स्ट्रीम पारिस्थितिकी प्रणालियों में Macroinvertebrates और मछलियों के लिए आकार स्पेक्ट्रम मॉडलिंग

Summary

यह संयुक्त मछली और wadable धाराओं और नदियों से अकशेरुकी डेटा के लिए आकार स्पेक्ट्रम (व्यक्तिगत द्रव्यमान और जनसंख्या घनत्व के बीच संबंध स्केलिंग) मॉडल करने के लिए एक प्रोटोकॉल है। तरीकों में शामिल हैं: मात्रात्मक मछली और अकशेरुकी नमूने इकट्ठा करने के लिए क्षेत्र तकनीक; प्रयोगशाला विधियों क्षेत्र डेटा मानकीकृत करने के लिए; और सांख्यिकीय डेटा विश्लेषण.

Abstract

आकार स्पेक्ट्रम एक व्युत्क्रम है, एलोमेट्रिक स्केलिंग संबंध औसत शरीर द्रव्यमान (एम) और घनत्व (डी) एक पारिस्थितिक समुदाय या खाद्य वेब के भीतर व्यक्तियों के बीच. महत्वपूर्ण बात, आकार स्पेक्ट्रम मानता है कि व्यक्तिगत आकार, बजाय प्रजातियों के व्यवहार या जीवन इतिहास विशेषताओं, एक पारिस्थितिकी तंत्र के भीतर बहुतायत के प्राथमिक निर्धारक है. इस प्रकार, पारंपरिक allometric रिश्तों के विपरीत है कि प्रजातियों के स्तर के डेटा पर ध्यान केंद्रित (उदा., मतलब प्रजातियों’ शरीर के आकार बनाम जनसंख्या घनत्व), आकार स्पेक्ट्रा विश्लेषण कर रहे हैं ‘ataxic’ – अलग-अलग नमूनों केवल उनके आकार से पहचान े ली जाती है, के विचार के बिना वर्गिकी पहचान. आकार स्पेक्ट्रम मॉडल पारंपरिक, जटिल खाद्य जाले के कुशल प्रतिनिधित्व कर रहे हैं और वर्णनात्मक के रूप में के रूप में अच्छी तरह से भविष्य कहनेवाला संदर्भों में इस्तेमाल किया जा सकता है (जैसे, बेसल संसाधनों में परिवर्तन करने के लिए बड़े उपभोक्ताओं की प्रतिक्रियाओं की भविष्यवाणी). विविध जलीय पारिस्थितिकी प्रणालियों से अनुभवी अध्ययन भी आकार स्पेक्ट्रम ढलानों में समानता के मध्यम से उच्च स्तर की सूचना दी है, सुझाव है कि आम प्रक्रियाओं बहुत अलग सेटिंग्स में छोटे और बड़े जीवों की बहुतायत को विनियमित कर सकते हैं. यह wadable धाराओं में समुदाय स्तर के आकार स्पेक्ट्रम मॉडल करने के लिए एक प्रोटोकॉल है. प्रोटोकॉल तीन मुख्य चरणों के होते हैं. सबसे पहले, मात्रात्मक benthic मछली और अकशेरुकी नमूने है कि स्थानीय घनत्व का अनुमान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता इकट्ठा. दूसरा, सभी व्यक्तियों को ataxic इकाइयों में परिवर्तित करके मछली और अकशेरुकी डेटा का मानकीकरण (यानी, आकार से पहचाने गए व्यक्तियों, वर्गीकरण पहचान पर ध्यान दिए बिना), और लॉग₂ आकार के डिब्बे के भीतर व्यक्तियों को संक्षेप. तीसरा, ataxic M और D अनुमानों के बीच संबंध को मॉडल करने के लिए रैखिक प्रतिगमन का उपयोग करें. विस्तृत निर्देश यहाँ प्रदान की जाती हैं इन चरणों में से प्रत्येक को पूरा करने के लिए, कस्टम सॉफ्टवेयर सहित D estimation और आकार स्पेक्ट्रम मॉडलिंग की सुविधा के लिए.

Introduction

शरीर का आकार स्केलिंग संबंधों, जैसे शरीर द्रव्यमान और चयापचय दर के बीच सकारात्मक संबंध, व्यक्तिगत जीव स्तर पर अच्छी तरह से जाना जाता है और अब संगठन के उच्च स्तर पर अध्ययन किया जा रहा है¹,^2,3 . ये एलोमीट्रिक संबंध अक्सर शक्ति-नियम के कार्य होते हैं, जो कि Y – ए एमख, जहाँ Y ब्याज का चर है (उदा., चयापचय, बहुतायत, या घर सीमा का आकार), M एक या औसत का शरीर द्रव्यमान है व्यक्ति, b एक स्केलिंग गुणांक है, और एक एक स्थिरांक है। सांख्यिकीय सुविधा के लिए, Y और M डेटा अक्सर लॉग-रूपांतरण विश्लेषण से पहले होते हैं, फिर प्रपत्र लॉग (Y) $ लॉग (a) + b लॉग (M) के रैखिक समीकरणों के साथ मॉडलिंग की जाती है, जहाँ ख और लॉग ( क)रेखीय मॉडल ढाल और अवरोधन, क्रमशः बन जाते हैं.

आकार स्पेक्ट्रम एलोमेट्रिक संबंध का एक प्रकार है जो घनत्व (डी , प्रति इकाई क्षेत्र के व्यक्तियों की संख्या) या बायोमास (बी, प्रति इकाई क्षेत्र व्यक्तियों के समummed द्रव्यमान) M के एक समारोह के रूप में भविष्यवाणी करता है (अतिरिक्त के लिए धारा 4 देखें) ‘सामान्यीकृत’ डी या बी अनुमान के उपयोग पर जानकारी.) एम और डी के बीच या एम और बीके बीच अन्य स्केलिंग संबंधों की तरह, आकार स्पेक्ट्रम बुनियादी और लागू पारिस्थितिकी में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है. जनसंख्या-स्तर पर, जीवविज्ञानी अक्सर घनत्व-निर्भर अस्तित्व के सबूत के रूप में नकारात्मक डी एम संबंधों की व्याख्या करते हैं या पारिस्थितिकी तंत्र ले जाने की क्षमता के मॉडल के रूप में (यानी, ‘स्व-थिंग नियम’)^{4, 5}. समुदाय स्तर पर, बी एम संबंधों का उपयोग मानवजनित क्षोभ के सिस्टम-स्तर के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है, जैसे आकार-चयनात्मक मछली पकड़ने^6,7. डी और बी के साथ एम के एलोमीट्रिक स्केलिंग भी जनसंख्या, समुदाय, और पारिस्थितिकी पारिस्थितिकी²,^8,9को एकजुट करने के लिए हाल के प्रयासों के लिए केंद्रीय हैं ।  

आकार स्पेक्ट्रम की एक विशेष विशेषता यह है कि यह पूरी तरह से आचरीय^9,10है . D M या B M डेटा के स्कैटरप्लॉट की तुलना करते समय यह बात याद करना आसान है, लेकिन टैक्सिक और ataxic मॉडल के बीच अंतर एक महत्वपूर्ण है। करात्मक मॉडलों में, किसी दी गई प्रजाति या टैक्सा¹¹के प्रत्येक व्यक्ति के औसत शरीर द्रव्यमान का प्रतिनिधित्व करने के लिए एकल एम मान का उपयोग किया जाता है। ataxic मॉडल में, एक डेटा सेट के भीतर सभी व्यक्तियों को शरीर के आकार के अंतराल या एम डिब्बे की एक श्रृंखला के बीच विभाजित कर रहे हैं, उनकी वर्गीकरण पहचान¹²की परवाह किए बिना. बाद, ataxic दृष्टिकोण जलीय पारिस्थितिकी प्रणालियों में फायदेमंद है जहां कई taxa अनिश्चित विकास प्रदर्शन और भोजन व्यवहार में एक या एक से अधिक ontogenetic बदलाव का अनुभव; इन उदाहरणों में, एक ही प्रजाति स्तर के एम औसत इस तथ्य को अस्पष्ट कर देगा कि एक प्रजाति अपने जीवन के इतिहास^9,13,14में विभिन्न कार्यात्मक भूमिकाओं को भर सकती है . 

यहाँ, हम wadable धाराओं और नदियों के भीतर आकार स्पेक्ट्रम मात्रा निर्धारित करने के लिए एक पूरा प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं. प्रोटोकॉल आवश्यक मछली और benthic मैक्रोइनवर्टेब्रेट डेटा इकट्ठा करने के लिए क्षेत्र नमूना तरीकों के साथ शुरू होता है। मछली एक ‘तीन पास कमी’ नमूना प्रक्रिया के माध्यम से एकत्र किया जाएगा. बहुतायत तो जिपिन विधि¹⁵के साथ कमी डेटा से अनुमान लगाया जाएगा . कमी नमूना में, एक बंद अध्ययन तक पहुँच के भीतर व्यक्तिगत मछलियों (यानी, व्यक्तियों न तो प्रवेश कर सकते हैं और न ही संलग्न पहुँच छोड़) तीन क्रमिक नमूनों के माध्यम से पहुँच से हटा रहे हैं. इस प्रकार, शेष मछलियों की संख्या उत्तरोत्तर समाप्त हो जाएगी। इस कमी की प्रवृत्ति से, अध्ययन तक पहुँच के भीतर कुल बहुतायत का अनुमान लगाया जा सकता है तो डी में परिवर्तित किया जा सकता है (मछली में प्रति m^2),अध्ययन तक पहुँचने के ज्ञात सतह क्षेत्र का उपयोग कर. Benthic मैक्रोइनवर्टेरेट्स मानक निश्चित क्षेत्र samplers के साथ एकत्र किया जाएगा, तो पहचान की और प्रयोगशाला में मापा.

इसके बाद, संयुक्त मछली और मैक्रोइनवर्टेब्रेट डेटा को आकार के डिब्बे के बीच विभाजित किया जाएगा। परंपरागत रूप से, सप्तक या लॉग₂ पैमाने (यानी, दोहरीकरण अंतराल) आकार बिन सीमाओं¹⁶सेट करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। एक बार आकार डिब्बे की एक सूची स्थापित किया गया है, उनके संबंधित आकार डिब्बे के बीच व्यक्तिगत benthic मैक्रोइनवर्टेवर्ट्स के विभाजन सीधा है क्योंकि अकशेरुकी सीधे इकाई क्षेत्र प्रति व्यक्तियों की संख्या के रूप में गणना कर रहे हैं. हालांकि, आकार डिब्बे के भीतर मछली बहुतायत का आकलन अधिक सार है क्योंकि इन अनुमानों को कमी डेटा से अनुमान हैं. इसलिए विस्तृत निर्देश आकार डिब्बे के भीतर मछली बहुतायत का अनुमान लगाने के लिए प्रदान की जाती हैं, वर्गीकरण पहचान के बावजूद, कमी नमूना डेटा से.

अंत में, रैखिक प्रतिगमन आकार स्पेक्ट्रम मॉडल के लिए इस्तेमाल किया जाएगा. इस प्रोटोकॉल के मूल, Kerr और Dickie¹⁶ के सामान्य विधि और McGarvey और Kirk द्वारा इस्तेमाल किया तरीकों के समान के साथ पूरी तरह से संगत है, 2018¹⁷ मछली और पश्चिम वर्जीनिया धाराओं में invertebrate आकार स्पेक्ट्रम के एक अध्ययन में. इस प्रोटोकॉल का उपयोग करके, जांचकर्ताओं का बीमा कर सकते हैं कि उनके परिणाम सीधे अन्य अध्ययनों के साथ तुलनीय हैं जो केर और डिकी¹⁶पर बनाते हैं, जिससे मीठे पानी में शरीर के आकार स्केलिंग संबंधों की व्यापक और मजबूत समझ में तेजी आ जाती है पारिस्थितिकी तंत्र और तंत्र है कि उन्हें ड्राइव.

Protocol

यहाँ वर्णित सभी तरीकों वर्जीनिया राष्ट्रमंडल विश्वविद्यालय के संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति (IACUC) द्वारा अनुमोदित किया गया है. 1. संग्रह और मछली के नमूने के प्रसंस्करण एक बंद मछली ?…

Representative Results

उदाहरण के परिणाम, मूल क्षेत्र डेटा सहित, Slaunch कांटा, पश्चिम वर्जीनिया, दक्षिणी पश्चिम वर्जीनिया में एक छोटी सी धारा के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं. अतिरिक्त आकार स्पेक्ट्रा मॉडल परिणाम भी एक ही क्षेत्र में द?…

Discussion

इस ataxic आकार स्पेक्ट्रम प्रोटोकॉल धारा मछलियों और अकशेरुकी के समुदायों के भीतर परिमाण और मॉडल आकार संरचना के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. धारा पारिस्थितिक तंत्र में पिछला आकार स्पेक्ट्रम अध्ययन मूल व?…

Materials

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.