ZooSCAN助力海山浮游动物群落研究

近期，中国科学院海洋研究所陶振铖老师及其合作者利用人工鉴定和ZooSCAN相结合的方法对西太平洋Caroline、Yap和Kocebu三座不同类型海山的浮游动物群落进行了调查研究，获得的关键数据揭示了不同海山对浮游动物群落结构、丰度和生物量的差异化影响。研究证实，海山顶普遍存在浮游动物空缺区（zooplankton gap）现象，并打破了对“浅海山浮游动物富集效应更强"的传统认知，相关成果发表于国际深海研究经典期刊《Deep-Sea Research Part II》。

研究背景

海山是海洋中广泛分布的孤立水下地形隆起，全球分布约有20万座海山，超过半数集中于太平洋海域。根据海山山顶至海表的距离，海山可分为浅海山（<200 m）、中层海山（200-400 m）和深层海山（>400 m）。海山可通过扰动流场、形成上升流和泰勒柱，将深层富营养盐水体输送至表层，促进初级生产力提升，进而影响浮游动物的分布与聚集，这种现象被称为“海山效应"。

浮游动物作为连接初级生产者和更高营养级的关键环节，其群落变化能反映海山生态系统的动态。然而，以往关于海山效应的研究多集中于生源要素、叶绿素、浮游植物和大型底栖生物等，对浮游动物群落的系统研究相对匮乏，尤其是对深海山的关注更为不足。

传统人工镜检方法不仅耗时费力，而且难以精确量化不同类群的碳生物量，限制了海山间的系统比较。浮游动物图像扫描分析系统（ZooSCAN）的引入，为标准化、高效和准确测定浮游动物的碳生物量提供了有效手段。

研究过程

研究团队于2014-2019年在西太平洋Caroline（山顶水深80 m）、Yap（300 m）和Kocebu（1200 m）三座海山（图1）开展三个调查航次，共设54个站位。使用大型浮游动物网从200 m至表层垂直拖网获取浮游动物样品，同步获取温盐、叶绿素和溶氧等环境参数数据。采集样品分别用于干重生物量测定、镜检分类和ZooSCAN（图2）测定分析。甲醛固定样品经ZooSCAN扫描完成后，利用ZooProcess软件自动提取浮游动物的形态学参数，采用研究组自主建立的PK-id数据库完成自动分类与计数，并依据标准转换系数将生物体积换算为各分类单元的碳生物量。

图1 三座海山的地理位置与采样站分布

图2 ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统

研究结果

1. 三个海山区浮游动物群落组成与多样性特征差异明显

三个海山区共鉴定出浮游动物356种/类，其中Caroline海山310种/类、Yap海山197种/类、Kocebu海山151种/类，三座海山的共有物种/类为109个（图3）。各海山浮游动物群落均以桡足类为主，占比分别为46.1%（Caroline）、56.9%（Yap）和54.3%（Kocebu）。三个海山区浮游动物群落的多样性指数以Yap海山最高（3.71），Caroline海山次之（3.68），Kocebu海山最小（3.10）（图4）。

图3 三个海山区浮游动物群落组成的物种数韦恩图

图4 三个海山区浮游动物群落多样性指数的水平分布

三个海山区浮游动物群落的平均丰度以Caroline最大（28.85 ind/m³），Yap次之（20.98 ind/m³），Kocebu最小（11.54 ind/m³）（图5）。ZooSCAN测得的碳生物量显示，桡足类是三个海山区碳生物量的绝对优势类群，占比均超过50%，其中Caroline海山为53.92%，Yap海山为57.17%，Kocebu海山为54.52%。三个海山浮游动物群落生物量占比第二和第三的类群存在明显差异，Caroline海山为幼体/幼虫（21.35%）和毛颚类（12.61%），Yap海山为磷虾类（25.23%）和毛颚类（13.33%），Kocebu海山则为毛颚类（25.65%）和磷虾类（8.57%）（图6）。

图5 浮游动物丰度（ind/m³）的水平分布 

图6 三座海山不同浮游动物类群对群落碳生物量的贡献比例 

2. 浮游动物空缺区的普遍存在与海山效应的差异化

三座海山顶海域均出现明显的“浮游动物空缺区（zooplankton gap）"现象——即山顶区域的浮游动物丰度、干重生物量和碳生物量均显著低于周边海域（表1）。Caroline海山顶的碳生物量仅为周边区域的约27%，未表现出经典“海山效应"；而Yap和Kocebu海山的周边区域则出现丰度和碳生物量的显著升高，表明中层和深层海山同样可产生局域性生态富集效应。BIO-ENV结果表明，影响各海山群落分布的主导因子存在差异：Caroline主要受盐度调控，Kocebu受温度主导，Yap则受溶解氧、温度和盐度多因子综合影响。 

表1 三座海山山顶区、周边区和远洋区的浮游动物平均丰度（AB）、干重生物量（DW）、碳生物量（CB）对比

研究结论

本研究借助ZooSCAN获得了高精度的碳生物量数据，实现了西太平洋三类海山浮游动物群落的系统对比工作。该系统不仅显著提高了样品处理效率，更通过形态—碳转换模型使不同航次间的数据具备可比性，为全球海山生态比较研究提供了标准化手段。

未来，随着技术的持续迭代与图像数据库的不断充实，ZooSCAN有望在深海保护区监测、渔业资源评估及全球海山比较研究中发挥更加重要的作用，为海洋生态系统的认知与保护贡献更多力量。

参考文献

1.Tao Z C, Fan W W, Jin X, Wang Y Q, Li C L, Sun S. Seamount effects on zooplankton communities at three seamounts in the western Pacific Ocean. Deep-Sea Research Part II, 2026, 227: 105647.