近期，挪威極地研究所主導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在北極冰川前緣，借助Slimline和MultiNet開展了為期兩個(gè)夏季的連續(xù)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰川羽流區(qū)浮游動(dòng)物死亡率、上升輸送通量及碳沉降的原位同步量化，為評(píng)估氣候變化下極地海洋食物網(wǎng)與碳匯潛力提供了重要依據(jù)。

研究背景

隨著全球氣候變暖，北極斯瓦爾巴德群島的入海冰川持續(xù)退縮。冰川融水?dāng)y帶沉積物在海底排出后與海水混合形成上升羽流，將深層浮游生物輸送到表層。學(xué)界曾推測(cè)，羽流中的低鹽環(huán)境會(huì)導(dǎo)致浮游動(dòng)物因滲透壓沖擊而大量死亡，形成“死亡陷阱"；同時(shí)，冰川羽流的上升輸運(yùn)作用（“電梯效應(yīng)"）可能持續(xù)將浮游生物帶到海表，為海鳥提供豐富的食物來(lái)源。

然而，冰川前緣羽流區(qū)浮游生物的實(shí)際存活率、分布規(guī)律及其生態(tài)效應(yīng)尚缺乏系統(tǒng)的驗(yàn)證。為此，挪威極地研究所聯(lián)合多國(guó)科研團(tuán)隊(duì)，在斯瓦爾巴德群島孔斯峽灣的四個(gè)入海冰川前緣開展了高分辨率采樣研究，其中德國(guó)HYDRO-BIOS公司的Slimline 6通道水樣采集器和MultiNet浮游生物多聯(lián)采樣網(wǎng)在艱難作業(yè)條件下發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

研究過(guò)程

研究期間，科研團(tuán)隊(duì)依托科考船和直升機(jī)，在孔斯峽灣內(nèi)灣冰川前緣及鄰近海域（圖1）系統(tǒng)采集水文環(huán)境與浮游生物樣品。

直升機(jī)采樣采用Slimline 6通道水樣采集器（集成CTD，配備6個(gè)3.5 L Niskin采水瓶，圖2），在距克朗布倫冰川前緣33 m、康威布倫冰川前緣93 m處，實(shí)現(xiàn)全水柱（海底以上5 m至表層）原位水樣采集，用于鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素a及懸浮顆粒物分析。該設(shè)備緊湊輕便、操作靈活，可在冰崩風(fēng)險(xiǎn)很高的冰川前緣安全作業(yè)。

船基浮游生物采樣使用MultiNet（Midi型，圖3），以約0.5 m/s速度分層拖網(wǎng)，設(shè)置底層-200 m、200-100 m、100-50 m、50-20 m、20-0 m五個(gè)深度層次。MultiNet可在一次拖網(wǎng)中依次采集不同水層的浮游生物樣品，避免多次布網(wǎng)造成的時(shí)空差異。采集的樣品經(jīng)中性紅染色區(qū)分活體與死亡個(gè)體，并進(jìn)行種類鑒定、豐度計(jì)數(shù)及生物量換算。

 圖1 a）研究區(qū)域與洋流格局；b）峽灣內(nèi)外主要環(huán)流模式；c）科考船和直升機(jī)采樣站位

圖2 Slimline 6通道水樣采集器

圖3 MultiNet浮游生物多聯(lián)采樣網(wǎng)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1. 浮游動(dòng)物死亡率遠(yuǎn)低于預(yù)期

通過(guò)中性紅染色鑒定，冰川羽流區(qū)內(nèi)死亡浮游動(dòng)物的比例不足5%，僅略高于周邊水域（圖4）?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)表明，羽流表層水體鹽度不低于30，未達(dá)到實(shí)驗(yàn)室中引起高死亡率的低鹽閾值（鹽度<24）。因此，冰川融水造成的滲透壓沖擊并非浮游動(dòng)物高死亡的主要原因。

 圖4 羽流內(nèi)外活體與死亡浮游動(dòng)物生物量對(duì)比

2. “電梯效應(yīng)"顯著提升表層食物可得性

盡管死亡率較低，“電梯效應(yīng)"仍將深層浮游動(dòng)物持續(xù)輸送至表層。在克朗布倫冰川前緣，羽流區(qū)橈足類（尤其是飛馬哲水蚤和北極哲水蚤）及端足類的生物量顯著高于周邊水域。估算表明，在100天融水季節(jié)內(nèi)，該過(guò)程向表層輸送的浮游動(dòng)物碳通量達(dá)12.8噸，為海鳥（三趾鷗、暴雪鹱、北極燕鷗等）提供了穩(wěn)定的高能量食物來(lái)源。穩(wěn)定同位素分析進(jìn)一步顯示，冰川灣內(nèi)的浮游動(dòng)物與魚類群落具有獨(dú)立的生態(tài)位寬度（圖5）。

圖5 浮游動(dòng)物群落組成隨距冰川距離的變化；穩(wěn)定同位素生態(tài)位寬度（冰川灣、峽灣中部、陸架三組對(duì)比）

3. 底棲食腐動(dòng)物受益于有機(jī)碳沉降

在冰川灣布設(shè)的誘捕器捕獲了大量底棲食腐端足類，其捕獲量在羽流外圍區(qū)域最高（每日每陷阱可達(dá)50只，圖6）。這些底棲生物依賴于從表層沉降的死亡浮游生物及海鳥排泄物，形成了高效的碳匯鏈路。

 圖6 底棲端足類的捕獲量與分布

研究結(jié)論

本研究證實(shí)，冰川羽流并非高效的“死亡陷阱"，而是通過(guò)“電梯效應(yīng)"持續(xù)向表層輸送浮游動(dòng)物，成為依賴浮游動(dòng)物食物的海鳥的重要“氣候避難所"。

德國(guó)HYDRO-BIOS公司的Slimline 6通道水樣采集器和MultiNet浮游生物多聯(lián)采樣網(wǎng)在艱難作業(yè)條件下展現(xiàn)了良好的可靠性與采樣精度：Slimline實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)懸掛作業(yè)下的冰川前緣原位全水柱水樣采集，MultiNet提供了高分辨率的層化浮游生物豐度與生物量數(shù)據(jù)。兩款設(shè)備的聯(lián)用為解析極地冰川前緣物理-生物耦合過(guò)程、量化碳通量及評(píng)估氣候變化對(duì)海洋食物網(wǎng)的影響提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

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.