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近日，中國科學院海洋研究所科研團隊借助ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統，對中國山東沿海水域浮游動物群落的季節動態及其能量傳遞效率進行了系統評估，并深入揭示了其生態功能與主要環境影響機制。耦合機制。
研究背景
浮游動物是海洋食物網中的關鍵環節，在能量傳遞和物質循環中發揮重要作用。它們不僅聯結初級生產者與高營養級生物，還通過參與海洋生物泵和顆粒物垂直通量等過程，顯著影響海洋生物地球化學循環。氣候變化、海水理化參數以及海洋動力過程的變化，都可能改變浮游動物的豐度、粒徑結構及空間分布。
山東沿海水域受黃河等多條河流輸入及黃海、渤海水團交匯影響，具有復雜的物理環境和豐富的浮游動物多樣性，是該區域多種經濟魚類的重要產卵和索餌場所。然而，針對該區域浮游動物群落結構及其能量傳遞效率的系統研究仍相對缺乏。因此，本研究旨在深入解析該區域浮游動物的群落特征與能量傳遞效率，為全面理解海洋生態系統的功能與健康狀態提供依據。
研究方法
研究于2022年春季（5月）、夏季（8月）和2022-2023年冬季（12月及次年2月）在山東沿海的16個站點（圖1）進行了浮游動物采樣。樣品采集后立即使用5%福爾馬林海水溶液固定保存，并同步采集海水環境參數。
固定后的浮游動物樣品采用ZooSCAN系統進行高分辨率掃描（4800 dpi），獲取浮游動物數字圖像，并利用配套軟件進行圖像處理、形態參數分析及種類鑒定。基于所獲取的形態學參數（如長軸、短軸、等效球體直徑等），研究計算了標準化生物量粒徑譜（NBSS）、分類多樣性指數（H'）、粒徑多樣性指數（μ）、平均等效球徑（ESD）及肉食性與草食/雜食性浮游動物生物量比（RTCH）等功能性指標，從而評估浮游動物群落結構及能量傳遞效率。
圖1 調查區域及采樣站位
研究結果
1.環境特征：水溫、鹽度和溶解氧均表現出顯著的季節和空間差異（表1）。夏季水溫zui高（25.77±1.53°C），冬季zui低（3.57±1.57°C）。葉綠素a濃度在渤海區域始終較高。
表1 不同季節環境因子平均值（±SD）及變化范圍。
2.群落結構與粒徑分布：研究共鑒定出16個浮游動物類群，其中橈足類（Copepod）在各季節均占據優勢（圖2）。春季和冬季以小型個體（ESD: 0.2–0.5 mm）為主，而夏季中大型個體（>4 mm）比例顯著上升。浮游動物豐度和生物量均在春季達到zui高，萊州灣養殖區始終呈現高值（圖3）。
圖2 山東近海海域浮游動物群落結構及粒徑分布的季節性變化。
（a）基于相對豐度的分類結構；（b）基于相對生物體積的分類結構；（c）基于相對豐度的粒徑結構；（d）基于相對生物體積的粒徑結構。
圖3 山東近海不同季節浮游動物數量及生物體積的空間分布；
a-d：不同季節浮游動物數量（個/m3）的空間分布；e-h：不同季節浮游動物生物體積（mm3/m3）的空間分布。
3.能量傳遞效率（圖4）：春季NBSS斜率最緩（-0.91）、截距最高（10.99），粒徑多樣性指數最大（1.84±0.32），RTCH值zui低（0.16±0.22），表明該季節能量傳遞效率zui高。夏季盡管斜率較緩，但由于水母類生物占比較高，導致能量向高營養級傳遞的效率降低。
圖4 山東近海不同季節各類浮游動物功能指標的箱線圖。
（a）香農-維納多樣性指數；（b）NBSS斜率；（c）NBSS截距；（d）粒徑多樣性指數；（e）平均ESD；（f）RTCH。
4.環境驅動因素：冗余分析（RDA）（圖5）表明，春季浮游動物群落主要受鹽度和葉綠素a濃度影響；夏季和冬季則主要受水溫控制；溶解氧在冬季也成為顯著影響因子。
圖5 山東近海不同季節浮游動物豐度RDA與環境因子關系研究中的物種注釋：
App.：被囊動物幼體；Cha.：毛顎動物；Cop.：橈足類；Cru.：甲殼類；Mys.：糠蝦類；Med.：水母類；Ami.：端足類；Tha.：海樽類；Biv.：雙殼類；Gas.：腹足類；Poly.：多毛類；Noc.：夜光蟲；Nau.：橈足類無節幼體；lar.：魚卵及仔魚；Oph.：海蛇尾類
研究結論
本研究通過多指標綜合評價，揭示了山東沿海浮游動物群落結構及其能量傳遞效率具有明顯的季節差異，其中，春季為能量傳遞效率zui高的季節。
ZooSCAN技術的應用實現了浮游動物類群與粒徑結構的高通量、標準化分析，為相關研究提供了可靠方法支持。環境因子中，水溫、鹽度和葉綠素a是驅動浮游動物動態的關鍵因素。研究表明，近岸水域由于營養鹽輸入充足，初級生產力較高，但能量向高營養級傳遞的效率低于外海。該研究為山東沿海生態系統的管理、保護和可持續利用提供了科學依據，建議未來結合長期監測與控制實驗，進一步揭示氣候變化與人類活動對海洋能流途徑的影響。
參考文獻
1.Wang S, Zhang F, Zhang S, et al. Evaluation zooplankton community and energy transfer efficiency: A case in the coastal waters of Shandong, China[J]. Marine Environmental Research, 2025: 107511.
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