近期，中國科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗室柯志新研究員團隊基于ZooSCAN圖像分析的方法，研究了南海深處浮游動(dòng)物的垂直分布特征以及冷泉區甲烷氣體滲漏對上方水體浮游動(dòng)物群落結構和垂直分布的影響，為評估冷泉區海底甲烷滲漏的生態(tài)效應提供了基礎數據。
研究背景
海洋食物網(wǎng)普遍存在著(zhù)“大粒級攝食小粒級”的現象，這樣導致其物質(zhì)積累和能量流動(dòng)沿著(zhù)“由小到大”的方向。這一特點(diǎn)有利于通過(guò)特定生物群落的粒徑級分布了解生態(tài)系統的結構、功能及其對環(huán)境變化的響應。生物的等效球徑、等效橢球體積、干重、元素含量等各種表示粒徑級大小的參數都被應用于粒徑譜的構建。近年來(lái)，圖像掃描自動(dòng)識別技術(shù)在浮游生物研究上得到了廣泛應用，該技術(shù)將研究者從繁重的顯微鏡檢工作中解放出來(lái)，能夠簡(jiǎn)化粒徑譜構建的工作量。
處于活動(dòng)狀態(tài)的冷泉是甲烷水合物或其他碳氫化合物從海床往外滲漏的地帶。海底碳氫化合物的滲漏能夠對上方水體的生物群落產(chǎn)生持續性的影響，自養微生物的化能合成過(guò)程可以發(fā)生在遠離滲漏處上百米的區域。目前，“海馬”冷泉區上方水體的浮游動(dòng)物分布及甲烷滲漏對其群落結構的影響尚未見(jiàn)報道。
研究過(guò)程
柯志新研究員的研究團隊于2020年9月在“海馬”冷泉區設置了5個(gè)調查站位（ROV1-ROV5，圖1），各個(gè)站位均使用德國HYDRO-BIOS公司的浮游生物連續采樣網(wǎng)MultiNet（圖2）于1250m以淺的水域采集浮游動(dòng)物樣品（每個(gè)站位采集9個(gè)水層，分別為：0~25m，25~50m，50~100m，100~200m，200~400m，400~600m，600~800m，800~1000m，1000~1250m）。
圖1.“海馬”冷泉區采樣站位示意圖
圖2.浮游生物連續采樣網(wǎng)MultiNet
采集到的浮游動(dòng)物樣品使用法國HYDROPTIC公司的浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統（ZooSCAN，圖3、圖4）進(jìn)行掃描成像和自動(dòng)分類(lèi)，并使用ZooSCAN自帶的軟件對浮游動(dòng)物個(gè)體的形態(tài)學(xué)信息進(jìn)行測量，用于計算浮游動(dòng)物的等效橢球體積，以此來(lái)構建浮游動(dòng)物的粒徑譜和標準化生物量譜（NBSS）。
計算公式：
1.等效橢球體積：
V=(4π/3) * (major/2) * (minor/2)^2
其中，major和minor分別為ZooSCAN軟件計算的浮游動(dòng)物個(gè)體長(cháng)軸長(cháng)和短軸長(cháng)。
2. 標準化生物量譜（NBSS）：
log2(Ai/?V) = alog2Vi+b
其中，Vi為各個(gè)粒徑的等效橢球體積上限，Ai代表該粒徑級的總生物量，?V代表粒徑級間隔。
圖3.浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統ZooSCAN
圖4. ZooSCAN掃描的浮游生物圖片
研究結果
該研究的結果顯示：浮游動(dòng)物豐度和生物量主要集中在0~100m水層，低于100m后，浮游動(dòng)物的豐度和生物量隨水深增加均快速下降，在1000~1250水層平均分別僅為8.33ind·m-3和12.10mm3·m-3。
圖5.“海馬”冷泉0-1250m浮游動(dòng)物總豐度（ind·m-3）和總生物量（mm3·m-3）的垂直分布
總的來(lái)說(shuō)，橈足類(lèi)是各水層浮游動(dòng)物的優(yōu)勢類(lèi)群（圖6），膠質(zhì)類(lèi)浮游動(dòng)物在深層中的占比上升。冷泉滲漏活動(dòng)強烈的ROV1站位與活動(dòng)較弱的ROV5站位在0~200m水層小粒徑級的生物量組成相似，但在600~1250m水層的粒徑結構表現出兩種不同的模式。在600~1250m水層，ROV5站的大粒徑級水母貢獻了一半以上的生物量，而ROV1站的生物量主要存在于各粒徑級的橈足類(lèi)貢獻。
圖6.“海馬”冷泉區0~200m，200~600m和600~1250m浮游動(dòng)物豐度和生物量組成
“海馬”冷泉區不同站位和水層NBSS斜率的變動(dòng)范圍為-0.94~-0.57，截距的變化范圍為-2.10~5.94（圖7）。從表層到底層，NBSS基本呈現斜率逐漸增大而截距逐漸減小的趨勢。這反映了浮游生態(tài)系統的生產(chǎn)力水平從表到底逐漸下降，但浮游食物網(wǎng)的能量傳遞效率逐漸增加。
甲烷氣體滲漏強度最大的ROV1站位在1000~1250m水層表現出異常的粒徑譜特征，NBSS的斜率a顯著(zhù)低于同水層其他站位，同時(shí)在600~800m水層出現浮游動(dòng)物豐度的相對高值，推測該站位的浮游動(dòng)物群落結構可能受到冷泉區甲烷滲漏的影響。
圖7.“海馬”冷泉區各站位水層標準化生物量譜基本參數
總結
中國科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗室的專(zhuān)家們通過(guò)對“海馬”冷泉區不同水層的浮游動(dòng)物豐度、生物量及粒徑譜進(jìn)行研究，分析了隨水深變化和不同甲烷滲漏強度下浮游動(dòng)物的垂直分布情況，為評估該區域的生態(tài)效應提供了基礎數據。
使用ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統構建粒徑譜較傳統方法而言更加便捷、高效，可以與其他方法構建的粒徑譜參數相互比較，具有推廣、應用到更多海域的研究中的潛力！
論文相關(guān)信息：
1. 李若飛, 柯志新, 李開(kāi)枝, 等. 基于ZooScan圖像分析的 “海馬” 冷泉區浮游動(dòng)物垂直分布特征[J]. 熱帶海洋學(xué)報, 2022: 0-0.
相關(guān)產(chǎn)品鏈接：
法國HYDROPTIC公司 ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統
相關(guān)新聞鏈接：
ZooSCAN助力海洋二所專(zhuān)家深入研究東海漁場(chǎng)的生物承載力機制
水德攜ZooSCAN亮相第五屆全國海洋技術(shù)大會(huì )
