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ZooSCAN助力北白令海浮游动物群落研究
访问数量:415发布时间:2023-12-29

2023年11月,日本北海道大学的专家Shino Kumagai基于ZooSCAN浮游动物图像扫描分析的研究方法,对2017年和2018年的北白令海浮游动物群落结构和粒径组成进行了调查,并对两个年份的结果进行了比较,以评估北白令海海冰减少对浮游动物粒径组成的影响。


研究背景


白令海北部位于浅海陆架上,由于其受到不同水团的影响,导致海域内不同地区的生物量和营养水平也有着较大的变化。近年来的卫星观测记录值显示,白令海北部季节性冰盖的持续时间和面积均出现减少的现象,并在2018年冬天达到了历史最低点。海冰范围的减少导致了早期海冰融化,并影响了生态系统内的几个营养级,出现了如浮游植物繁殖延迟,鱼类种群向北转移,海鸟数量减少等现象。

浮游动物粒径的大小反映了其营养水平,而鱼类也会根据浮游动物的粒径选择猎物,因此,确定浮游动物的粒径组成不仅对评估生态系统结构很重要,而且对确定其作为更高营养级食物资源的潜力也很重要。

Shino Kumagai在本实验中,利用ZooSCAN对白令海浮游动物群落结构和粒径组成进行了调查、比较,以评估海冰减少对浮游动物粒径组成以及捕食者-猎物的相互作用的影响。


研究方法


浮游动物采样于2017年7月11-22日和2018年7月2-12日期间进行;采样地点位于白令海北部(62°10′- 66°44′N,166°30′- 174°05′W;图1);采样水层为海底上方5m(22 - 71m)至水表。

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图1 白令海北部采样站位,彩色箭头表示该地区的主要洋流


采集到的浮游动物样品在实验室内用浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN(图2)进行分析。用其自带的软件Zooprocess对浮游动物个体的形态学信息进行测量,计算出浮游动物的椭圆体积(Volume,mm3)、等效球直径(ESD,μm)及生物体积(Biovolume:mm3m-2)等,并使用Ecotaxa浮游生物大数据共享平台(图3)对浮游动物进行识别和分类。此外,基于生物体积对浮游动物群落进行了聚类分析;基于粒径组成进行NBSS分析。

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图2 浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN

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图3 Ecotaxa浮游生物大数据共享平台


研究结果


基于所有浮游动物类群生物体积的聚类分析结果显示,浮游动物群落可分为Y2017N、Y2017S、Y2018三个类群,相似性分别为62%和65%(图4A)。其中,Y2017N组的特点是生物量低,产量低;Y2017S组的特点是生物量高,产量高,该类群主要由Calanus属生物组成;Y2018组的特点是生物量低,但产量高,该类群主要由小型桡足类和双壳类组成。

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图4 A.基于浮游动物生物量的聚类分析结果;B.三大类群的水平分布;C.每个类群的总生物量和物种组成


对三个类群进行基于粒径组成的NBSS分析。结果表明,Y2018的斜率(-0.8241)显著大于Y2017N和Y2017S的斜率(分别为-0.6843和-0.7464,图5),而NBSS的截距在各组之间没有显著差异。各组之间的物种组成不同。

NBSS的结果表明,2017年的次级生产力最高,存在捕食者和猎物的相互作用,表明该地区为鱼类幼体提供了大量的食物。相反,小型桡足类和双壳类幼虫在2018年的数量较多,这可能与海冰减少有关。

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图5 三大类群的物种组成、生物量分布以及NBSS线


研究结论


ZooSCAN在评估北白令海浮游动物粒径组成、生物量以及捕食者和猎物的相互作用方面发挥了重要作用。

海冰减少对北白令海的浮游动物群落产生了深远影响。了解这些变化可以帮助预测该地区的生态状况和生物生产力的变化,并为未来的渔业管理提供指导。


相关文章

1. Kumagai S, Matsuno K, Yamaguchi A. Zooplankton size composition and production just after drastic ice coverage changes in the northern Bering Sea assessed via ZooScan[J]. Frontiers in Marine Science, 2023.