地震勘探对桡足类浮游动物的原位行为影响：揭示声脉冲干扰下的游泳速度与逃逸行为变化

本研究针对地震勘探产生的水下脉冲噪声对关键浮游动物桡足类（Calanus finmarchicus）行为的影响展开原位观测。研究人员通过立体摄像系统在震源船接近过程中（4000米至100米）记录了桡足类的游泳行为，发现空气枪射击显著提高了其游泳速度、跳跃行为频率，并改变了行为分类比例。该研究首次实现个体行为现场追踪，为评估人为噪声对海洋生态系统基础环节的影响提供了关键数据。

　　

海洋中无处不在的声音污染正日益威胁水生生物的生存与行为模式。尤其是石油勘探中使用的地震空气枪阵列，会产生高强度、低频的脉冲噪声，其影响范围可达数千平方公里。尽管已有研究关注海洋哺乳动物和鱼类对噪声的行为与生理响应，但对生态系统中起关键作用的浮游动物——尤其是桡足类（copepods）——的影响仍知之甚少。作为海洋食物网的核心环节，桡足类（如Calamus finmarchicus）不仅支撑着从初级生产者到高级捕食者的能量传递，还参与生物碳泵过程，对全球碳循环具有重要作用。一旦其行为、发育或种群结构受到干扰，可能引发整个生态系统的级联效应。

以往实验室研究虽发现地震噪声可导致桡足类死亡与发育延迟，但结果存在较大差异，且缺乏现场尺度下个体行为反应的直接观测。为此，来自德国基尔大学、挪威DNV与海洋研究所的联合团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新研究，他们利用定制的水下笼具与立体摄像系统，首次实现对Calamus finmarchicus在真实地震勘探过程中的行为响应进行原位、个体层级的高清记录。

为开展这项研究，团队在北海挪威海域利用研究船RV Kristine Bonnevie布放自研的网笼系统（0.064 m3，网孔100 μm），内置两台GoPro摄像机及潜水灯照明系统，拍摄处于自然状态下的桡足类个体。实验动物为实验室培养的Calamus finmarchicus（CV–CVI期），体长约2.5 mm，天线跨度10 mm。在震源船以3–5节速度接近过程中，从超4000米至不足100米范围内，连续记录其行为，并同步采集水声信号与流体速度数据。关键方法包括：水下立体视觉追踪与三维轨迹重建、声暴露水平（SEL）分析、流体动力学参数测量，以及基于相对速度与运动角度的行为分类算法（游泳、下沉、跳跃）。

研究结果显示，在声暴露方面，当震源距离小于2500米时，低于1000 Hz的低频声信号显著增强，最大宽带声暴露级达182 dB re 1 μPa2·s，峰值压力35 kPa。流场速度在射击期间也有所上升，最高达117 mm·s?1，雷诺数（Re）平均为129.6，显示流体环境处于惯性-粘性过渡区，可能影响桡足类运动策略。

在行为响应方面，尽管总体游泳速度在暴露组与对照组间无显著差异，但暴露组的最大游泳速度显著提高9%，且最低速度更低，说明动物在脉冲噪声刺激下表现出更剧烈的速度波动。进一步分析表明，该类变化主要发生在射击时段：最大相对速度在射击期间比非射击期间高出约13%，同时跳跃行为发生次数增加28.1%，跳跃比例在距震源2000–4000米处最高。此外，射击期间游泳持续时间延长，而下沉时间减少，显示动物活动性整体增强。

流体速度与行为类别的关联分析表明，高流速度显著增加了逆流游泳行为（抵抗流动以维持位置），但降低了常规游泳与下沉的概率，而对跳跃行为无显著影响。这一结果说明，地震噪声不仅通过声压变化，也通过改变局部流场条件间接影响桡足类行为。

研究

研究还发现，行为响应与距离呈非线性关系：在2000–4000米处跳跃行为最频繁，小于1000米时游泳速度变化与时间呈U型关系。这可能因不同距离下的声压、流体扰动复合效应导致。此外，作者提到一类尚未被速度分类捕捉的行为——“重定向运动”（reorientation），即个体通过单侧天线推动轻微调整体位，这类行为可能为更频繁的感知-反应表现，需更高分辨率技术捕捉。

在讨论中，作者指出Calamus finmarchicus可能通过体表机械感受器感知声波引起的流体振动或压力脉动，从而触发行为调整。跳跃行为能耗是常规游泳的400倍，长时间或反复暴露可能导致能量耗竭、生长延迟与存活率下降——这与同一航次中Vereide等人报告的暴露七天后死亡率上升相一致。此外，现代地震勘探常采用多阵列、高重复射击模式，可能导致更严重的累积效应。

本研究首次在真实海洋噪声环境中实现桡足类个体行为原位解析，弥补了传统声学或网采方法的不足。结果强调，即便中度声压水平也可引发关键浮游动物行为变化，进而可能影响其生态功能与种群动态。作者提出，未来需进一步结合传感器技术与多物种比较，以全面评估人为噪声对海洋生态的潜在风险。