Optische Schleppnetzuntersuchungen bieten eine nicht-invasive Methode zur Beprobung von Grundfischpopulationen und liefern feinere Daten als herkömmliche Schleppnetzuntersuchungen. Dieser Artikel bietet ein allgemeines Verfahren für eine optische Schleppnetzuntersuchung von Grundfischen in Neuengland.
Methodenartikel
Optische Trawl-Untersuchungen von Grundfischen: Eine Video-Trawl-Untersuchung des westlichen Atlantischen Kabeljau im Golf von Maine (Gadus morhua)
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Optische Schleppnetzuntersuchungen bieten eine nicht-invasive Methode zur Quantifizierung von Grundfischpopulationen und können genutzt werden, um traditionelle Bodenfischuntersuchungsdaten zu ergänzen oder zu verbessern. Dieses Protokoll beschreibt die Video-Schleppnetzuntersuchung der School for Marine Science and Technology (SMAST), ein optisches Schleppnetzsystem, das in Zusammenarbeit mit kommerziellen Fischern entwickelt wurde, um die Menge und Verbreitung des Grundfischs im westlichen Golf von Maine zu bewerten. Kameras und Lichter waren im Coden eines modifizierten kommerziellen Schleppnetzes montiert, um Fische beim Durchqueren des offenen Netzes zu dokumentieren. Netto-Messungssensoren, Umweltsensoren und GPS wurden integriert, um die geschwungene Fläche zu berechnen und Dichte- sowie Biomasseschätzungen abzuleiten. Die Beispielerhebung folgte einem stratifizierten Zufallsdesign und führte während einer zehntägigen Kreuzfahrt im Frühjahr 2024 47 Schleppfahrten durch. Videodaten wurden annotiert, um Zielarten aufzuzählen, und mit periodischen geschlossenen Coden-Schleppmaßnahmen validiert, und repräsentative Ergebnisse für Atlantikkabeljau wurden präsentiert. Dieses Protokoll demonstriert einen replizierbaren und minimalinvasiven Ansatz zur Durchführung optischer Schleppnetzuntersuchungen von Grundfischen, der hochauflösende räumliche und Häufigkeitsdaten liefert und gleichzeitig die Fangsterblichkeit reduziert. Die Methode kann an andere bodenbedeckte Arten und Lebensräume angepasst werden, um fischereiunabhängige Überwachung, Bestandsbewertung und ökologische Forschung zu unterstützen.
Einleitung
Atlantischer Kabeljau (G. morhua) ist seit langem die Grundlage der Grundfischfischereiin Neuengland, aber der Bestand im westlichen Golf von Maine wird derzeit als überfischt eingestuft, mit Landungen von <2 % des historischen Höchststands von 19822. Niedrige zulässige Gesamtfange, die zur Förderung der Erholung eingesetzt werden, schränken die Fang häufigerer Arten innerhalb des multiarten Grundfischkomplexes ein und schaffen wirtschaftliche und verwaltungstechnische Herausforderungen. Kabeljau fungiert nun als Würgeart und begrenzt die Fischerei, sobald die einzelnen Schiffsquotenerreicht sind. Von 2010 bis 2015 wurden im Durchschnitt nur 32 % des jährlichen Fanglimits für mehrartige Grundfische im Nordosten gefangen, im Durchschnitt 4,5 %. Seit 2010 wurden etwa eine Million Tonnen Grundfischquote im Wert von über 6 Milliarden Dollar nicht geerntet, teilweise aufgrund von Beschränkungen für Kabeljau. Diskrepanzen zwischen hohen kommerziellen Fangraten und niedrigen Bestandsanteilen der Erhebungen haben eine Debatte über den tatsächlichen Populationsstatus 3,6,7,8,9,10 ausgelöst, der möglicherweise auf Untersuchungsbeschränkungen11, Abweichungen von der angenommenen Selektivität12,13 oder auf die Populationsaggregation innerhalb von Fischereigebietenzurückzuführen ist.. Die Video-Schleppnetzuntersuchung der School for Marine Science and Technology (SMAST) wurde entwickelt, um bestehende Bestandsinformationen zu ergänzen und einige dieser Probleme zu lindern.
Ziel der SMAST-Video-Schleppnetzuntersuchung ist es, Fischereiressourcenmanagern, Meereswissenschaftlern und der Fischereiindustrie eine unabhängige, nicht-invasive Bewertung der Grundfischressourcen zu bieten, insbesondere des Atlantischen Kabeljau16,17 im westlichen Golf von Maine. In Zusammenarbeit mit kommerziellen Fischern entwickelt, integriert die Untersuchung Kameras und Lichter in einen modifizierten kommerziellen Schleppnetz, um Fische beim Durchqueren des offenen Codens13,16 zu dokumentieren. Das System kombiniert hochauflösendes Video mit Netto-Mess-, Umwelt- und Positionsdaten, um die abgenutzte Fläche zu berechnen und artspezifische Dichte sowie Biomasse zu schätzen. Das offene Coden-Design der Untersuchung ermöglicht es den Fischen, frei durch das Gerät zu gehen, was die Sterblichkeitum 18,19 senkt und verlängerte Schleppdauern ermöglicht, die die räumliche Abdeckung und die Genauigkeit der Schätzungenverbessert. Neben ihrer Anwendung auf Kabeljau bietet die SMAST-Video-Schleppnetz-Erhebung einen allgemeinen Rahmen für die optische Schleppnetzprobennahme verschiedener Arten. Durch die Minimierung der Sterblichkeit und die Erfassung fein-skalierter Verteilungsdaten könnte dieser Ansatz traditionelle trawlbasierte Überwachungsprogramme ergänzen und verbessern. Die Methode kann an verschiedene Lebensräume und Zielarten angepasst werden und liefert hochauflösende Videodaten, die sowohl für quantitative Bestandsbewertung als auch für ökologische Forschung geeignet sind. Die Umsetzung dieser Methode hängt von den Umweltbedingungen und den Ausrüstungskonfigurationen ab. In Umgebungen mit hoher Trübung sind Netzmodifikationen erforderlich, um eine ausreichende Sichtbarkeitzu gewährleisten, und geschlossene Schleppbewegungen sollten durchgeführt werden, um die Zählungen für jede interessante Art zu validieren. Hier wird ein verallgemeinertes Verfahren für eine optische Schleppnetzuntersuchung von Grundfischen anhand der SMAST-Video-Schleppnetzuntersuchung des Atlantischen Kabeljau im westlichen Golf von Maine beschrieben, um das Verfahren zu veranschaulichen und repräsentative Ergebnisse zu liefern.
Protokoll
HINWEIS: Alle biologischen Probenahmen wurden im Rahmen der Richtlinien und Protokolle der University of Massachusetts Dartmouth durchgeführt.
1. Vermessungsdesign
- Identifizieren Sie ein Offshore-Vermessungsschiff mit hydraulischen Winden für das Schleppnetz.
HINWEIS: Offshore-kommerzielle Schleppnetzfahrzeuge sollten groß genug für die notwendige Besatzung und die Dauer der Vermessungsarbeiten sein. - Identifizieren Sie ein Schleppnetz, das für die Zielart und den Lebensraum geeignet ist.
HINWEIS: Für das felsige Substrat im westlichen Golf von Maine war ein 27 m großer Rock Hopper Sweep angemessen. Für weichere Substrate kann ein Kettenfegen effizienter sein. Es ist wichtig, bei der Festlegung der Netzauslegung lokale Berufsfischer zu konsultieren - Modifizieren Sie das Netz, um optische Geräte zu integrieren und Sedimentstörungen zu vermeiden.
- Enthalten Sie mindestens zwei Leuchtdiodenleuchten (LED), eine Kamera, die Live-Übertragung über Koaxialkabel ermöglicht, sowie eine hochauflösende und bildratige Actionkamera oder stereoskopische Kamera.
HINWEIS: Wenn die Kabelkonfiguration hochauflösende Live-Videoübertragungen erlaubt, wird möglicherweise nur eine Kamera benötigt. - Positionieren Sie Kameras und Lichter im Netz mit Blick auf den Coden, wobei ein starrer Polyethylenzylinder, der in das Schleppnetz eingenäht ist, als Basis für die Montage und zur Erhöhung der Steifigkeit des Netzes verwendet.
- Installieren Sie eine Abzweigdose im Zylinder, um Strom und Videoübertragung zwischen Licht und Kamera zu übertragen, sowie ein individuelles Koaxialkabel.
HINWEIS: Das Koaxialkabel sollte eine Echtzeit-Videoaufnahme im Steuerhaus des Schiffes ermöglichen. - Modifizieren Sie das Netz, um die Coden-Verlängerung vom Boden fernzuhalten und die Sedimentaufhängung im Sichtfeld der Kameras zu reduzieren.
HINWEIS: Typische Modifikationen umfassen das Hinzufügen von Schwimmwirkung am Zylinder, das Verlängern der Coden-Verlängerung, um die Kameras weiter von der Sedimentfahne zu entfernen, und das Anbringen von Planen am Netzbauch zur Unterdrückung des Sediments21,22. - Fügen Sie ein kleines Netz hinzu, um Hemmung bei geschlossenen Cod-Schleppvorgängen zu verhindern.
HINWEIS: Die SMAST-Video-Schleppnetzuntersuchung verwendet einen 50,8-mm-Seiler.
- Enthalten Sie mindestens zwei Leuchtdiodenleuchten (LED), eine Kamera, die Live-Übertragung über Koaxialkabel ermöglicht, sowie eine hochauflösende und bildratige Actionkamera oder stereoskopische Kamera.
- Entwerfen Sie eine statistisch rigorose Erhebung, die eine ausreichende Stichprobengröße bietet und auf die Verbreitung der Zielarten und die Variabilität des Substrats zugeschnitten ist.
HINWEIS: Die SMAST-Videotrawl-Untersuchung verwendet ein stratifiziertes Zufallsdesign basierend auf Schichten bestehender Untersuchungen, wobei Kabeljau-Aggregationsgebiete auf eigene Schichten beschränkt sind.- Identifizieren Sie die Gesamtzahl der vermessenen Stationen.
- Stationen werden gemäß der gewählten Vermessungsmethodik zugewiesen.
HINWEIS: Die SMAST-Videotrawl-Erhebung weist die Stationen nach Schicht nach Prozentsatz der Oberfläche zu, und die Startorte werden zufällig ausgewählt. - Stellen Sie mehrere Backup-Stationen für den Fall von Störungen durch komplexes Substrat oder feste Angelausrüstung bereit.
2. Datenerhebung
- Führen Sie vor der Untersuchung eine stereoskopische Kamerakalibrierung unter Wasser durch, falls zutreffend, um genaue Messungen der Fische sicherzustellen.
HINWEIS: Die stereoskopische Kalibrierung und Validierung der SMAST-Video-Schleppnetzuntersuchung laufen fort, und die hier präsentierten Ergebnisse verwenden Längen von geschlossenen Schleppfahrzeugen.- Nehmen Sie Videos oder Bilder eines karierten Rasters in unterschiedlichen Entfernungen und Winkeln von der Kamera auf.
- Isolieren und messen Sie Bilder dieses Gitters in stereoskopischer Kamerakalibrierungssoftware.
- Führe stereoskopische Kalibrierungssoftware aus.
- Laden Sie Ausrüstung auf das Vermessungsschiff.
- Stellen Sie Ausrüstung auf dem Deck des Schiffes und im Schleppnetz auf.
- Stellen Sie das Vermessungsnetz und eine druckempfindliche Winde an, ausgestattet mit Koaxialkabel und angebrachtem Schlupfring, auf dem Deck des Schiffes.
- Befestigen Sie die Vermessungsschleppnetztüren an den Windenseilen des Schiffes.
- Verwenden Sie eine provisorische Schweißnaht, um die druckempfindliche Winde am Deck zu befestigen.
- Drahte druckempfindliches Winden-Stromkabel in den Sicherungskasten des Gefäßes.
- Befestigen Sie einen Kabelblock am A-Rahmen des Schiffes (oder einer ähnlichen Struktur), damit das Koaxialkabel bis zum Heck des Bootes neben der Netztrommel verlaufen kann.
HINWEIS: Bei der Anordnung des Blocks sollten Sie sicherstellen, dass das Koaxialkabel im Wasser von der Winde zum Netzcoden verlaufen kann, ohne an den Windendrähten des Schiffes zu scheuern. - Befestigen Sie die Abzweigdose am starren Polyethylenzylinder (Abbildung 1).
- Befestigen Sie die Kameras und Lichter am Zylinder (Abbildung 1).
- Verbinden Sie die Kameras und Lampen mit Kamera- und Lichtkabeln mit wasserdichten Steckern an die Abzweigdose.
- Führen Sie das Koaxialkabel durch einen Kabelblock, der am A-Rahmen des Schiffs hängt, und befestigen Sie ihn an die Abzweigdose im Zylinder.
- Weben Sie das Kabel an der oberen Mittellinie durch das Netz, um ein Verdrehen des Codens zu verhindern.
- Binden Sie ein kurzes Stück des Kabels direkt an den Zylinder oberhalb der Verbindung zur Abzweigdose zur Zugentlastung.
- Befestigen Sie das Netzmesssensor-Array am Netz und an den Schleppnetztüren.
- Installieren Sie zwei Türsensoren und zwei Flügelsensoren am Schleppnetz, um Echtzeitinformationen über Tür- und Flügelausbreitung zu liefern.
- Montieren Sie den Kopfseilsensor und den Bodenkontaktsensor am Schleppnetz, um Echtzeitinformationen über den Bodenkontakt und die Höhe des Kopfseils zu erhalten.
HINWEIS: Für viele Arten ist der Bodenkontakt für einen effizienten Fang unerlässlich und muss überwacht werden. Für andere vertikal verteilte Arten kann die Kopfseilhöhe für die Effizienzbestimmung wichtig sein. - Befestigen Sie einen Tiefen- und Temperatursensor am Netz.
HINWEIS: Diese Daten können vom Netto-Messsensor oder einem separaten Sensor erfasst werden.
Abbildung 1: Diagramm mit Position und Aufbau des Schleppnetzcodens und des Steuerhauses, mit einem Screenshot der Videobearbeitungssoftware. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
- Ausrüstung im Steuerhaus des Schiffes aufstellen (Abbildung 1).
- Sichern Sie den Computer und die Monitore, um Videos anzusehen und Software an einer geeigneten Workstation im Cockpit auszuführen.
- Verbinden Sie GPS-Geräte mit dem Computer.
- Verbinden Sie den Netzmessempfänger mit dem Computer.
- Verbinde Kameras und Lichter mit Strom im Steuerhaus des Schiffes.
- Befestigen Sie das "Deckende" des Koaxialkabels am Schleifring der druckempfindlichen Winde.
- Schließen Sie das "Radhaus-Ende" des Koaxialkabels am Computer an, mit Lichtstrom und Kamerastrom.
- Öffnen Sie die notwendige Software zur Datenerfassung, damit die gesamte Ausrüstung vor dem Abflug ordnungsgemäß funktioniert.
- Schalten Sie den Strom der Kameras ein und öffnen Sie die Videoaufnahmesoftware, um sicherzustellen, dass die Kamera funktioniert.
HINWEIS: Wenn die Kamera nicht angezeigt wird, beheben Sie systematisch die Fehlersuche. - Öffnen Sie die Sensorsoftware zur Erfassung von Temperatur-, Tiefen- und Nettomessungsdaten.
- Öffne die Software für Aufnahmeort, Geschwindigkeit und Kurs.
- Öffnen Sie eine Kartierungssoftware, um die Schiffsposition in Bezug auf zufällig bestimmte Stationen anzuzeigen. Verbinden Sie das zweite GPS-Gerät mit der Software, indem Sie den Anschluss auswählen, an den es angeschlossen ist.
- Schalten Sie den Strom der Kameras ein und öffnen Sie die Videoaufnahmesoftware, um sicherzustellen, dass die Kamera funktioniert.
- Erfassen Sie Video und Daten für jeden Abschleppwagen.
- Start-Kartierungssoftware, um mit der Anzeige des Schiffsstandorts zu beginnen.
- In der Videoaufzeichnungssoftware sollten Zeit- und Datumsstempel angezeigt und korrekt angezeigt werden.
- Gib die Abschleppnummer ein, die auf das Video gelegt werden soll.
- Starten Sie die Netto-Messsensor-Software und beginnen Sie mit der Aufnahme.
- Setzen Sie das Netz und die Türen langsam mit den hydraulischen Winden des Schiffes heraus.
HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die hydraulischen Winden des Schiffes mit einer Geschwindigkeit fahren, die die druckempfindliche Winde mit Koaxialkabel halten kann. Passen Sie den Druck der Winde bei Bedarf an die Seebedingungen an. - Beginnen Sie mit der Aufnahme von Videos und schalten Sie den Strom für die Lichter ein, sobald der Zylinder ins Wasser gelangt.
HINWEIS: Unterwasserlampen können überhitzen, wenn sie über Wasser angelassen werden. - Beginnen Sie mit der Aufzeichnung von Standort- und Geschwindigkeitsdaten, sobald die hydraulischen Winden des Schiffes, die das Netz steuern, in Position verriegelt sind und den Beginn des Schlepps anzeigen.
- Ziehen Sie weiterhin für die vorgesehene Zeit an jedem vorher festgelegten Abschlepport.
- Ziehe das Netz und die Türen langsam mit den hydraulischen Winden des Schiffes zurück.
- Stoppen Sie die Erfassung von Standort- und Geschwindigkeitsdaten, sobald die hydraulischen Winden des Schiffes zum Zurückholen aktiviert sind, was das Ende des Schlepps anzeigt.
- Schalten Sie den Strom der Lichter aus, sobald sie die Oberfläche erreichen.
- Wiederholen Sie alle Schritte in Abschnitt 2.5 für alle Stationen.
- Führen geschlossene Schleppfahrten durch, um Zählungen anhand von Video zu überprüfen, stereoskopische Messungen zu überprüfen und biologische Daten über den Fang zu sammeln.
- Schließen Sie den Codend des Netzes mit dem Codend-Clip.
- Befolgen Sie alle Schritte in Abschnitt 2.5, um Video- und Sensordaten für den Abschleppdienst zu sammeln.
- Leeres Netz auf dem Schiffsdeck.
- Sortiere den Fang nach Arten in Körbe.
- Messe, wiege und geschlechte (wenn möglich) die ersten 100 Individuen jeder Art.
- Sammeln Sie Korbgewichte und Zählungen für den Rest des Fangs.
- Entlasten Sie alle Daten vom Steuerhaus-Computer auf externe Festplatten.
- Sehen Sie sich das Video an, um Zielarten zu identifizieren und aufzuzählen (Abbildung 1).
- Lade alle Videos in die Annotationssoftware hoch.
- Lassen Sie geschulte Techniker das Video ansehen und alle Zielarten sowie unbekannte Fische annotieren.
- Führen Sie die Qualitätskontrolle der Schritte durch, indem Sie eine Teilmenge der Videos erneut mit einem zweiten unabhängigen Techniker ansehen.
- Wählen Sie zufällig die Videos aus, die von einem zweiten, geschulten Techniker überprüft werden.
- Annotieren Sie alle Zielarten, die vom vorherigen Techniker übersehen wurden.
- Löschen Sie alle Zielart-Anmerkungen für doppelt gezählte Individuen.
- Verifizieren Sie die Artenbestimmung, indem Sie jedes annotierte Bild von einem Experten überprüfen lassen, um sicherzustellen, dass die korrekten Identifikationen vorgenommen wurden.
- Exportiere Daten aus einer Annotationssoftware.
- Beziehen Sie Datum, Zugnummer, Zeitstempel der annotierten Individuen, Arten kommentierter Individuen und eine eindeutige Identifikationsnummer für jede annotierte Person in den exportierten Daten an.
3. Datenprodukte
- Berechnen Sie die gefegte Fläche (km2) für jeden Schlepp entweder mit Türausbreitung oder Flügelausbreitung, abhängig von den bestehenden Protokollen für jede Art.
- Durchschnittliche Türspreizung (km) oder Flügelausbreitung (km) zwischen Start- und Endzeit jedes Vermessungsschlepps.
- Durchschnittliche Schiffsgeschwindigkeit (km h-1) zwischen Start- und Endzeit jedes Vermessungsschlepps.
- Multiplizieren Sie die mittlere Streuung mit der mittleren Schiffsgeschwindigkeit (km h-1) und der Schleppdauer (h).
- Rechnen Sie die Zählungen jeder Art in jedem offenen Codenzug in Gewicht (kg) um.
- Leiten Sie Längen-Frequenz-Verteilungen in Zentimetern für jede Art ab, anhand von Messungen aus stereoskopischen Kameras oder geschlossenen Coden-Schleppen.
- Weisen Sie Größenklasse-(cm)-Proportionen zu, indem Sie den Anteil der gemessenen Individuen in jedem Längenbehälter für jede Art berechnen.
- Schätzen Sie die Anzahl der Fische in jedem Größenbehälter für alle offenen Coden-Schleppungen, indem Sie die Gesamtzahl mit dem Anteil in jedem Größenbehälter (cm) multiplizieren
- Schätze das mittlere Gewicht (kg) pro Größenbehälter anhand artspezifischer Längen-Gewichts-Beziehungen, die aus geschlossenen Codenproben oder veröffentlichter Literatur abgeleitet sind.
- Rechnen Sie die Zählungen aus jedem offenen Schachtel in Fanggewicht (kg) um, indem Sie die Anzahl der Fische in jedem Größenbehälter mit dem mittleren Gewicht (kg) jedes Behälters multiplizieren und die Ergebnisse summieren.
HINWEIS: Die Unsicherheit im Zusammenhang mit der Länge-Gewichts-Beziehung war im Verhältnis zur Varianz zwischen den Zwergproben vernachlässigbar und beeinflusste die Biomasseschätzungen nicht wesentlich.
- Schätzen Sie die geschichtete mittlere Dichte für jede Art, sowohl in Häufigkeit (Fische m-1) als auch in Gewicht (kg m-1) im gesamten Untersuchungsbereich.
- Teilen Sie den Fang in Anzahl und Gewicht (kg) durch die zuvor berechnete gefegte Fläche (km2), um eine Dichteschätzung für jeden Schlepp zu erhalten.
- Berechnen Sie die geschichtete mittlere Dichte (Xst) in Anzahl und Gewicht (kg) für jede Art (Gleichung 123).
wobei nj = die Anzahl der Züge in Schicht j und xij = die Dichte in Zug i. Die Gewichtung ist proportional zur Fläche (km2) der Schicht j (vj) innerhalb des Vermessungsbereichs (km2)23. - Berechnen Sie die Varianz der geschichteten zufälligen Dichte (
) als gewichtetem Durchschnitt über die Schichten hinweg (Gleichung 2),
wobei nj = die Anzahl der Züge in einer Schicht j und
= die Varianz der Dichten in Schicht j23.
- Multiplizieren Sie die geschichtete mittlere Dichte in Anzahl und Gewicht (kg) mit der gesamten Erhebungsfläche, um Häufigkeit und Biomasse zu berechnen.
- Berechnen Sie die Varianz in Häufigkeit und Biomasse (kg2), indem Sie die Varianz der geschichteten mittleren Dichte mit der quadrierten Erhebungsfläche multiplizieren.
- Teilen Sie die Biomasseschätzung (kg) durch 1000, um die Biomasse in metrischen Tonnen anzugeben.
- Teilen Sie die Schätzung der Biomassevarianz (kg2) durch 10002 , um in metrischen Tonnen angegeben zu werden.
Ergebnisse
Die Frühjahrsvermessung des westlichen Golfs von Maine 2024 fand vom 9. bis 18.Mai auf der F/V Justice aus New Bedford, MA, statt. Das Vermessungsteam bestand aus einem Kapitän, drei Besatzungsmitgliedern und drei Wissenschaftlern. Während der 10 Tage wurden 47 Vermessungsschleppfahrzeuge (vier geschlossene und 43 offene Züge) tagsüber abgeschlossen (Abbildung 2). Die Vermessungsschleppungen wurden mit dem zuvor beschriebenen geschichteten Zufallsvermessungsdesign durchgeführt. Die Schleppzeiten (n = 47) lagen zwischen 0,04 und 3,15 Stunden (Mittelwert = 1,223 Stunden; SD = 0,7477 h) in der Dauer (Tabelle 1). Die durchschnittliche Schiffsgeschwindigkeit lag zwischen 4,6 und 6,6 km/h (Mittelgeschwindigkeit = 6,07 km/h; SD = 0,332 km/h) (Tabelle 1). Die mittlere Türbreite variierte von 34 bis 56 m (Mittelwert = 47,1 m; SD = 3,90 m) (Tabelle 1). Der Doorspread wurde verwendet, um die gefegte Fläche zu berechnen, da das angenommene Herdenverhalten von Kabeljau 24,25 beruhte.
Abbildung 2: Die offenen (blauen) und geschlossenen (roten) Schleppgleise aus der SMAST-Video-Schleppnetzuntersuchung im Frühjahr 2024, wobei der Kabeljaufang (ungebunden) durch die gelben Blasen angezeigt wird. Ein rotes X zeigt keinen Haken an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
| Anhängnummer | Schlepptyp | Mittlere Tiefe (m) | Durchschnittstemperatur (Celsius) | Mittlerer Doorspread (km) | Schiffsgeschwindigkeit (km/h) | Gebiet geräumt (km2) | Catch (Unabhängig) | Fang (kg) | Dichte (Ind/km 2) | Dichte (kg/km2) |
| 1 | Offen | 32.0 | 5.65 | 0.0469 | 6.3 | 0.44 | 1 | 2.01 | 2.3 | 4.70 |
| 2 | Offen | 30.4 | 5.97 | 0.0490 | 6.1 | 0.42 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 3 | Offen | 43.3 | 5.57 | 0.0475 | 5.9 | 0.40 | 1 | 2.01 | 2.5 | 5.00 |
| 4 | Offen | 33.9 | 5.47 | 0.0344 | 6.1 | 0.29 | 3 | 6.04 | 10.4 | 16.61 |
| 5 | Offen | 52.3 | 5.07 | 0.0469 | 6.1 | 0.69 | 14 | 28.18 | 20.3 | 46.86 |
| 6 | Offen | 66.9 | 5.00 | 0.0482 | 6.0 | 0.29 | 6 | 12.08 | 20.8 | 49.90 |
| 7 | Offen | 35.7 | 5.52 | 0.0411 | 6.1 | 0.38 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 8 | Offen | 77.2 | 5.67 | 0.0480 | 5.9 | 0.40 | 1 | 2.01 | 2.5 | 4.90 |
| 9 | Offen | 42.9 | 6.18 | 0.0431 | 6.2 | 0.12 | 2 | 4.03 | 16.0 | 31.51 |
| 10 | Offen | 54.7 | 5.60 | 0.0428 | 5.8 | 0.06 | 1 | 2.01 | 16.8 | 28.66 |
| 11 | Offen | 25.0 | 7.14 | 0.0410 | 5.9 | 0.05 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 12 | Offen | 22.5 | 7.31 | 0.0447 | 5.9 | 0.18 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 13 | Offen | 99.3 | 6.33 | 0.0479 | 6.0 | 0.91 | 1 | 2.01 | 1.1 | 2.00 |
| 14 | Offen | 43.1 | 5.92 | 0.0448 | 6.1 | 0.70 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 15 | Offen | 57.1 | 5.45 | 0.0476 | 6.1 | 0.45 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 16 | Offen | 123.1 | 6.65 | 0.0540 | 6.1 | 0.46 | 9 | 18.11 | 19.7 | 50.47 |
| 17 | Offen | 107.7 | 6.64 | 0.0470 | 6.4 | 0.31 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 18 | Geschlossen | 116.5 | 6.46 | 0.0513 | 6.2 | 0.15 | 2 | 4.03 | 13.2 | 28.62 |
| 19 | Geschlossen | 80.7 | 5.44 | 0.0499 | 5.7 | 0.14 | 1 | 2.01 | 7.0 | 13.26 |
| 20 | Offen | 72.1 | 5.20 | 0.0429 | 5.3 | 0.05 | 9 | 18.11 | 192.9 | 274.60 |
| 21 | Offen | 67.0 | 5.22 | 0.0458 | 5.7 | 0.14 | 31 | 62.40 | 216.5 | 360.85 |
| 22 | Offen | 59.5 | 5.25 | 0.0486 | 4.6 | 0.01 | 8 | 16.10 | 870.7 | 1514.50 |
| 23 | Offen | 88.9 | 5.16 | 0.0524 | 6.1 | 0.20 | 1 | 2.01 | 5.1 | 12.46 |
| 24 | Offen | 87.2 | 5.16 | 0.0494 | 6.4 | 0.56 | 13 | 26.17 | 23.3 | 47.00 |
| 25 | Offen | 35.4 | 5.51 | 0.0442 | 5.9 | 0.54 | 3 | 6.04 | 5.6 | 9.84 |
| 26 | Offen | 31.7 | 5.79 | 0.0442 | 6.0 | 0.23 | 1 | 2.01 | 4.3 | 5.63 |
| 27 | Offen | 84.0 | 5.27 | 0.0500 | 6.3 | 0.46 | 19 | 38.24 | 40.9 | 78.30 |
| 28 | Offen | 74.9 | 5.21 | 0.0486 | 6.1 | 0.12 | 6 | 12.08 | 51.3 | 95.63 |
| 29 | Geschlossen | 18.1 | 11.01 | 0.0445 | 9.1 | 0.21 | 1 | 2.01 | 4.7 | 13.67 |
| 30 | Offen | 109.0 | 5.35 | 0.0502 | 6.6 | 0.22 | 1 | 2.01 | 4.6 | 10.11 |
| 31 | Offen | 78.3 | 5.27 | 0.0512 | 6.3 | 0.67 | 359 | 722.59 | 536.0 | 1272.48 |
| 32 | Geschlossen | 74.0 | 5.39 | 0.0532 | 5.6 | 0.15 | 46 | 92.59 | 316.3 | 906.69 |
| 33 | Offen | 122.1 | 6.37 | 0.0469 | 5.8 | 0.41 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 34 | Offen | 138.6 | 6.93 | 0.0460 | 6.1 | 0.74 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 35 | Offen | 122.4 | 6.49 | 0.0486 | 6.3 | 0.30 | 1 | 2.01 | 3.3 | 7.24 |
| 36 | Offen | 115.6 | 6.45 | 0.0463 | 6.1 | 0.53 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 37 | Offen | 118.2 | 6.29 | 0.0463 | 5.9 | 0.12 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 38 | Offen | 141.4 | 6.79 | 0.0473 | 5.9 | 0.33 | 0 | 0.00 | 0.0 | 0.00 |
| 39 | Offen | 106.9 | 6.14 | 0.0489 | 6.4 | 0.43 | 35 | 70.45 | 81.8 | 177.05 |
| 41 | Offen | 91.7 | 5.12 | 0.0465 | 6.4 | 0.50 | 5 | 10.06 | 10.0 | 21.47 |
| 42 | Offen | 106.1 | 5.17 | 0.0461 | 6.0 | 0.75 | 7 | 14.09 | 9.3 | 20.98 |
| 44 | Offen | 60.6 | 5.12 | 0.0438 | 6.3 | 0.28 | 11 | 22.14 | 39.0 | 82.14 |
| 45 | Geschlossen | 25.2 | 7.67 | 0.0406 | 6.5 | 0.25 | 10 | 20.13 | 40.7 | 75.96 |
| 46 | Offen | 67.2 | 5.97 | 0.0495 | 6.2 | 0.55 | 15 | 30.19 | 17.4 | 34.99 |
| 47 | Offen | 75.9 | 5.13 | 0.0559 | 6.2 | 0.09 | 2 | 4.03 | 21.3 | 42.81 |
| 48 | Offen | 80.4 | 5.09 | 0.0453 | 6.5 | 0.46 | 1 | 2.01 | 2.2 | 4.40 |
| 49 | Offen | 57.3 | 5.03 | 0.0518 | 6.2 | 0.47 | 5 | 10.06 | 10.6 | 21.30 |
Tabelle 1: Eine Zusammenfassung der 47 nutzbaren Schleppfahrzeuge, die bei der SMAST-Video-Schleppnetz-Untersuchung im Frühjahr 2024 abgeschlossen wurden. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Die Zählungen des Atlantischen Kabeljau pro Schlepp variierten laut dem Video von null bis 359 Individuen (Mittelwert = 13,5; SD = 52,40) (Tabelle 1; Abbildung 2). Die vier geschlossenen Cod-Schleppfahrzeuge, die zur Sammlung biologischer Daten verwendet wurden, fingen 54 Kabeljaue, die zwischen 41 und 81 cm lang waren (Mittelwert = 58,9 cm: SD = 9,74 cm) (Abbildung 3) und von 0,7 bis 7,0 kg Gewicht (Mittelwert = 2,43 kg; SD = 1,300 kg) (Abbildung 4). Umgerechnet auf das Gewicht, lag der Kabeljaufang zwischen 0,0 und 722,6 kg (Mittelwert = 27,06 kg; SD = 104,465 kg) (Tabelle 1). Die geschichtete mittlere Kabeljaudichte pro km² betrug 57,9 Individuen (+4,9 Individuen) und 118,2 kg (+9,7 kg). Multipliziert mit dem 7.920 km² großen Erhebungsgebiet betrug die flächenabdeckte Häufigkeit und Biomasse des Kabeljaues 458.889 Individuen (+38.458 Individuen) bzw. 936 t (+77 t).
Abbildung 3: Längenfrequenzverteilung des Atlantischen Kabeljau (n = 54) aus den geschlossenen Cod-Schleppen während der Frühjahrsuntersuchung 2024. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 4: Die Länge-Gewichts-Beziehung des Atlantischen Kabeljau (n = 54), der während der Untersuchung im Frühjahr 2024 erfasst wurde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
Diskussion
Die Datenprodukte, die durch optische Schleppnetzuntersuchungen erzeugt werden, ähneln denen traditioneller Grundschleppnetzuntersuchungen; Die fangbedingte Sterblichkeit wird jedochum 18,19 reduziert und die Fangdaten auf einer feineren räumlichenSkala 20 erhoben. Da optische Schleppnetznetze kontinuierliche Videodaten anstelle von diskreten punktbasierten Fängen sammeln, kann die Zeit während jedes Schlepps, in dem ein Fisch in den Codend eintritt, abgeleitet werden. Dieser einzigartige Ansatz ermöglicht die Untersuchung der Fischverteilung innerhalb einzelner Schleppe und ermöglicht die Bewertung von Faktoren wie Schleppdauer, Begegnungsraten und Schwankungen innerhalb des Schlepps20, ohne dass paarweise oder nebeneinander experimentelle Schleppoperationen erforderlich sind.
Die Überlegungen für das Untersuchungsdesign sind im Wesentlichen dieselben wie bei traditionellen Grundtrawl-Erhebungen und hängen vom Verhalten der Zielart und den Eigenschaften des Untersuchungsbereichs ab. Geschichtete zufällige Designs werden häufig in der Meeresfischerei verwendet, bei denen das Untersuchungsgebiet bei der Probenahme mehrerer Arten26 nach Breitengrad und Tiefe stratifiziert wird. Die Fischverteilung wird als gleichmäßig innerhalbder Schichten 23 angenommen. Diese Annahme wird häufig durch das Fischverhalten (z. B. Laich), die Jahreszeit, Umweltveränderungen, Fischereipraktiken und die Variabilität innerhalb der Schichthabitate 27,28,29,30 verletzt. Bei der Erhebung einer einzelnen Art können viele dieser Annahmen durch Anpassung des Untersuchungsdesigns an die Verbreitung und das Verhalten dieser Art bestätigt werden.
Das Vermessungsschiff und die Ausrüstung können ebenfalls je nach Zielart und Lebensraum modifiziert werden. Das Vermessungsschiff sollte anhand des Vermessungsgebiets ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass die Größe ausreichend ist, um Ausrüstung, Besatzung und Forscher während der gesamten Untersuchung unterzubringen. Die benötigte Menge an Koaxialkabel hängt von der Tiefe des Vermessungsbereichs ab und sollte größer als das Dreifache der maximalen Tiefe sein, um den Umfang des Schleppnetzes zu berücksichtigen. Die Netzauswahl sollte denselben Prinzipien wie traditionelle Schleppnetzvermessungen folgen, wobei dort verfügbare Ausrüstung mit bekannter Effizienz verwendet wird. Bei der Annahme einer 100%igen Effizienz für konservative Populationsschätzungen ist es vorteilhaft, mit kommerziellen Fischern zusammenzuarbeiten, um die effektivste Netzkonfiguration für die Zielart und den Lebensraum zu entwickeln. Bei Vermessungen in weicheren Substraten kann das Netz modifiziert werden, um Sedimentsuspension21,22 zu unterdrücken oder zu vermeiden. Planen, die im Bauch platziert werden, können die Sedimentwolke unterdrücken. Durch die Verlängerung der Codenverlängerung und die Bereitstellung von Flotation für die Kameras kann das Codend über die Sedimentwolke gehoben werden.
In rauen Betriebsumgebungen sind elektrische Geräteausfälle häufig, wobei die meisten Probleme zunächst durch Signalverlust oder verschlechterte Videoqualität erkannt werden. Diese Probleme werden oft durch Verdrehung oder übermäßige Belastung der Koaxialkabel verursacht und können minimiert werden, indem das Kabel entlang der Netzmittellinie geführt, die Dehnungsentlastung in der Nähe des Kameraübergangs ermöglicht und während des Auslösens und Einholens eine angemessene Spannung auf der druckkompensierten Winde aufrechterhalten wird. Wenn Probleme auftreten, sollte die Fehlersuche systematisch durchgeführt werden, indem die Stromversorgung und die Datenkontinuität an jedem Anschlusspunkt überprüft und Komponenten sequentiell isoliert werden, bis die Ursache des Ausfalls identifiziert ist.
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Unterwassertechnologie erheblich weiterentwickelt, wobei viele preiswerte, handelsübliche Optionen weit verbreitet sind. Allerdings sind Bildrate und Verschlussstil wichtige Überlegungen, besonders bei Verwendung von stereoskopischen Kameras. Unzureichende Bildraten und Rollverschlüsse können zu Bewegungsunschärfe führen, was die Artenerkennung und -messung schwierigoder unmöglich macht. Wenn möglich, sollten globale Verschlusskameras eingesetzt werden, um Verzerrungen und Unschärfen um schnell schwimmende Arten zu minimieren und so die optische Datenverarbeitung zu verbessern. Die manuelle Annotation von Video ist zeitaufwendig und stellt die Hauptbeschränkung dar, um zeitnahe Ergebnisse zu erzielen. Fortschritte im Bereich Computer Vision und maschineller Bildanalyse bieten erhebliches Potenzial, diese Belastung durch Automatisierung der Artenerkennung und -zählung zu verringern; Diese Ansätze erfordern jedoch große, gut annotierte Trainingsdatensätze und eine rigorose Validierung, bevor sie Human Review 31 ersetzen können.
Optische Schleppnetzuntersuchungsmethoden können nicht-invasive Häufigkeitsschätzungen liefern, die besonders für gefährdete Arten von besonderem Interesse sind. So fing beispielsweise während einer Untersuchung im westlichen Golf von Maine der SMAST-Videotrawl 47 Atlantische Störe (Acipenser oxyrinchus oxyrinchus) auf, die unversehrt durch das Netz zogen. Ein großer Vorteil optischer Daten ist, dass das Video eine dauerhafte Aufzeichnung des Fangs liefert, was zukünftige Analysen und Transparenz der Ergebnisse ermöglicht. Während der Untersuchungen zum Ziel von Kabeljau wurden auch mehrere Fälle von Seelamprei (Petromyzon marinus) an Wirten beobachtet, 20,32 Exemplare. Die in diesem Artikel beschriebenen Methoden lassen sich auf viele Arten verallgemeinern, die effektiv durch Schleppnetze gefangen wurden, und bieten eine minimalinvasive Methode zur Schätzung der Populationsgröße. Das Design, die Protokolle und die Ausrüstung können alle an die spezifischen Anforderungen der Umfrage angepasst werden.
Offenlegungen
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Wir möchten dem Sea Scallop Research Set Aside Program (Auszeichnung #NA24NMFX454G0013-T1-01), der Massachusetts Division of Marine Fisheries und dem Marine Fisheries Institute (Auszeichnung #UMASSDEMRKSTKSBYFY26) für die Finanzierung dieser Untersuchung danken, zusätzlich zu der unschätzbaren Anleitung ihres Personals. Die Videotrawl-Untersuchung wäre ohne die Hilfe von Danny Eilertsen, Ronnie Borjeson, Bob Kohl, Tim Barrett, Mike Matulaitis und Andrew Earle vom F/V Justice nicht möglich gewesen. Wir möchten auch allen SMAST-Dozenten und Studierenden danken, die bei diesem Projekt mitgewirkt haben, darunter Chris Rillahan, Travis Lowery, Craig Lego, Amanda Meli, Caitlyn Riley, Andie Painten und Patricia Perez.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 8" Iceplast 1085 center hole trawl floats | Iceplast | 1085 | Bietet Auftrieb für den Kopfreep des Schleppnetzes, um die Höhe des Kopfreeps vom Boden zu erhöhen; bietet Auftrieb für den Polyethylenzylinder, um ihn vom Boden fernzuhalten |
| ArcGIS Pro v3.5 | ESRI | N/A | Kartensoftware |
| Benthic 4 Camera Housing | Group B LLC | CH-B4 | Unterwassergehäuse für HD-Videokamera |
| Big Fin Measuring Board | Big Fin Scientific | DCS5 | Elektronische Messtafel für biologische Probenahmen bei geschlossenen Schleppen |
| Camera Cable | SubConn | IL4F-L4M Pigtail Custom | Übertragung von Strom und elektrischen Signalen von der Kamera zum Verteilerkasten |
| Camera Mounts | Electromechanica | Custom | Befestigt die Deepsea- und GoPro-Kameras im Polyethylenzylinder nebeneinander |
| Camera Power Supply | B&K Precision Corp. | 9130 | Umwandlung von Bootsstrom in die für Kameras geeignete Spannung |
| Coaxial Optical Cable | Seven Valley Specialty Cable | Custom | Übertragung von Strom und elektrischen Signalen vom Verteilerkasten zum Schiffsdeck/Kommandosstand |
| Deepsea Multi-SeaCam, Color Multi SeaCam, Titanium housing, Seacon BH4 connector, Pal Video format | DeepSea Power & Light | 740-048-101-0B-02 | Live-Videoübertragung Unterwasserkamera |
| Deepsea Multi-SeaCam, LED Multi SeaCam, Low Light Black and White, Titanium Housing, Seacon BH4 Connector, EIA Video Format | DeepSea Power & Light | 740-067-001-0B-03 | Live-Videoübertragung Unterwasserkamera mit eingebauten Lichtern |
| Desktop Computer | Various | Custom | Windows-basiertes Betriebssystem mit Glasfaserschnittstelle |
| Digitizer | University of Massachusetts, Dartmouth | N/A | Video-Datenerfassungsprogramm |
| Fiberglass sheave in metal housing | Diversified Marine | Custom | Befestigt neben dem Netztrommel, führt das Koaxialkabel über die Seite des Schiffes und ins Wasser |
| Fisheries Logbook Data Recording Software (FLDRS) | NOAA Fisheries | Version 4.1.7 | Software zur Dokumentation der Start- und Endzeiten und -orte des Schleppnetzes; zeichnet Geschwindigkeit, Kurs und Standort während des Schlepps in 30-Sekunden-Intervallen auf |
| GoPro Hero9 | GoPro | CHDHX-901-MX/CHDHX-901-XX/TH | HD-Videokamera |
| Hydraulic Winch | Diversified Marine | Custom | Spulensensitiver Winden für den Einsatz und die Bergung von Koaxialkabel |
| LED SeaLite 1000, Daylight White LEDs, Flood | DeepSea Power & Light | LSL-1000 | Unterwasser-LED-Leuchte |
| Light Cable | SubConn | MCIL3M-Ysplit-2xMCILF Custom | Übertragung von Strom und elektrischen Signalen von den Lichtern zum Verteilerkasten |
| Light Power Supply | B&K Precision Corp. | XLN30052 | Umwandlung von Bootsstrom in die für Lichter geeignete Spannung |
| Marel M1100 PL2262 Portable Marine Scale | Marel | M1100 PL2262 | Tragbare Waage für biologische Probenahmen bei geschlossenen Schleppen |
| Marel M1100e Marine Scale | Marel | M1100 PL4220 | Große Marinewaage für biologische Probenahmen bei geschlossenen Schleppen |
| Maruson True Double Conversion, DSP Technology, Rack and Tower Uninterruptible Power Supply | Maruson UPS Systems | ULT-1.5KRT | Stabilisiert die Bootsstromversorgung, damit es keine Unterbrechungen für die Kommandosstand-Einrichtung gibt; bietet Ersatzstromversorgung, wenn die Bootsstromversorgung unterbrochen wird |
| Open Broadcaster Software (OBS) | Version 32.0.1 | Software zur Anzeige des Live-Videofeeds im Kommandosstand und zur Aufzeichnung von Videos | |
| Optical Slip Ring | Focal | ESR 1802674 | Übertragung von Strom und elektrischen Signalen zum rotierenden Kabel auf der Winde |
| Polyethylene Cylinders | Graystone Industries | EP-PT6530 | Bietet eine starre Oberfläche innerhalb des Schleppnetzes zum Einbau von Kameras, Lichtern und Verteilerkasten |
| RBRduet3 T.D | RBR Global | SL3-M22_SEC23-ST21_SP21 | Bietet kontinuierliche Temperatur- und Tiefendaten |
| Samsung Galaxy Tab Active 2 Tablet | Samsung | Galaxy Tab Active 3 SM-T570 | Das Tablet verbindet sich mit der Merrel Scale und der Big Fin Measuring Board, um Messdaten automatisch zu erfassen |
| Simrad PX MultiSensor MK2 | Kongsberg | 420643, 420642, 419122 | Liefert Daten zur Auslegerbreite, Flügelbreite, Kopfreephöhe und Temperatur |
| Simrad SR15 Sensor Receiver | Kongsberg | 418973 | Empfängt Signale vom Hydrophon |
| Stereoscopic camera housings | Sexton Co. | Custom | Unterwassergehäuse für HD-stereoskopische Videokamera |
| Stereoscopic cameras | Lucid Vision Labs | TRI089S-MC | HD-Stereo-Videokameras |
| Tator | CVision AI, Inc | N/A | Video-Annotator-Programm |
| Trawl Hydrophone, Hull Mounted | Kongsberg | HYD-20524 | Aufnahme akustischer Signale von Simrad-Sensoren |
| Trawl net extension with 50.8 mm mesh liner | Reidar's Manufacturing, Inc. | Custom | Erweiterung des Schleppnetzes zur Sedimentablagerung für klareres Video |
| TV80 Processor | Kongsberg | PI5-201001-INC | Computer zur Anzeige und Sammlung von Daten aus den Simrad PX MultiSensoren |
| TV80 Software | Kongsberg | 321028 | Software zur Anzeige der von Simrad PX MultiSensoren gesammelten Daten |
| Two-bridle trawl net with 120 mm mesh, 3 mm twine, and a 27 m rock hopper sweep | Reidar's Manufacturing, Inc. | Custom | Schleppnetz zum Einsatz von Kameras und Lichtern |
| Underwater Junction Box | University of Massachusetts, Dartmouth | N/A | Verbindung von Strom und elektrischen Signalen von Kamera und Lichtern zum Hybridkabel |
| USB GNSS GPS Receiver | USGlobalSat | USB GNSS GPS Receiver | Global Positioning System-Gerät zur Verwendung in ArcGIS Pro und FLDRS |
| Wheelhouse Run | Electromechanica | Custom | Segment des koaxialen optischen Kabels, angepasst, um in den optischen Schleifring an einem Ende und das Licht und den Computer am anderen Ende zu stecken |
Referenzen
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