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ZooSCAN助力山東沿海浮游動(dòng)物動(dòng)態(tài)研究
閱讀：70 發(fā)布時(shí)間：2025-9-25近日，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所科研團(tuán)隊(duì)借助ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)，對(duì)中國(guó)山東沿海水域浮游動(dòng)物群落的季節(jié)動(dòng)態(tài)及其能量傳遞效率進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估，并深入揭示了其生態(tài)功能與主要環(huán)境影響機(jī)制。耦合機(jī)制。
研究背景
浮游動(dòng)物是海洋食物網(wǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在能量傳遞和物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮重要作用。它們不僅聯(lián)結(jié)初級(jí)生產(chǎn)者與高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物，還通過(guò)參與海洋生物泵和顆粒物垂直通量等過(guò)程，顯著影響海洋生物地球化學(xué)循環(huán)。氣候變化、海水理化參數(shù)以及海洋動(dòng)力過(guò)程的變化，都可能改變浮游動(dòng)物的豐度、粒徑結(jié)構(gòu)及空間分布。
山東沿海水域受黃河等多條河流輸入及黃海、渤海水團(tuán)交匯影響，具有復(fù)雜的物理環(huán)境和豐富的浮游動(dòng)物多樣性，是該區(qū)域多種經(jīng)濟(jì)魚類的重要產(chǎn)卵和索餌場(chǎng)所。然而，針對(duì)該區(qū)域浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其能量傳遞效率的系統(tǒng)研究仍相對(duì)缺乏。因此，本研究旨在深入解析該區(qū)域浮游動(dòng)物的群落特征與能量傳遞效率，為全面理解海洋生態(tài)系統(tǒng)的功能與健康狀態(tài)提供依據(jù)。
研究方法
研究于2022年春季（5月）、夏季（8月）和2022-2023年冬季（12月及次年2月）在山東沿海的16個(gè)站點(diǎn)（圖1）進(jìn)行了浮游動(dòng)物采樣。樣品采集后立即使用5%福爾馬林海水溶液固定保存，并同步采集海水環(huán)境參數(shù)。
固定后的浮游動(dòng)物樣品采用ZooSCAN系統(tǒng)進(jìn)行高分辨率掃描（4800 dpi），獲取浮游動(dòng)物數(shù)字圖像，并利用配套軟件進(jìn)行圖像處理、形態(tài)參數(shù)分析及種類鑒定?；谒@取的形態(tài)學(xué)參數(shù)（如長(zhǎng)軸、短軸、等效球體直徑等），研究計(jì)算了標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜（NBSS）、分類多樣性指數(shù)（H'）、粒徑多樣性指數(shù)（μ）、平均等效球徑（ESD）及肉食性與草食/雜食性浮游動(dòng)物生物量比（RTCH）等功能性指標(biāo)，從而評(píng)估浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及能量傳遞效率。
圖1 調(diào)查區(qū)域及采樣站位
研究結(jié)果
1.環(huán)境特征：水溫、鹽度和溶解氧均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)和空間差異（表1）。夏季水溫zui高（25.77±1.53°C），冬季zui低（3.57±1.57°C）。葉綠素a濃度在渤海區(qū)域始終較高。
表1 不同季節(jié)環(huán)境因子平均值（±SD）及變化范圍。
2.群落結(jié)構(gòu)與粒徑分布：研究共鑒定出16個(gè)浮游動(dòng)物類群，其中橈足類（Copepod）在各季節(jié)均占據(jù)優(yōu)勢(shì)（圖2）。春季和冬季以小型個(gè)體（ESD: 0.2–0.5 mm）為主，而夏季中大型個(gè)體（>4 mm）比例顯著上升。浮游動(dòng)物豐度和生物量均在春季達(dá)到zui高，萊州灣養(yǎng)殖區(qū)始終呈現(xiàn)高值（圖3）。
圖2 山東近海海域浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及粒徑分布的季節(jié)性變化。
（a）基于相對(duì)豐度的分類結(jié)構(gòu)；（b）基于相對(duì)生物體積的分類結(jié)構(gòu)；（c）基于相對(duì)豐度的粒徑結(jié)構(gòu)；（d）基于相對(duì)生物體積的粒徑結(jié)構(gòu)。
圖3 山東近海不同季節(jié)浮游動(dòng)物數(shù)量及生物體積的空間分布；
a-d：不同季節(jié)浮游動(dòng)物數(shù)量（個(gè)/m3）的空間分布；e-h：不同季節(jié)浮游動(dòng)物生物體積（mm3/m3）的空間分布。
3.能量傳遞效率（圖4）：春季NBSS斜率最緩（-0.91）、截距最高（10.99），粒徑多樣性指數(shù)最大（1.84±0.32），RTCH值zui低（0.16±0.22），表明該季節(jié)能量傳遞效率zui高。夏季盡管斜率較緩，但由于水母類生物占比較高，導(dǎo)致能量向高營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞的效率降低。
圖4 山東近海不同季節(jié)各類浮游動(dòng)物功能指標(biāo)的箱線圖。
（a）香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)；（b）NBSS斜率；（c）NBSS截距；（d）粒徑多樣性指數(shù)；（e）平均ESD；（f）RTCH。
4.環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素：冗余分析（RDA）（圖5）表明，春季浮游動(dòng)物群落主要受鹽度和葉綠素a濃度影響；夏季和冬季則主要受水溫控制；溶解氧在冬季也成為顯著影響因子。
圖5 山東近海不同季節(jié)浮游動(dòng)物豐度RDA與環(huán)境因子關(guān)系研究中的物種注釋：
App.：被囊動(dòng)物幼體；Cha.：毛顎動(dòng)物；Cop.：橈足類；Cru.：甲殼類；Mys.：糠蝦類；Med.：水母類；Ami.：端足類；Tha.：海樽類；Biv.：雙殼類；Gas.：腹足類；Poly.：多毛類；Noc.：夜光蟲(chóng)；Nau.：橈足類無(wú)節(jié)幼體；lar.：魚卵及仔魚；Oph.：海蛇尾類
研究結(jié)論
本研究通過(guò)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，揭示了山東沿海浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其能量傳遞效率具有明顯的季節(jié)差異，其中，春季為能量傳遞效率zui高的季節(jié)。
ZooSCAN技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了浮游動(dòng)物類群與粒徑結(jié)構(gòu)的高通量、標(biāo)準(zhǔn)化分析，為相關(guān)研究提供了可靠方法支持。環(huán)境因子中，水溫、鹽度和葉綠素a是驅(qū)動(dòng)浮游動(dòng)物動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵因素。研究表明，近岸水域由于營(yíng)養(yǎng)鹽輸入充足，初級(jí)生產(chǎn)力較高，但能量向高營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞的效率低于外海。該研究為山東沿海生態(tài)系統(tǒng)的管理、保護(hù)和可持續(xù)利用提供了科學(xué)依據(jù)，建議未來(lái)結(jié)合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步揭示氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)海洋能流途徑的影響。
參考文獻(xiàn)
1.Wang S, Zhang F, Zhang S, et al. Evaluation zooplankton community and energy transfer efficiency: A case in the coastal waters of Shandong, China[J]. Marine Environmental Research, 2025: 107511.