近期，福建農(nóng)林大學(xué)科研人員基于ZooSCAN圖像分析的方法，利用九年的綜合生物和環(huán)境數(shù)據(jù)，揭示了膠州灣中型浮游動(dòng)物群落時(shí)間變異性的多尺度驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
研究背景
膠州灣是位于中國黃海的一個(gè)典型半封閉海灣，受人類活動(dòng)與自然變化的雙重影響，近年來面臨富營養(yǎng)化、水母暴發(fā)及極端降水等環(huán)境的挑戰(zhàn)。浮游動(dòng)物作為海洋食物網(wǎng)的核心環(huán)節(jié)，既是初級(jí)生產(chǎn)者與高營養(yǎng)級(jí)生物之間的紐帶，也是生物地球化學(xué)循環(huán)的關(guān)鍵參與者。然而，浮游動(dòng)物群落的動(dòng)態(tài)受多重因素調(diào)控，包括自下而上（如營養(yǎng)鹽輸入、浮游植物生產(chǎn)力）和自上而下（如捕食壓力）的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。盡管已有研究探討了這些機(jī)制在不同生態(tài)系統(tǒng)中的作用，但在復(fù)雜環(huán)境變化的背景下，二者如何相互作用并主導(dǎo)群落變化仍不明確。膠州灣頻繁的水母暴發(fā)與極端降水事件為研究這一科學(xué)問題提供了理想場景。
本研究通過2003-2011年的長期監(jiān)測，旨在解析浮游動(dòng)物群落的時(shí)空變化規(guī)律，明確環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子與水母捕食的相對(duì)貢獻(xiàn)，為全球氣候變化下的海岸帶生態(tài)管理提供科學(xué)依據(jù)。
研究方法
研究在膠州灣北部A3站（36°9′N, 120°15′E）開展，采用錐形浮游生物網(wǎng)進(jìn)行垂直拖網(wǎng)采樣，每月中旬采樣一次（2003年5月至2011年12月，除2011年1月至5月外）。
圖1 中國膠州灣位置（左）和膠州灣北部A3采樣站位置（右）
浮游動(dòng)物樣品通過ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)進(jìn)行成像、分析，并使用系統(tǒng)自帶的軟件對(duì)浮游生物進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，將浮游生物圖像分類為七個(gè)類群，包括橈足類、被囊動(dòng)物、毛顎動(dòng)物、小型水母、枝角類、浮游幼蟲及夜光蟲，并經(jīng)過手動(dòng)驗(yàn)證確保分類的準(zhǔn)確性。
圖2 ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)
數(shù)據(jù)分析采用聚類分析、Spearman等級(jí)相關(guān)分析和線性回歸分析等方法，探究浮游動(dòng)物動(dòng)態(tài)與環(huán)境變量之間的關(guān)系。
研究結(jié)果
研究期間，降雨、水溫、鹽度和葉綠素a濃度均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性變化。浮游動(dòng)物群落豐度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性模式，春季開始增加，夏季達(dá)到高峰，秋季迅速下降。
圖3 2003 - 2011年膠州灣北部采樣站位浮游動(dòng)物總數(shù)和主要浮游動(dòng)物類群的季節(jié)變化箱線圖
圖4 浮游動(dòng)物豐度（indm?3）與環(huán)境變量之間的Spearman相關(guān)性
橈足類在浮游動(dòng)物群落中占主導(dǎo)地位，其豐度變化主導(dǎo)了浮游動(dòng)物群落的季節(jié)性波動(dòng)。然而，浮游動(dòng)物豐度的年際變異性顯著，2009年和2011年（水母暴發(fā)年份）豐度最低，而2005年和2008年豐度最高。
聚類分析將研究年份分為非水母暴發(fā)期和水母暴發(fā)期，水母暴發(fā)期間，浮游動(dòng)物總豐度顯著降低，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，小型水母和毛顎動(dòng)物的相對(duì)豐度增加。此外，水母暴發(fā)還導(dǎo)致浮游動(dòng)物粒徑結(jié)構(gòu)變化，小型浮游動(dòng)物（尤其是小型橈足類）豐度顯著降低。
圖5 （a）浮游動(dòng)物總量的年際變化；（b）膠州灣北部采樣站位5-8月高峰期浮游動(dòng)物年最大豐度數(shù)據(jù)；NJBP（非水母暴發(fā)期），JBP（水母暴發(fā)期）
圖6 （a）總浮游動(dòng)物及主要類群的豐度比較；（b）膠州灣北部采樣站位5-8月高峰期非水母暴發(fā)期與水母暴發(fā)期浮游動(dòng)物類群豐度組成對(duì)比
浮游動(dòng)物年最大豐度與降雨和葉綠素a濃度顯著正相關(guān)，與水溫?zé)o顯著相關(guān)性。這表明浮游動(dòng)物群落的動(dòng)態(tài)變化主要受資源供應(yīng)（自下而上控制）和捕食壓力（自上而下控制）的共同影響。在水母暴發(fā)年份，自上而下的控制作用更為顯著，水母的大量捕食導(dǎo)致浮游動(dòng)物豐度下降；而在水母未大量出現(xiàn)的年份，浮游動(dòng)物豐度主要受葉綠素a濃度和降雨等自下而上因素的影響。
圖7 總浮游動(dòng)物年最大豐度與高峰期（5-8月）環(huán)境變量的線性回歸分析
研究結(jié)論
本研究利用九年的綜合生物和環(huán)境數(shù)據(jù)，揭示了膠州灣中型浮游動(dòng)物群落時(shí)間變異性的多尺度驅(qū)動(dòng)機(jī)制。主要包括：
浮游動(dòng)物群落表現(xiàn)出相似的季節(jié)性變化模式，豐度在晚春和夏季達(dá)到高峰，秋冬季節(jié)降至最低，主要受降雨、水溫和葉綠素a濃度的控制。
浮游動(dòng)物豐度的年際變異性顯著，受水母大量出現(xiàn)時(shí)的強(qiáng)烈捕食作用影響，同時(shí)在水母未大量出現(xiàn)的年份受葉綠素a濃度和降雨的自下而上控制。
研究表明，自上而下和自下而上的控制因素共同決定了膠州灣中型浮游動(dòng)物群落的年際變化，且自上而下的控制作用強(qiáng)度大于自下而上。
本研究為深入理解浮游動(dòng)物群落動(dòng)態(tài)提供了重要見解，對(duì)全球氣候變化背景下經(jīng)歷大型水母暴發(fā)和極端降雨事件的沿海生態(tài)系統(tǒng)具有借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
1. Wang W, Wang N, Wang Y, et al. Evaluating top-down and bottom-up drivers of temporal mesozooplankton community variability in a temperate semi-enclosed bay, China[J]. Marine Pollution Bulletin, 2024, 209: 117149.
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