ZooSCAN助力浮游动物季节演替机制研究

近期，中国科学院海洋研究所研究团队在黄海北部海域开展科考调查，利用ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统对浮游动物样品进行快速分类和个体尺寸精准测量，结合归一化生物体积粒径谱（NBSS）、粒径多样性指数等指标，系统揭示了夏季冷水团（CWS）内浮游动物生物量升高但体型小型化、能量传递效率潜力下降的季节演替规律。

研究背景                                                             

黄海是西北太平洋典型的浅海陆架生态系统，是众多经济鱼类重要的产卵场、索饵场和越冬场，其中黄海冷水团是该海域突出的季节性水文特征。浮游动物在海洋食物网中占据关键位置，介导着从初级生产者到更高营养级的能量传递。尽管以往研究已对黄海浮游动物有所涉及，但在春季和夏季两种截然不同的水文条件下，结合体型结构和功能指标的综合性季节评估仍然有限，尤其是在黄海冷水团区域内。此次研究对黄海春、夏季水文条件下浮游动物功能格局进行了定量评估，并为研究温带陆架海浮游生物的营养转移途径提供了新的见解。

传统浮游动物研究依赖显微镜人工分类计数，不仅耗时费力，且难以获取个体尺寸等关键形态参数，严重制约了基于体型的粒径谱分析。无法高效获取海量个体精确尺寸数据，成为制约该领域发展的技术瓶颈。

ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统解决了这一难题。该系统以高分辨率对样品进行扫描，配合自动识别算法，可快速将浮游动物划分类群；ZooProcess软件可输出每个个体的长轴、短轴及等效球径（ESD）等尺寸数据，为粒径谱分析提供数据支撑。一次扫描可处理500-1500个个体，实现了高通量、高精度的样品分析，极大提高了浮游动物研究的工作效率。

研究过程

2024年4月和7月，研究团队搭载“蓝海101"号调查船在黄海（33°–39.5°N，121°–124°E）开展两个航次调查。浮游动物样品采用中型浮游生物网垂直拖网采集。

全部样品经ZooSCAN扫描处理，通过专用软件自动识别并归入17个类群，人工验证后基于等效球径划分4个粒级。通过构建NBSS、计算粒径多样性指数、平均ESD及肉食性/植食性浮游动物比值等指标，评估不同季节和区域条件下的能量传递效率。ZooSCAN的高通量精确数据为后续分析奠定了坚实基础。

图1. ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统

研究结果

1. 夏季浮游动物生物量显著高于春季

7月黄海浮游动物平均丰度（13449.96 ind/m³）显著高于4月（5835.19 ind/m³），冷水团内丰度从4062.82升至13853.59 ind/m³，生物体积从823.30升至1356.21 mm³/m³，碳生物量从61.77升至103.33 mg C/m³（图2）。桡足类占绝对优势，贡献总丰度81%-96%、总生物体积67%-83%。

图2. 2024年4、7月黄海浮游动物生物量的季节和区域变化

2. 夏季冷水团内浮游动物体型向小型化转变

0.2-0.5 mm最小粒级丰度从60%-67%升至81%-82%，冷水团内粒径多样性从2.05±0.21降至1.73±0.20，平均ESD从0.52±0.06降至0.44±0.04 mm（图3）。NBSS斜率从-1.16±0.16变陡至-1.19±0.24，指示夏季能量传递效率潜力下降。

图3. 2024年4、7月黄海不同海域浮游动物的粒径级组成

3. 夏季肉食性浮游动物占比显著升高

肉食性浮游动物（毛颚动物、刺胞动物和多毛类）丰度比在冷水团中更高，生物体积比从0.024±0.026升至0.063±0.046，表明夏季食物网中捕食性营养路径作用增强（图4）。

图4. 黄海以及冷水团（CWM）和非冷水团区域内浮游动物功能指标的季节变化

4. 环境驱动因子随季节显著变化

冗余分析显示（图5），4月群落结构与表层和底层变量均相关（表层水温r²=0.68，底层水温r²=0.60），7月则主要与底层水温（r²=0.48）、底层溶解氧（r²=0.40）和底层盐度（r²=0.37）相关。7月冷水团内NBSS斜率（R²=0.27，p=0.02）和粒径多样性（R²=0.27，p=0.02）均与浮游动物/浮游植物生物量比呈正相关。

图5. 黄海浮游动物群落结构与环境变量或功能指标关系的冗余度分析

研究结论

研究第一次在黄海冷水团区域系统量化了春、夏季浮游动物群落组成、体型结构和能量传递相关功能指标的季节变化规律。发现：（1）7月浮游动物丰度、生物体积和碳生物量均显著高于4月，冷水团内增幅最大；（2）7月冷水团内群落呈现更陡的粒径谱斜率、更低的粒径多样性和更小的平均体长，指示能量传递效率潜力下降；（3）群落-环境关系呈显著季节差异，4月与表层和底层变量均相关，7月则主要与底层温盐和溶解氧相关；（4）7月冷水团内浮游动物/浮游植物生物量比与粒径谱斜率和粒径多样性呈正相关。

ZooSCAN成像技术能够实现数千个浮游动物个体的快速分类、精确测量和粒径谱构建，在此次研究中展现出不可替代的价值，确保了能量传递效率评估的高效性和准确性，为科学研究提供重要支撑。

参考文献

Wang S, Zhang F, Sun S, et al. Seasonal shifts in zooplankton community composition and size-based functional proxies in the Yellow Sea[J]. Marine pollution bulletin, 2026, 233(Pt 1): 120226. DOI:10.1016/J.MARPOLBUL.2026.120226.