Dette er en protokol, der skal modellere størrelses spektret (Skaleringsforhold mellem individuel masse og befolkningstæthed) for kombinerede fiske-og hvirvelløse data fra Vadehavet og vandløb. Metoderne omfatter: felt teknikker til indsamling af kvantitative fisk og hvirvelløse prøver; Lab metoder til at standardisere feltdata; og statistisk dataanalyse.
Størrelses spektret er et inverteret, allometrisk Skaleringsforhold mellem gennemsnitlig kropsmasse (M) og tætheden (D) af individer i et økologisk fællesskab eller fødevare nettet. Vigtigere, størrelsen spektrum antager, at individuel størrelse, snarere end arter ‘ adfærdsmæssige eller livshistorie karakteristika, er den primære afgørende for overflod i et økosystem. I modsætning til traditionelle allometriske relationer, der fokuserer på Arts data (f. eks. den gennemsnitlige Arts størrelse i forhold til befolkningstætheden), er størrelses spektre analyser således» ataxic «– individuelle prøver identificeres kun ved deres størrelse, uden hensyntagen til taksonomisk identitet. Size Spectra modeller er effektive repræsentationer af traditionelle, komplekse mad webs og kan bruges i beskrivende såvel som prædiktive sammenhænge (f. eks, forudsige svar fra store forbrugere til ændringer i basale ressourcer). Empiriske undersøgelser fra forskellige akvatiske økosystemer har også rapporteret moderat til høj grad af lighed i størrelse Spectra skråninger, hvilket tyder på, at fælles processer kan regulere overflod af små og store organismer i meget forskellige miljøer. Dette er en protokol, der skal modellere størrelses spektret på fællesskabsniveau i Vadehavet. Protokollen består af tre hovedtrin. For det første indsamle kvantitative bentiske fisk og hvirvelløse prøver, der kan anvendes til at estimere lokale tæthedsgrader. For det andet, standardisere de fisk og hvirvelløse data ved at omdanne alle individer til ataxic enheder (dvs. personer identificeret ved størrelse, uanset taksonomisk identitet), og opsummering personer i log2 størrelse siloer. For det tredje, brug lineær regression til at modellere forholdet mellem ataxic M og D estimater. Detaljerede instruktioner er angivet heri for at fuldføre hver af disse trin, herunder brugerdefineret software til at lette D estimering og størrelse Spectra modellering.
Kropsstørrelse skalering relationer, såsom den positive Association mellem Body Mass og metaboliske sats, er velkendt på det individuelle organisme niveau og er nu undersøgt på højere niveauer af organisation1,2,3 . Disse allometriske relationer er oftest Power-Law funktioner i form Y = aMb, hvor Y er den variabel af interesse (f. eks metabolisme, overflod, eller Home Range størrelse), M er kroppen massen af en enkelt eller gennemsnitlige individuel, b er en skaleringskoefficient, og a er en konstant. For statistisk bekvemmelighed, Y og M data er ofte log-transformeret før analyse derefter modelleret med lineære ligninger af formularen log (y) = log (a) + b log (M), hvor b og log ( a) blive den lineære model hældning og skæring, hhv.
Størrelses spektret er en type allometrisk forhold, der forudsiger tæthed (D, antallet af individer pr. arealenhed) eller biomasse (B, den summerede masse af individer pr. arealenhed) som en funktion af M (Se afsnit 4 for yderligere oplysninger om anvendelsen af» normaliserede « D -eller B -estimater.) Ligesom andre Skaleringsforhold mellem m og D eller mellem m og Bspiller størrelses spektret en central rolle i grundlæggende og anvendt økologi. På populationsniveau fortolker biologer ofte negative D M -relationer som tegn på densitet-afhængig overlevelse eller som modeller for økosystem bærende kapacitet (dvs. “selv fortyndende regel”)4, 5. På fællesskabsplan kan B
M -relationer anvendes til at studere virkninger på systemniveau af antropogene forstyrrelser, såsom størrelsesselektiv fiskeri6,7. Allometrisk skalering af D og B med M er også centrale for de seneste bestræbelser på at forene befolkning, samfund, og økosystem økologi2,8,9.
En særlig vigtig egenskab ved størrelses spektret er det faktum, at det er helt ataxic9,10. Dette punkt er let at gå glip af, når man sammenligner scatterplots af D m eller B
m data, men sondringen mellem taxic og ataxic modeller er en kritisk. I taxic-modeller anvendes en enkelt M -værdi til at repræsentere den gennemsnitlige kropsmasse for hver enkelt person af en given art eller taxa11. I ataxic-modeller er alle personer i et datasæt partitioneret blandt en serie af krops størrelsesintervaller eller M -placeringer, uanset deres taksonomiske identitet12. Sidstnævnte, ataxic tilgang er fordelagtig i akvatiske økosystemer, hvor mange taxa udviser ubestemt vækst og oplever en eller flere ontogenetiske forskydninger i fodring adfærd; i disse tilfælde, en enkelt art-niveau M gennemsnit vil sløre det faktum, at en art kan udfylde forskellige funktionelle roller i hele sin livshistorie9,13,14.
Her præsenterer vi en komplet protokol for at kvantificere størrelses spektret inden for vade lige vandløb og floder. Protokollen indledes med metoder til prøvetagning af Mark for at indsamle de nødvendige oplysninger om fisk og bentiske makroinvertebrat. Fisk vil blive indsamlet gennem en “tre-pass-udtynding” prøveudtagnings proces. Overflod vil derefter blive anslået fra de udtynding data med zippin metode15. Ved udtynding af prøveudtagning er individuelle fisk inden for en lukket undersøgelse (dvs. enkeltpersoner kan hverken komme ind i eller forlade den vedlagte rækkevidde) fjernet fra Reach gennem tre på hinanden følgende prøver. Antallet af tilbageværende fisk vil således gradvis blive opbrugt. Fra denne udtynding tendens, samlede overflod inden for undersøgelsens rækkevidde kan anslås derefter omdannes til D (i fisk pr m2), ved hjælp af den kendte overfladeareal af undersøgelsen Reach. Bentiske makroinvertebrater vil blive indsamlet med standard samplere med fast areal og derefter identificeret og målt i laboratoriet.
Dernæst vil de kombinerede fiske-og makroinvertebratdata blive partitioneret mellem størrelses siloer. Traditionelt, den oktav eller log2 skala (dvs., fordoblings intervaller) er blevet brugt til at indstille størrelse placering grænser16. Når der er fastlagt en liste over størrelses placeringer, er opdeling af individuelle bentiske makroinvertebrater blandt deres respektive størrelses beholdere ligetil, fordi hvirvelløse dyr er direkte optalt som antal individer pr. arealenhed. Det er imidlertid mere abstrakt at anslå fiskemængder i størrelses beholdere, fordi disse estimater udledes af de udtynding data. Der gives derfor detaljerede anvisninger til at anslå fiske tætheden i størrelses beholdere, uanset taksonomisk identitet, fra udtynding af prøve data.
Endelig vil lineær regression blive brugt til at modellere størrelses spektret. Denne protokol er fuldt kompatibel med den oprindelige, generelle metode Kerr og Dickie16 og identisk med de metoder, der anvendes af McGarvey og Kirk, 201817 i en undersøgelse af fisk og hvirvelløse størrelse Spectra i West Virginia vandløb. Ved at bruge denne protokol, kan efterforskere forsikre, at deres resultater er direkte sammenlignelige med andre undersøgelser, der bygger på Kerr og Dickie16, og dermed accelerere en bred og robust forståelse af kropsstørrelse skalering relationer i ferskvand økosystemer og de mekanismer, der kører dem.
Denne ataxic size Spectra protokol kan bruges til at kvantificere og modellere størrelse struktur inden for samfund af Stream fisk og hvirvelløse dyr. Spektrer i tidligere størrelser i vandløb har varierede fra grundlæggende beskrivende forskning39,40 til sammenligninger langs en langsgående flod profil41 og blandt særskilte biogeografiske regioner42. Sæson sammenligninger er blevet udført…
The authors have nothing to disclose.
Finansieringen af dette arbejde blev ydet af National Science Foundation (Grant DEB-1553111) og Eppley Foundation for videnskabelig forskning. Dette manuskript er VCU Rice Rivers Center bidrag #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. |