行為，顯著影響深層顆粒物組成與通量。

圖6 低、中、高NPP區域>100μm顆粒物豐度的晝夜垂直分布；計算得到的POC通量的晝夜垂直分布；顆粒物粒徑分布斜率的晝夜變化

圖7 低、中、高NPP區域POC通量和浮游動物呼吸通量的晝夜差異剖面，顯示二者在垂直分布上具有相似性 

3. 主動碳輸出貢獻隨營養級變化：

DVM所驅動的主動碳通量在低、中、高NPP區域分別約占POC總通量的37%、26%與10%，表明其在貧營養海域具有相對更高的碳輸出效率。

研究結論

本研究是在北太平洋西部海域的闡明，初級生產力是調控浮游動物DVM強度及其碳輸出效率的核心環境因子。

UVP與ZooSCAN所提供的高時空分辨率數據，為揭示浮游動物遷移行為與暮光帶碳循環之間的耦合機制提供了重要的觀測依據，凸顯了光學成像技術在推進海洋生物地球化學過程研究中的關鍵價值。

展望未來，ZooSCAN、UVP系列設備將繼續支撐多尺度海洋碳循環觀測，為氣候模型的*與海洋碳匯評估提供堅實數據基礎。

參考文獻

1. Xu Z, Zheng Z, Xu C, et al. Primary production drives varied zooplankton migration strength and twilight‐zone particle dynamics across ecological gradients in the western North Pacific[J]. Limnology and Oceanography, 2025, 70: 1621–1635.