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ZooSCAN助力黄海、东海浮游动物群落结构研究
访问数量:414发布时间:2023-11-20

近年,中国科学院海洋研究所的代鲁平博士,借助浮游动物图像扫描分析系统(ZooSCAN),并结合浮游动物标准化生物量谱方法,研究了我国黄海和东海海域上层至深层(3000m)浮游动物群落结构的时空变化,旨在为从中国近海浮游动物群落结构大尺度的变化研究提供基础数据。


研究背景

浮游动物是海洋生态系统中重要的次级生产者,在海洋生态系统中起着承上启下的重要作用。浮游动物是初级生产向高营养层次传递的枢纽,其种群和数量变动会通过食物网的作用引起更低营养级和更高营养级的数量变动和种类组成。同时,浮游动物在海洋生物地球化学循环中起着重要作用。

中国海具有复杂的海洋生态环境。其中,黄海受黄海冷水团、沿岸流和黄海暖流的影响,生物多样性较高。东海由于受到黑潮暖流、台湾暖流等水系的影响,海洋生物区系以亚热带成分占优势。在不同水系和地形变化的共同影响和作用下,形成了我国海洋生态环境的多样性,造就了浮游动物多样性的格局。

代博士基于ZooSCAN图像分析技术,针对中型浮游生物网网采样品,对黄、东海秋季的浮游动物群落结构进行了研究,以期为我国黄、东海浮游动物群落结构的评估奠定方法基础。


研究过程

于2014年10月至11月在黄海海域(121.0°-125.0°E,31.0°-38.8°N)和东海海域(120.2°-125.1°E,25.5°-30.0°N)进行海洋上层浮游动物采样与调查,共设置44个海洋生物调查站位(图1)。在每个采样站位,用标准的中型浮游生物网进行垂直拖网采样。

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图1 研究区域和调查站位分布图


在实验室中,采用浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN扫描采集到的浮游动物样品,并通过Zooprocess软件对图像进行标准化程序处理,进而进行样品的种类鉴定、计数和体积生物量测定。根据浮游动物个体体积和平均丰度,获得浮游动物标准化生物量谱。

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图2 浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN

研究结果

1. 浮游动物的丰度和体积生物量

调查海区浮游动物丰度的变化范围为571.4—65995.1 ind. m-3,平均为6988.0 ± 11008.1 ind. m-3,低值区出现在南黄海外海海域,高值区出现在东海南部海域,呈现南高北低的变化趋势。

浮游动物体积生物量的变化范围为62.7—13050.2 mm3m-3,平均为1468.3 ± 2364.8 mm3m-3,低值区出现在南黄海近岸海域,高值区出现在东海近岸海域,亦呈现南高北低的变化趋势。

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图3 黄、东海浮游动物丰度和体积生物量的水平分布

2. 浮游动物类群组成

根据ZooScan的结果,调查海区鉴定的浮游动物共计17个类群,包括桡足类、磷虾类、毛颚类、水母类、被囊类、介形类、端足类、腹足类、多毛类、仔稚鱼、无节幼体、夜光虫、枝角类、有孔虫、放射虫、鱼卵类和其它浮游动物等。在丰度方面,桡足类、夜光虫和被囊类是三大优势类群,其对丰度的贡献率分别为64.8%,18.8%和7.4%。在体积生物量方面,桡足类对总体积生物量的贡献率最高,为26.1%;水母类次之,其贡献率为21.6%;毛颚类和被囊类的贡献率相当,分别为18.5%和17.2%;夜光虫的贡献率为7.3%,高于其他类群(图4)。

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图4 黄、东海浮游动物主要类群组成

3. 浮游动物标准化生物量谱

本研究中的标准化生物量谱共包括17个粒径级,其中最小粒径级为-7(log2mm3ind.-1),对应于ESD为246μm的个体,最大粒径级为8(log2mm3ind.-1),相当于ESD为7878μm的个体(图5)。

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图5 黄、东海浮游动物的平均标准化生物量谱


标准化生物量谱斜率的变化范围为-1.44—-0.36,最小值出现在南黄海近岸海域,最大值出现在南黄海外海海域。截距的变化范围为2.25—10.04,呈现南高北低的特点,东海海域的截距高于黄海海域(图6)。

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图6 黄、东海浮游动物标准化生物量谱斜率和截距的水平分布

研究结论

小型浮游动物在我国黄、东海海洋生态系统中具有重要的生态学地位。开展对中型浮游生物网样品的研究有利于更全面地认识黄、东海浮游动物群落结构的特征,为我国近海浮游动物的研究提供更为全面的基础数据。


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1. 代鲁平.基于图像分析技术的浮游动物群落结构研究[D].中国科学院大学(中国科学院海洋研究所),2016.