Kévin Robache長(cháng)期致力于東英吉利海峽浮游植物功能群與氣候變化研究，團隊已有15年以上在東英吉利海峽、特別是布洛涅-濱海海域的連續研究，涉及浮游植物功能群、營(yíng)養鹽耦合、自動(dòng)監測方法學(xué)等多個(gè)層面。近日發(fā)表在Ocean Science的這篇論文由法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）、法國海洋開(kāi)發(fā)研究院（Ifremer）、荷蘭生態(tài)研究所（NIOO）、濱海大學(xué)等多個(gè)機構合作，涵蓋海洋生態(tài)學(xué)、生物光學(xué)、數據科學(xué)、自動(dòng)化傳感器技術(shù)，是他們在該海域長(cháng)期工作基礎上的最新高頻、多尺度綜合成果。
浮游植物是海洋初級生產(chǎn)的主要貢獻者，驅動(dòng)碳循環(huán)和食物網(wǎng)結構，尤其在沿海區域，其動(dòng)態(tài)變化對漁業(yè)和生態(tài)系統健康具有重要意義。東英吉利海峽是受人類(lèi)活動(dòng)影響顯著(zhù)的高動(dòng)態(tài)海岸帶，受強潮（macrotidal）、河口輸入（如Liane河）、風(fēng)力和溫度變化等多重驅動(dòng)因子影響。傳統低頻次（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，尤其是在強潮驅動(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）海岸系統的多尺度浮游植物動(dòng)態(tài)研究，利用高頻自動(dòng)流式細胞儀（CytoSub）在2021和2022年春季和夏季進(jìn)行了長(cháng)時(shí)間序列觀(guān)測。通過(guò)高頻率（每2小時(shí)）連續觀(guān)測，首次系統刻畫(huà)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、強風(fēng)）對浮游植物群落的快速影響。驗證了自動(dòng)流式細胞儀CytoSub與固定平臺結合在復雜海岸帶生態(tài)系統中的可行性與價(jià)值。
1. 部署位置
法國Ifremer MAREL Carnot自動(dòng)監測浮標站，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(guò)程與極端事件響應）
? 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190d連續運行，采樣頻率15min·次?1。
測量協(xié)議：設定三種流式協(xié)議進(jìn)行不同目標顆粒的觀(guān)測（Pico、Micro、Micro-Photos分別針對<5 μm、>5 μm及顆粒圖像采集。
3. 設備配置
? 儀器：荷蘭CytoBuoy b.v. CytoSub水下原位流式細胞儀。
? 激光：488 nm 固態(tài)藍光，功率20mW。
? 檢測器：前向散射FWS（粒徑）、側向散射 SWS（內部復雜度）、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）。
? 數據輸出：?jiǎn)晤w粒12維脈沖特征+實(shí)時(shí)cytogram散點(diǎn)圖，用于門(mén)控聚類(lèi)8–10個(gè)浮游植物類(lèi)群。
? 數據分析：采用基于光學(xué)特征人工聚類(lèi)，結合圖像驗證定義11個(gè)浮游植物功能群（PFGs），實(shí)現非侵入式、近實(shí)時(shí)的群落結構識別，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. 運維與成果
? 通過(guò)MAREL浮標有纜供電與光纖數據回傳，實(shí)現實(shí)時(shí)上傳至Ifremer數據中心。
? 在兩次布放期間，共捕獲3次硅藻水華與2次藍藻（聚球藻）水華事件，提前12–36 h發(fā)出預警，供當地貝類(lèi)養殖場(chǎng)調整采收計劃。
1. 浮游植物季節性演替
時(shí)間 | 主導類(lèi)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，強度較低 |
2022年夏季 | PicoORG（Synechococcus） | 高溫期主導，細胞小、葉綠素低，適應低營(yíng)養環(huán)境 |
2.極端事件對浮游植物的影響
事件類(lèi)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(lèi)群（如NanoRED） |
強風(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(lèi)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，群落結構快速轉變 |
3. 多尺度動(dòng)態(tài)特征
高頻波動(dòng)主導：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。
潮汐驅動(dòng)顯著(zhù)：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）之間的轉換。借助經(jīng)驗模態(tài)分解與 Lomb–Scargle 周期圖方法，我們在浮游植物豐度、紅色熒光（葉綠素 a 的替代指標）以及 Shannon 多樣性指數中識別出多種不同時(shí)間尺度的模態(tài)波動(dòng)，凸顯了種群組合的復雜動(dòng)態(tài)。
結果表明，這些時(shí)間序列的大部分變異發(fā)生在短時(shí)尺度，尤以數小時(shí)量級為甚。這意味著(zhù)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，這些多尺度波動(dòng)隨時(shí)間并不趨于穩定；尤其是在 2022 年夏季群落組合發(fā)生季節轉換時(shí)，當表層海水溫度成為豐度的主要驅動(dòng)因子，超微型浮游生物占據主導地位。
由于系統設計限制，本研究的觀(guān)測期較短，這提示我們需要對 PFGs 進(jìn)行更長(cháng)期的監測，并結合營(yíng)養鹽、光照、混合等更多環(huán)境變量的高頻測定，以評估在全球變化和人類(lèi)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主要海洋初級生產(chǎn)者全粒徑范圍的影響機制。此外，納入更高營(yíng)養級（如浮游動(dòng)物）可為未充分探討的“自上而下”控制機制提供見(jiàn)解。如前所述，鑒于研究時(shí)段有限，季節變化——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(lái)研究需基于更長(cháng)監測周期。
總體而言，本研究證實(shí)了將自動(dòng)流式細胞術(shù)與固定浮標相結合，對海洋生態(tài)系統進(jìn)行高頻監測的潛力與價(jià)值，盡管系統設計仍需改進(jìn)以支持長(cháng)期運行。鑒于沿海區域風(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)化監測與穩健統計分析的耦合對于理解浮游植物變異及其對海洋食物網(wǎng)和生物地球化學(xué)循環(huán)的影響至關(guān)重要。該方法可為預測生態(tài)系統結構與功能變化的模型提供寶貴數據。
