Kévin Robache長(zhǎng)期致力于東英吉利海峽浮游植物功能群與氣候變化研究，團(tuán)隊(duì)已有15年以上在東英吉利海峽、特別是布洛涅-濱海海域的連續(xù)研究，涉及浮游植物功能群、營(yíng)養(yǎng)鹽耦合、自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法學(xué)等多個(gè)層面。近日發(fā)表在Ocean Science的這篇論文由法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）、法國(guó)海洋開發(fā)研究院（Ifremer）、荷蘭生態(tài)研究所（NIOO）、濱海大學(xué)等多個(gè)機(jī)構(gòu)合作，涵蓋海洋生態(tài)學(xué)、生物光學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、自動(dòng)化傳感器技術(shù)，是他們?cè)谠摵Ｓ蜷L(zhǎng)期工作基礎(chǔ)上的最新高頻、多尺度綜合成果。
浮游植物是海洋初級(jí)生產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)者，驅(qū)動(dòng)碳循環(huán)和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，尤其在沿海區(qū)域，其動(dòng)態(tài)變化對(duì)漁業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要意義。東英吉利海峽是受人類活動(dòng)影響顯著的高動(dòng)態(tài)海岸帶，受強(qiáng)潮（macrotidal）、河口輸入（如Liane河）、風(fēng)力和溫度變化等多重驅(qū)動(dòng)因子影響。傳統(tǒng)低頻次（如周、月）采樣難以捕捉浮游植物群落在小時(shí)至天尺度上的快速變化，尤其是在強(qiáng)潮驅(qū)動(dòng)的環(huán)境中。本文聚焦于東英吉利海峽布洛涅-濱海（Boulogne-sur-Mer）海岸系統(tǒng)的多尺度浮游植物動(dòng)態(tài)研究，利用高頻自動(dòng)流式細(xì)胞儀（CytoSub）在2021和2022年春季和夏季進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間序列觀測(cè)。通過高頻率（每2小時(shí)）連續(xù)觀測(cè)，首次系統(tǒng)刻畫了東英吉利海峽浮游植物群落在小時(shí)、日、周等時(shí)間尺度上的動(dòng)態(tài)變化。捕捉并分析了4種極端事件（如熱浪、低鹽度、強(qiáng)風(fēng)）對(duì)浮游植物群落的快速影響。驗(yàn)證了自動(dòng)流式細(xì)胞儀CytoSub與固定平臺(tái)結(jié)合在復(fù)雜海岸帶生態(tài)系統(tǒng)中的可行性與價(jià)值。
1. 部署位置
法國(guó)Ifremer MAREL Carnot自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)站，位于英吉利海峽沿岸（49.57 °N, 0.34 °W），水深約18 m。
2. 部署時(shí)間（捕捉短時(shí)生態(tài)過程與極端事件響應(yīng)）
? 第一期：2021-03-23至2021-05-12（51 d）
? 第二期：2022-03-17至2022-08-03（139 d）
? 兩次累計(jì)190d連續(xù)運(yùn)行，采樣頻率15min·次?1。
測(cè)量協(xié)議：設(shè)定三種流式協(xié)議進(jìn)行不同目標(biāo)顆粒的觀測(cè)（Pico、Micro、Micro-Photos分別針對(duì)<5 μm、>5 μm及顆粒圖像采集。
3. 設(shè)備配置
? 儀器：荷蘭CytoBuoy b.v. CytoSub水下原位流式細(xì)胞儀。
? 激光：488 nm 固態(tài)藍(lán)光，功率20mW。
? 檢測(cè)器：前向散射FWS（粒徑）、側(cè)向散射 SWS（內(nèi)部復(fù)雜度）、紅色熒光FLR（Chl-a）、橙色熒光FLO（藻紅蛋白）、黃色熒光 FLY（降解色素）。
? 數(shù)據(jù)輸出：?jiǎn)晤w粒12維脈沖特征+實(shí)時(shí)cytogram散點(diǎn)圖，用于門控聚類8–10個(gè)浮游植物類群。
? 數(shù)據(jù)分析：采用基于光學(xué)特征人工聚類，結(jié)合圖像驗(yàn)證定義11個(gè)浮游植物功能群（PFGs），實(shí)現(xiàn)非侵入式、近實(shí)時(shí)的群落結(jié)構(gòu)識(shí)別，如：
MicroRED：主要是硅藻（如Pseudo-Nitzschia）
NanoRED：主要是定鞭藻（Phaeocystis globosa）
PicoORG：主要是聚球藻（Synechococcus）
4. 運(yùn)維與成果
? 通過MAREL浮標(biāo)有纜供電與光纖數(shù)據(jù)回傳，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)上傳至Ifremer數(shù)據(jù)中心。
? 在兩次布放期間，共捕獲3次硅藻水華與2次藍(lán)藻（聚球藻）水華事件，提前12–36 h發(fā)出預(yù)警，供當(dāng)?shù)刎愵愷B(yǎng)殖場(chǎng)調(diào)整采收計(jì)劃。
1. 浮游植物季節(jié)性演替
時(shí)間 | 主導(dǎo)類群 | 特征 |
2021年春季 | NanoRED（Phaeocystis globosa） | 高豐度，高葉綠素a，硅酸鹽與磷酸鹽迅速耗盡后爆發(fā) |
2022年春季 | PicoRED（小型真核生物）→NanoRED | 爆發(fā)時(shí)間延后，強(qiáng)度較低 |
2022年夏季 | PicoORG（Synechococcus） | 高溫期主導(dǎo)，細(xì)胞小、葉綠素低，適應(yīng)低營(yíng)養(yǎng)環(huán)境 |
2.極端事件對(duì)浮游植物的影響
事件類型 | 時(shí)間 | 主要影響 |
低鹽度事件 | 2021年4月1–4日 | 初期抑制總豐度，后期刺激部分類群（如NanoRED） |
強(qiáng)風(fēng)事件 | 2021年5月3–4日 | 促進(jìn)MicroRED（硅藻）再懸浮，抑制Phaeocystis |
風(fēng)暴Diego | 2022年4月9日 | PicoRED類群爆發(fā)，可能與風(fēng)向變化有關(guān) |
海洋熱浪 | 2022年7月15–20日 | PicoORG豐度下降，PicoRED2上升，群落結(jié)構(gòu)快速轉(zhuǎn)變 |
3. 多尺度動(dòng)態(tài)特征
高頻波動(dòng)主導(dǎo)：85±10%的浮游植物豐度、葉綠素a和多樣性變化發(fā)生在9小時(shí)至11天的時(shí)間尺度內(nèi)。
潮汐驅(qū)動(dòng)顯著：EMD分析顯示多個(gè)IMF與潮汐周期（12.4小時(shí)、日潮、周潮、半月潮）高度相關(guān)。
多樣性指數(shù)變化：夏季以PicoORG為主時(shí)，基于豐度的多樣性下降，而基于葉綠素a的多樣性上升，反映細(xì)胞大小與色素含量的差異。
本研究展示了 2021 與 2022 年春季在東英吉利海峽 Liane 河口外、布洛涅-濱海近岸的浮游植物多尺度動(dòng)態(tài)。展示了主要浮游植物功能群（PFGs）之間的季節(jié)演替，特別是 MicroRED（主要是硅藻）與 NanoRED（主要是定鞭藻 Phaeocystis globosa）之間的轉(zhuǎn)換。借助經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解與 Lomb–Scargle 周期圖方法，我們?cè)诟∮沃参镓S度、紅色熒光（葉綠素 a 的替代指標(biāo)）以及 Shannon 多樣性指數(shù)中識(shí)別出多種不同時(shí)間尺度的模態(tài)波動(dòng)，凸顯了種群組合的復(fù)雜動(dòng)態(tài)。
結(jié)果表明，這些時(shí)間序列的大部分變異發(fā)生在短時(shí)尺度，尤以數(shù)小時(shí)量級(jí)為甚。這意味著低頻次采樣可能會(huì)遺漏浮游植物群落中的關(guān)鍵動(dòng)態(tài)。研究還發(fā)現(xiàn)，這些多尺度波動(dòng)隨時(shí)間并不趨于穩(wěn)定；尤其是在 2022 年夏季群落組合發(fā)生季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)，當(dāng)表層海水溫度成為豐度的主要驅(qū)動(dòng)因子，超微型浮游生物占據(jù)主導(dǎo)地位。
由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)限制，本研究的觀測(cè)期較短，這提示我們需要對(duì) PFGs 進(jìn)行更長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，并結(jié)合營(yíng)養(yǎng)鹽、光照、混合等更多環(huán)境變量的高頻測(cè)定，以評(píng)估在全球變化和人類壓力加劇的背景下，高頻波動(dòng)在更大時(shí)間尺度（如年際變化）上是否仍具重要性。這將有助于深入理解其對(duì)主要海洋初級(jí)生產(chǎn)者全粒徑范圍的影響機(jī)制。此外，納入更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)（如浮游動(dòng)物）可為未充分探討的“自上而下”控制機(jī)制提供見解。如前所述，鑒于研究時(shí)段有限，季節(jié)變化——理解浮游植物動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵——并未被完全捕捉，因此未來研究需基于更長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期。
總體而言，本研究證實(shí)了將自動(dòng)流式細(xì)胞術(shù)與固定浮標(biāo)相結(jié)合，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行高頻監(jiān)測(cè)的潛力與價(jià)值，盡管系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍需改進(jìn)以支持長(zhǎng)期運(yùn)行。鑒于沿海區(qū)域風(fēng)暴、河口輸入和熱浪等極端事件發(fā)生頻率日益增加，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)分析的耦合對(duì)于理解浮游植物變異及其對(duì)海洋食物網(wǎng)和生物地球化學(xué)循環(huán)的影響至關(guān)重要。該方法可為預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變化的模型提供寶貴數(shù)據(jù)。
