ZooSCAN在浮游动物群落特征与水温关系研究中的应用-1

     在海洋生态系统中，浮游动物占据着食物链的一个中心位置，它是初级生产力向高营养级进行传递的中间传递者，也是浮游食物网、物质循环及能量流动的关键组成部分（图1），并且在海洋生物地球化学循环中也起着重要的作用。因此，它们的丰度、生物量、群落和粒径结构的变化是体现整个生态系统是否健康的重要指标。
 

图1 海洋浮游动物参与的碳循环途径（Steinberg, D. K., & Landry, M. R., 2017）

     近年来，全球变暖被认为是未来海洋生态系统变化的最重要因素之一。目前，许多研究者已经发现了全球变暖会影响浮游动物的群落结构。因此，研究水温变暖下的海洋浮游动物群落及其变化，对海洋生态系统的变化及健康状况具有重要的意义。

      中国科学院海洋研究所的王卫成博士等（Wang et al., 2018）对胶州湾及其邻近黄海海域进行了长期（2005–2012）的采样观测实验，以期揭示该海域浮游动物群落结构、丰度和生物量与水温变化的关系。2005年-2012年的每年8月中旬，王博士均采用160μm网径的垂直拖网分别于胶州湾站位5（36°06′00″N, 120°15′00″E）及胶州湾口附近的黄海海域站位10（35°59′00″N, 120°25′30″E）进行表层采样（图2），采集到的浮游动物样品立即保存在5%的中性甲醛海水溶液中。与此同时，使用CTD仪器测得每个站位的表层水、5m、10m及底部的温度、盐度等数据。
 

图2 胶州湾及其邻近黄海海域站位5和站位10位置（Wang et al., 2018）
 

      保存好的浮游动物样品随后利用法国HYDROPTIC公司生产的ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统（图3）进行分析。在这个过程中，选用15cm×24cm 的样品框, 将样品分样至适宜密度后倒入样品框中进行扫描, 扫描精度为 4800dpi，得到浮游动物样品的图片；之后使用仪器配套的ZooProcess软件对样品图片进行处理，得到浮游动物数量、不同浮游动物的ESD值、主轴长度、副轴长度等生物学信息，便于统计浮游动物的丰度、生物量、粒级等信息；此外，利用仪器携带的PkID软件上的数据库，可以对被检测对象自动进行浮游动物种类分类，以便对不同类群的浮游动物进行生物学统计。

计算公式：

丰度（个体数/m³）=浮游动物数量*（稀释倍数/拖网体积)；
生物量（mm³/ m³）=浮游动物个体体积*(稀释倍数/拖网体积)；
除夜光虫外，浮游动物体积（mm³）=（4/3π）*（主轴/2）*（副轴/2）；
夜光虫体积（mm³）=4/3π*（ESD/2）³

     其中，拖网体积可通过网口面积乘以网被拖过的垂直距离计算得到；每个浮游动物的主轴、副轴长度及ESD值（μm）可以通过ZooSCAN设备的软件计算得到。

图3 浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN
 

  通过对站位5及站位10的样品进行数据观察分析后发现，年份间显著的水温差在两个采样站点都能明显观察到，且2005-2012年期间水体呈现出整体变暖趋势（图4）。

图4 2005-2012年8月份两个采样站点平均温度年际变化（Wang et al., 2018）
a. 站位5；c. 站位10