وهذا بروتوكول لنمذجة طيف الحجم (توسيع العلاقة بين الكتلة الفردية والكثافة السكانية) للبيانات المجمعة عن الأسماك واللافقاريات من الجداول والأنهار القابلة للخوض. وتشمل الأساليب ما يلي: التقنيات الميدانية لجمع الأسماك الكمية والعينات اللافقارية؛ والتقنيات الميدانية لجمع الأسماك الكمية والعينات اللافقارية؛ والتقنيات الميدانية لجمع الأسماك الكمية و أساليب المختبر لتوحيد البيانات الميدانية؛ وتحليل البيانات الإحصائية.
حجم الطيف هو معكوس، العلاقة التحجيم الكلومتري بين متوسط كتلة الجسم (M) وكثافة (D) من الأفراد داخل المجتمع الإيكولوجي أو شبكة الغذاء. والأهم من ذلك، يفترض طيف الحجم أن الحجم الفردي، بدلاً من خصائص الأنواع السلوكية أو خصائص تاريخ الحياة، هو المحدد الرئيسي للوفرة داخل النظام الإيكولوجي. وهكذا، على عكس العلاقات اللامترية التقليدية التي تركز على البيانات على مستوى الأنواع (على سبيل المثال، متوسط حجم جسم الأنواع مقابل الكثافة السكانية)، فإن تحليلات الأطياف الحجم هي “ترنح” – يتم تحديد العينات الفردية فقط من حيث حجمها، دون النظر في الهوية التصنيفية. نماذج الأطياف الحجم هي تمثيل اتّصال فعّال للشبكات الغذائية التقليدية والمعقدة ويمكن استخدامها في سياقات وصفية وتنبؤية (مثل التنبؤ باستجابات المستهلكين الكبار للتغيرات في الموارد القاعدية). كما أفادت الدراسات التجريبية المستمدة من النظم الإيكولوجية المائية المتنوعة بمستويات معتدلة إلى عالية من التشابه في منحدرات الأطياف الحجمية، مما يشير إلى أن العمليات المشتركة قد تنظم وفرة الكائنات الحية الصغيرة والكبيرة في بيئات مختلفة جداً. هذا هو بروتوكول لنموذج الطيف حجم على مستوى المجتمع في تيارات قابلة للخوض. ويتألف البروتوكول من ثلاث خطوات رئيسية. أولاً، جمع الأسماك القاعية الكمية والعينات اللافقارية التي يمكن استخدامها لتقدير الكثافات المحلية. ثانياً، توحيد البيانات السمكية واللافقارية عن طريق تحويل جميع الأفراد إلى وحدات ترنحية (أي الأفراد المحددين حسب الحجم، بغض النظر عن الهوية التصنيفية)، وتلخيص الأفراد داخل صناديق قياس السجل2. ثالثاً، استخدم الانحدار الخطي لنمذجة العلاقة بين تقديرات M وD. وترد هنا تعليمات مفصلة لإكمال كل من هذه الخطوات، بما في ذلك البرمجيات المخصصة لتسهيل تقدير D وحجم الأطياف النمذجة.
حجم الجسم علاقات التحجيم، مثل الارتباط الإيجابي بين كتلة الجسم ومعدل التمثيل الغذائي، معروفة على مستوى الكائنالحي الفردية ويجري الآن دراستها على مستويات أعلى من المنظمة 1،2،3 . هذه العلاقات المترية هي في معظم الأحيان وظائف قانون السلطة من النموذج Y = aMب، حيث Y هو متغير الفائدة (على سبيل المثال، التمثيل الغذائي، وفرة، أو حجم النطاق المنزلي)، M هو كتلة الجسم من واحد أو متوسط الفردية، b هو معامل التحجيم، وa هو ثابت. للراحة الإحصائية، غالباً ما يتم تحويل البيانات Y و M قبل التحليل ثم على غرار المعادلات الخطية لسجل النموذج (Y) = السجل (a) + b log (M)، حيث b و log ( أ) تصبح ميل النموذج الخطي واعتراض، على التوالي.
حجم الطيف هو نوع من العلاقة اللامترية التي تتنبأ الكثافة (D، عدد الأفراد لكل منطقة وحدة) أو الكتلة الحيوية (B، الكتلة الإجمالية للأفراد لكل منطقة وحدة) كدالة M (انظر القسم 4 للحصول على إضافية معلومات عن استخدام تقديرات “عادية” D أو B.) مثل غيرها من علاقات التحجيم بين M و D أو بين M و B، والطيف حجم يلعب دورا مركزيا في الإيكولوجيا الأساسية والتطبيقية. وعلى مستوى السكان، كثيراً ما يفسر علماء الأحياء العلاقات السلبية D M كدليل على البقاء على قيد الحياة المعتمد على الكثافة أو كنماذج لقدرة حمل النظم الإيكولوجية (أي “قاعدة الترقق الذاتي”)4، 5. وعلى مستوى المجتمع المحلي، يمكن استخدام العلاقات بين
B M لدراسة آثار الاضطرابات البشرية المنشأ على مستوى المنظومة، مثل الصيد الانتقائي الحجم6و7. كما أن التحجيم المتري للD وB مع M أساسي للجهود الأخيرة لتوحيد السكان والمجتمع والبيئة2و8 و9.
واحدة سمة هامة بشكل خاص من الطيف حجم هو حقيقة أنه هو تماما ترنح9،10. هذه النقطة من السهل أن تفوت عند مقارنة scatterplots من البيانات D M أو B
M ولكن التمييز بين نماذج taxic وtaxic هو واحد حاسم. في نماذج سيارات الأجرة، يتم استخدام قيمة M واحدة لتمثيل كتلة الجسم المتوسط لكل فرد من الأنواع معينة أو taxa11. في نماذج ترنح، يتم تقسيم جميع الأفراد داخل مجموعة بيانات بين سلسلة من الفواصل الزمنية حجم الجسم أو صناديق M، بغض النظر عن هويتهم التصنيفية12. وهذا النهج الأخير، نهج الترنح مفيد في النظم الإيكولوجية المائية حيث يظهر العديد من تاكسا نموا غير محدد ويختبر تحولات وراثية أو أكثر في سلوك التغذية؛ في هذه الحالات، فإن متوسط M واحد على مستوى الأنواع يحجب حقيقة أن الأنواع يمكن أن تملأ أدواروظيفية مختلفة طوال تاريخ حياتها9،13،14.
هنا، نقدم بروتوكول كامل لتحديد حجم الطيف داخل الجداول والأنهار القابلة للخوض. ويبدأ البروتوكول بأساليب أخذ العينات الميدانية لجمع البيانات اللازمة للأسماك واللافقاريات الكبيرة القاعية. وسيتم جمع الأسماك من خلال عملية أخذ العينات “استنفاد ثلاثة تمريرات”. ثم سيتم تقدير وفرة من البيانات استنفاد مع طريقة زيبين15. وفي أخذ عينات الاستنفاد، تُنقل الأسماك الفردية التي تدخل في نطاق دراسة مغلقة (أي لا يمكن للأفراد الدخول أو مغادرة النطاق المغلق) من متناول اليد من خلال ثلاث عينات متعاقبة. وبالتالي، فإن عدد الأسماك المتبقية سيُستنفد تدريجيا. من هذا الاستنزاف اتّجاه, وفرة إجماليّة ضمن الدراسة مدىيستطيع كنت قدّمت بعد ذلك يحوّل إلى [د] (في سمكة لكلّ [م 2]), يستعمل ال يعرف [سورفس را] من الدراسة مدى. وسيتم جمع اللافقاريات الكلية القاعية مع عينات قياسية من المناطق الثابتة، ثم يتم تحديدها وقياسها في المختبر.
وبعد ذلك، سيتم تقسيم البيانات المجمعة عن الأسماك واللافقاريات الكبيرة بين صناديق الحجم. تقليدياً، تم استخدام مقياس اوكتاف أو السجل2 (أي مضاعفة الفواصل الزمنية) لتعيين حدود سلة الحجم16. وبمجرد وضع قائمة بصناديق الحجم، يكون تقسيم اللافقاريات الكبيرة القاعية بين صناديق الحجم الخاصة بها أمراً مباشراً لأن اللافقاريات تُعدد مباشرة كأرقام للأفراد لكل منطقة وحدة. غير أن تقدير وفرة الأسماك داخل صناديق الحجم هو أكثر تجريدا لأن هذه التقديرات مستمدة من بيانات الاستنفاد. ولذلك، تقدم تعليمات مفصلة لتقدير وفرة الأسماك داخل صناديق الحجم، بغض النظر عن الهوية التصنيفية، من بيانات عينات استنفادها.
وأخيراً، سيتم استخدام الانحدار الخطي لنمذجة طيف الحجم. هذا البروتوكول متوافق تماما مع الطريقة الأصلية والعامة من كير وديكي16 ومطابق ة للأساليب المستخدمة من قبل McGarvey وكيرك، 201817 في دراسة للأسماك والأطياف حجم اللافقاريات في تيارات فرجينيا الغربية. باستخدام هذا البروتوكول، يمكن للمحققين التأكد من أن نتائجها قابلة للمقارنة مباشرة مع الدراسات الأخرى التي تعتمد على كير وديكي16،وبالتالي تسريع فهم واسع وقوي للعلاقات حجم الجسم في المياه العذبة النظم الإيكولوجية والآليات التي تدفعها.
ويمكن استخدام هذا البروتوكول الأطياف حجم الارتجاج لتحديد حجم ونموذج هيكل داخل المجتمعات المحلية من الأسماك تيار واللافقاريات. وقد تراوحت دراسات الأطياف السابقة في النظم الإيكولوجية للتيار من البحوث الوصفية الأساسية39و40 إلى المقارنات على طول لمحة عن النهر الطولي<sup class…
The authors have nothing to disclose.
وقدمت تمويل هذا العمل المؤسسة الوطنية للعلوم (grant DEB-1553111) ومؤسسة إيبلي للبحث العلمي. هذه المخطوطة هي مساهمة مركز أنهار الأرز VCU #89.
Chest waders | Multiple options | n/a | Personal protective equipment for use during electrofishing. Do NOT use 'breatheable' waders as electrical current will pass through them. |
Rubber lineman's gloves | Multiple options | n/a | Personal protective equipment for use during electrofishing. |
Dip nets with fiberglass poles | Multiple options | n/a | Used to capture stunned fishes during electrofishing. |
Backpack electrofishing unit | Smith-Root; Halltech; Midwest Lake Management; Aqua Shock Solutions | www.smith-root.com; www.halltechaquatic.com; https://midwestlake.com; https://aquashocksolutions.com/ | Backpack electrofishers are currently manufactured and distributed by four independent companies in North America. Prices and warranty/technical support are the most important factors in choosing a vendor. |
Block nets/seines (×2) | Duluth Nets | https://duluthfishnets.com/ | Necessary length will depend on stream width. 3/8 inch mesh is recommended. |
Cam-action utility straps with 1 inch nylon webbing (×4) | Multiple options | n/a | Used to secure/anchor block nets. Available at auto supply, hardware, and department stores. |
Large tent stakes (×4) | Multiple options | n/a | Used to secure/anchor block nets. Available at camping and department stores. |
5 gallon plastic buckets (×5) | Multiple options | n/a | Used to hold and transport fish during electrofishing. Available at hardware and paint supply stores. |
10-20 gallon totes (×3) | Multiple options | n/a | Used as livewells, sedation tanks, and recovery bins for captured fishes. Available at hardware and department stores. |
Battery powered 'bait bucket' aeration pumps | Cabelas | IK-019008 | Used to aerate fish holding bins during field processing. |
Fish anesthesia (Tricaine-S) | Syndel | www.syndel.com | Used to sedate fishes for field processing. Tricaine-S is regulated by the U.S. Food and Drug Administration. |
Folding camp table and chairs | Cabelas | IK-518976; IK-552777 | Used to process fish samples. |
Pop-up canopy | Multiple options | n/a | Used as necessary for sun and rain protection. |
Fish measuring board | Wildco | 3-118-E40 | Used to measure fish lengths. |
Battery powered field scale with weighing dish | Multiple options | n/a | Used to weigh fishes. Must weigh be accurate to 0.1 or 0.01 grams. |
Clear plastic wind/rain baffle | Multiple options | n/a | Used to shield scale in rainy or windy conditions. Must be large enough to cover the scale and a weighing dish. |
White plastic or enamel examination trays | Multiple options | n/a | Trays are essential for examining fishes in the field. |
Stainless steel forceps | Multiple options | n/a | Forceps are helpful when examining small fishes and in transfering invertebrates to specimen jars. |
Hand magnifiers | Multiple options | n/a | Magnification is often helpful when identifying fish specimens in the field. |
Fish identification keys | n/a | n/a | Laminated keys that are custom prepared for specific locations are most effective. |
Datasheets printed on waterproof paper | Rite in the Rain | n/a | Waterproof paper is essential when working with aquatic specimens. |
Retractable fiberglass field tapes | Lufkin | n/a | Used to measure stream channel dimensions. |
Surber sampler or Hess sampler | Wildco | 3-12-D56; 3-16-C52 | Either of these fixed-area benthic samplers will work well in shallow streams with gravel or pebble substrate. |
70% ethanol or isopropyl alcohol | Multiple options | n/a | Used as invertebrate preservative. |
Widemouth invertebrate specimen jars (20-32 oz.) | U.S. Plastic Corp. | 67712 | Any widemouth plastic jars will work but these particular jars are durable and inexpensive. |