ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)助力北白令海浮游動物群落研究
2023年11月，日本北海道大學(xué)的專家Shino Kumagai基于ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析的研究方法，對2017年和2018年的北白令海浮游動物群落結(jié)構(gòu)和粒徑組成進行了調(diào)查，并對兩個年份的結(jié)果進行了比較，以評估北白令海海冰減少對浮游動物粒徑組成的影響。
研究背景
白令海北部位于淺海陸架上，由于其受到不同水團的影響，導(dǎo)致海域內(nèi)不同地區(qū)的生物量和營養(yǎng)水平也有著較大的變化。近年來的衛(wèi)星觀測記錄值顯示，白令海北部季節(jié)性冰蓋的持續(xù)時間和面積均出現(xiàn)減少的現(xiàn)象，并在2018年冬天達到了歷史最低點。海冰范圍的減少導(dǎo)致了早期海冰融化，并影響了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的幾個營養(yǎng)級，出現(xiàn)了如浮游植物繁殖延遲，魚類種群向北轉(zhuǎn)移，海鳥數(shù)量減少等現(xiàn)象。
浮游動物粒徑的大小反映了其營養(yǎng)水平，而魚類也會根據(jù)浮游動物的粒徑選擇獵物，因此，確定浮游動物的粒徑組成不僅對評估生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很重要，而且對確定其作為更高營養(yǎng)級食物資源的潛力也很重要。
Shino Kumagai在本實驗中，利用ZooSCAN對白令海浮游動物群落結(jié)構(gòu)和粒徑組成進行了調(diào)查、比較，以評估海冰減少對浮游動物粒徑組成以及捕食者-獵物的相互作用的影響。
研究方法
浮游動物采樣于2017年7月11-22日和2018年7月2-12日期間進行；采樣地點位于白令海北部（62°10′- 66°44′N，166°30′- 174°05′W；圖1）；采樣水層為海底上方5m（22 - 71m）至水表。
圖1 白令海北部采樣站位，彩色箭頭表示該地區(qū)的主要洋流
采集到的浮游動物樣品在實驗室內(nèi)用浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)ZooSCAN（圖2）進行分析。用其自帶的軟件Zooprocess對浮游動物個體的形態(tài)學(xué)信息進行測量，計算出浮游動物的橢圓體積（Volume，mm3）、等效球直徑（ESD，μm）及生物體積（Biovolume：mm3m-2）等，并使用Ecotaxa浮游生物大數(shù)據(jù)共享平臺（圖3）對浮游動物進行識別和分類。此外，基于生物體積對浮游動物群落進行了聚類分析；基于粒徑組成進行NBSS分析。
圖2 浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)ZooSCAN
圖3 Ecotaxa浮游生物大數(shù)據(jù)共享平臺
研究結(jié)果
基于所有浮游動物類群生物體積的聚類分析結(jié)果顯示，浮游動物群落可分為Y2017N、Y2017S、Y2018三個類群，相似性分別為62%和65%（圖4A）。其中，Y2017N組的特點是生物量低，產(chǎn)量低；Y2017S組的特點是生物量高，產(chǎn)量高，該類群主要由Calanus屬生物組成；Y2018組的特點是生物量低，但產(chǎn)量高，該類群主要由小型橈足類和雙殼類組成。
圖4 A.基于浮游動物生物量的聚類分析結(jié)果；B.三大類群的水平分布；C.每個類群的總生物量和物種組成
對三個類群進行基于粒徑組成的NBSS分析。結(jié)果表明，Y2018的斜率（-0.8241）顯著大于Y2017N和Y2017S的斜率（分別為-0.6843和-0.7464，圖5），而NBSS的截距在各組之間沒有顯著差異。各組之間的物種組成不同。
NBSS的結(jié)果表明，2017年的次級生產(chǎn)力最高，存在捕食者和獵物的相互作用，表明該地區(qū)為魚類幼體提供了大量的食物。相反，小型橈足類和雙殼類幼蟲在2018年的數(shù)量較多，這可能與海冰減少有關(guān)。
圖5 三大類群的物種組成、生物量分布以及NBSS線
研究結(jié)論
ZooSCAN在評估北白令海浮游動物粒徑組成、生物量以及捕食者和獵物的相互作用方面發(fā)揮了重要作用。
海冰減少對北白令海的浮游動物群落產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。了解這些變化可以幫助預(yù)測該地區(qū)的生態(tài)狀況和生物生產(chǎn)力的變化，并為未來的漁業(yè)管理提供指導(dǎo)。
相關(guān)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.
