Name: Modellierung des Größenspektrums für Makrowirbellose und Fische in Stream-Ökosystemen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 41 s
Description: Erfahren Sie die statistische Modellierung von Größenspektren für Makrowirbellose und Fische in Fließgewässern. Diese Methode nutzt Feld- und Labortechniken zur Analyse von Populationsdynamiken.

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Die Finanzierung dieser Arbeit wurde von der National Science Foundation (Stipendium DEB-1553111) und der Eppley Foundation for Scientific Research bereitgestellt. Dieses Manuskript ist VCU Rice Rivers Center Beitrag #89.

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Dieses ataxic große Spektrenprotokoll kann verwendet werden, um die Größenstruktur innerhalb von Gemeinschaften von Bachfischen und Wirbellosen zu quantifizieren und zu modellieren. Frühere Größenspektrenstudien in Strömungsökosystemen reichten von der grundlegenden beschreibenden Forschung39,40 bis hin zu Vergleichen entlang eines Längsflussprofils41 und zwischen verschiedenen biogeographischen Regionen42. Saisonal...

Körpergrößenskalierungsbeziehungen, wie z. B. der positive Zusammenhang zwischen Körpermasse und Stoffwechselrate, sind auf der Ebene des einzelnen Organismus bekannt und werden nun auf höheren Ebenen der Organisation1,2,3 untersucht. . Diese allometrischen Beziehungen sind meist machtrechtliche Funktionen der Form Y = aMb, wobei Y die Variable des Interesses ist (z. B. Stoffwechsel, Überfluss oder Größe des Home-Bereichs), M ist die Körpermasse eines einzelnen oder durchschnittlichen individuell ist b ein Skalierungskoeffizient und a eine Konstante. Aus Gründen der statistischen Bequemlichkeit werden Y- und M-Daten oft vor der Analyse protokolltransformiert und dann mit linearen Gleichungen des Formularprotokolls modelliert (Y) = log (a) + b log (M), wobei b und log ( a) werden die lineare Modellneigung bzw. abfangen.
Das Größenspektrum ist eine Art von allometrischer Beziehung, die dichte (D, die Anzahl der Individuen pro Flächeneinheit) oder Biomasse (B, die summierte Masse von Individuen pro Flächeneinheit) als Funktion von M vorhersagt (siehe Abschnitt 4 für zusätzliche Informationen über die Verwendung von "normalisierten" D- oder B-Schätzungen.) Wie andere Skalierungsbeziehungen zwischen M und D oder zwischen M und Bspielt das Größenspektrum eine zentrale Rolle in der Grundlagen- und angewandten Ökologie. Auf Bevölkerungsebene interpretieren Biologen negative D <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> M-Beziehungen oft als Nachweis eines dichteabhängigen Überlebens oder als Modelle der Tragfähigkeit des Ökosystems (d. h. die "Selbstverdünnungsregel")4, 5. Auf Gemeinschaftsebene können <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> B-M-Beziehungen verwendet werden, um systembasierte Auswirkungen anthropogener Störungen zu untersuchen, wie z. B. die größenselektive Fischerei6,7. Die allometrische Skalierung von D und B mit M ist auch von zentraler Bedeutung für die jüngsten Bemühungen, Population, Gemeinschaft und Ökosystemökologie zu vereinen2,8,9.  
Ein besonders wichtiges Merkmal des Größenspektrums ist die Tatsache, dass es völlig ataxic9,10ist. Dieser Punkt ist beim Vergleich von Streudiagrammen von D <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> M- oder B-M-Daten <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> leicht zu übersehen, aber die Unterscheidung zwischen Taxi- und Ataxic-Modellen ist entscheidend. In Taxic-Modellen wird ein einzelner M-Wert verwendet, um die durchschnittliche Körpermasse jedes Einzelnen einer bestimmten Art oder Taxa11darzustellen. In ataxic Modellen werden alle Personen innerhalb eines Datensatzes in eine Reihe von Körpergrößenintervallen oder M-Abschnitte partitioniert, unabhängig von ihrer taxonomischen Identität12. Letzteres, ataxic Ansatz ist vorteilhaft in aquatischen Ökosystemen, wo viele Taxa zeigen unbestimmtes Wachstum und erleben eine oder mehrere ontogenetische Veränderungen im Fütterungsverhalten; in diesen Fällen wird ein einzelner M-Durchschnitt auf Artenebene die Tatsache verschleiern, dass eine Art verschiedene funktionelle Rollen im Laufe ihrer Lebensgeschichte ausfüllen kann9,13,14. 
Hier stellen wir ein komplettes Protokoll zur Quantifizierung des Größenspektrums in wadenbaren Bächen und Flüssen vor. Das Protokoll beginnt mit Feldprobenmethoden zur Erfassung der notwendigen Fisch- und benthischen Makroinvertebratendaten. Fische werden im Rahmen einer "Drei-Pass-Erschöpfung" gesammelt. Die Häufigkeit wird dann anhand der Erschöpfungsdaten mit der Zippin-Methode15geschätzt. Bei der Erschöpfungsprobe werden einzelne Fische innerhalb einer geschlossenen Studienreichweite (d. h. Einzelpersonen können die beiliegende Reichweite weder betreten noch verlassen) durch drei aufeinanderfolgende Proben aus der Reichweite entfernt. So wird die Zahl der verbleibenden Fische nach und nach aufgebraucht. Aus diesem Erschöpfungstrend kann die Gesamtmenge innerhalb der Studienreichweite geschätzt und dann in D (in Fischen pro m2)umgerechnet werden, indem die bekannte Oberfläche der Studienreichweite verwendet wird. Benthische Makroinvertebraten werden mit Standard-Probenehmern mit festen Flächen gesammelt, dann im Labor identifiziert und gemessen.
Als nächstes werden die kombinierten Fisch- und Makroinvertebrate-Daten auf die Großen aufgeteilt. Traditionell wurde die Oktave- oder Log-2-Skala (d. h. Verdoppelungsintervalle) verwendet, um Größenbin-Grenzen16festzulegen. Sobald eine Liste der Größenbehälter erstellt wurde, ist die Aufteilung einzelner benthischer Makroinvertebraten auf ihre jeweiligen Größenbehälter einfach, da Wirbellose direkt als Anzahl von Individuen pro Flächeneinheit aufgezählt werden. Die Schätzung der Fischbestände in den Behältern der Größe ist jedoch abstrakter, da diese Schätzungen aus den Erschöpfungsdaten abgeleitet werden. Es werden daher detaillierte Anweisungen zur Schätzung des Fischreichtums innerhalb von Größenbehältern, unabhängig von der taxonomischen Identität, aus Erschöpften probendaten gegeben.
Schließlich wird die lineare Regression verwendet, um das Größenspektrum zu modellieren. Dieses Protokoll ist vollständig kompatibel mit der ursprünglichen, allgemeinen Methode von Kerr und Dickie16 und identisch mit den Methoden von McGarvey und Kirk, 201817 in einer Studie von Fischen und wirbellosen Größe Spektren in West Virginia Bäche verwendet. Durch die Verwendung dieses Protokolls können die Forscher sicherstellen, dass ihre Ergebnisse direkt mit anderen Studien vergleichbar sind, die auf Kerr und Dickie16aufbauen, wodurch ein breites und robustes Verständnis der Beziehungen zur Körpergrößenskalierung in Süßwasser beschleunigt wird. Ökosysteme und die Mechanismen, die sie antreiben.

<table><tbody><tr><td>Wathosen</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Persönliche Schutzausrüstung für den Einsatz beim Elektrofischen. Verwenden Sie KEINE "atmungsaktiven" Wathosen, da durch sie elektrischer Strom fließt.</td></tr><tr><td>Gummihandschuhe für Leinenarbeiter</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Persönliche Schutzausrüstung für den Einsatz beim Elektrofischen.</td></tr><tr><td>Tauchnetze mit Glasfaserstangen</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird verwendet, um betäubte Fische beim Elektrofischen zu fangen.</td></tr><tr><td>Rucksack Elektrofischeranlage</td><td>Smith-Root; Halltech; Verwaltung der Seen im Mittleren Westen; Aqua Shock Solutions</td><td>www.smith-root.com; www.halltechaquatic.com; https://midwestlake.com; https://aquashocksolutions.com/</td> <td>Rucksack-Elektrofischer werden derzeit von vier unabhängigen Unternehmen in Nordamerika hergestellt und vertrieben. Preise und Garantie/technischer Support sind die wichtigsten Faktoren bei der Auswahl eines Anbieters.</td></tr><tr><td>Blocknetze/Waden (&mal; 2)</td> <td>Duluth Netze</td><td>https://duluthfishnets.com/</td> <td>Die erforderliche Länge hängt von der Streambreite ab. 3/8 Zoll Masche wird empfohlen.</td></tr><tr><td>Cam-Action-Utility-Gurte mit 1-Zoll-Nylon-Gurtband (&times; 4)</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird zum Sichern/Verankern von Blocknetzen verwendet. Erhältlich in Autobedarfs-, Eisenwaren- und Kaufhäusern.</td></tr><tr><td>Große Zeltpfähle (&mal; 4)</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird zum Sichern/Verankern von Blocknetzen verwendet. Erhältlich auf dem Campingplatz und in Kaufhäusern.</td></tr><tr><td>5-Gallonen-Plastikeimer (&mal; 5)</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird verwendet, um Fische beim Elektrofischen zu halten und zu transportieren. Erhältlich in Baumärkten und Lackbedarfsgeschäften.</td></tr><tr><td>10-20 Gallonen Taschen (&mal; 3)</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird als Lebendbehälter, Beruhigungsbecken und Auffangbehälter für gefangene Fische verwendet. Erhältlich in Baumärkten und Kaufhäusern.</td></tr><tr><td>Batteriebetriebene Belüftungspumpen mit Ködereimer</td><td>Cabelas</td><td>IK-019008</td><td>Wird zur Belüftung von Fischhaltungsbehältern während der Feldverarbeitung verwendet.</td></tr><tr><td>Fischanästhesie (Tricain-S)</td><td>Syndel</td><td>www.syndel.com</td><td>Wird verwendet, um Fische für die Feldverarbeitung zu sedieren. Tricain-S wird von der U.S. Food and Drug Administration reguliert.</td></tr><tr><td>Klappbarer Campingtisch und Stühle</td><td>Cabelas</td><td>IK-518976; IK-552777</td><td>Wird zur Verarbeitung von Fischproben verwendet.</td></tr><tr><td>Pop-up-Vordach</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird je nach Bedarf zum Schutz vor Sonne und Regen verwendet.</td></tr><tr><td>Fischmessbrett</td><td>Wildco</td><td>3-118-E40</td><td>Wird zum Messen von Fischlängen verwendet.</td></tr><tr><td>Batteriebetriebene Feldwaage mit Wägeschale</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird zum Wiegen von Fischen verwendet. Das Gewicht muss auf 0,1 oder 0,01 Gramm genau sein.</td></tr><tr><td>Wind-/Regenblende aus durchsichtigem Kunststoff</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird verwendet, um Kalk bei Regen oder Wind abzuschirmen. Muss groß genug sein, um die Waage und eine Wiegeschale abzudecken.</td></tr><tr><td>Untersuchungstabletts aus weißem Kunststoff oder Emaille</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Tabletts sind für die Untersuchung von Fischen im Feld unerlässlich.</td></tr><tr><td>Pinzetten aus rostfreiem Stahl</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Pinzetten sind hilfreich bei der Untersuchung von kleinen Fischen und beim Umfüllen von wirbellosen Tieren in Probengläser.</td></tr><tr><td>Handlupen</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Die Vergrößerung ist oft hilfreich bei der Identifizierung von Fischproben im Feld.</td></tr><tr><td>Fischidentifikationsschlüssel</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>Laminierte Schlüssel, die speziell für bestimmte Standorte vorbereitet wurden, sind am effektivsten.</td></tr><tr><td>Datenblätter, gedruckt auf wasserfestem Papier</td><td>Rite in the Rain</td><td>n/a</td><td>Wasserfestes Papier ist bei der Arbeit mit Wasserproben unerlässlich.</td></tr><tr><td>Einziehbare Glasfaser-Feldbänder</td><td>Lufkin</td><td>n/a</td><td>Wird zur Messung der Abmessungen von Strömungskanälen verwendet.</td></tr><tr><td>Surber-Probenehmer oder Hess-Probenehmer</td><td>Wildco</td><td>3-12-D56; 3-16-C52</td><td>Jeder dieser festflächigen benthischen Probenehmer eignet sich gut für flache Bäche mit Kies- oder Kieselsubstrat.</td></tr><tr><td>70% Ethanol oder Isopropylalkohol</td><td>Mehrere Optionen</td><td>n/a</td><td>Wird als Konservierungsmittel für wirbellose Tiere verwendet.</td></tr><tr><td>Weithalsgläser für wirbellose Exemplare (20-32 Unzen)</td><td>U.S. Plastic Corp.</td><td>67712</td><td>Alle Weithals-Plastikdosen funktionieren, aber diese speziellen Gläser sind langlebig und preiswert.</td></tr></tbody></table>

modellierung des größenspektrums für makrowirbellose und fische in stream-Ökosystemen

Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems

Das Größenspektrum ist eine inverse, allometrische Skalierungsbeziehung zwischen der durchschnittlichen Körpermasse (M) und der Dichte (D) von Individuen innerhalb einer ökologischen Gemeinschaft oder eines Nahrungsnetzes. Wichtig ist, dass das Größenspektrum davon ausgeht, dass die individuelle Größe und nicht die Verhaltens- oder Lebensgeschichtemerkmale der Art die primäre Determinante des Überflusses innerhalb eines Ökosystems ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen allometrischen Beziehungen, die sich auf Daten auf Artenebene konzentrieren (z. B. Körpergröße der mittleren Arten im Vergleich zur Populationsdichte), sind Größenspektrenanalysen "ataxic" – einzelne Proben werden nur anhand ihrer Größe identifiziert, ohne Rücksicht auf taxonomische Identität. Größenspektrenmodelle sind effiziente Darstellungen traditioneller, komplexer Lebensmittelnetze und können sowohl in beschreibenden als auch in prädiktiven Kontexten verwendet werden (z. B. Vorhersage von Reaktionen großer Verbraucher auf Veränderungen der Basalressourcen). Empirische Studien aus verschiedenen aquatischen Ökosystemen haben auch moderate bis hohe Ähnlichkeiten in Größenspektrenhängen berichtet, was darauf hindeutet, dass gemeinsame Prozesse die Häufigkeit kleiner und großer Organismen in sehr unterschiedlichen Umgebungen regulieren können. Dies ist ein Protokoll zum Modellieren des Größenspektrums auf Community-Ebene in wadenbaren Streams. Das Protokoll besteht aus drei Hauptschritten. Sammeln Sie zunächst quantitative benthische Fische und wirbellose Proben, die zur Schätzung der lokalen Dichte verwendet werden können. Zweitens, standardisieren Sie die Fisch- und Wirbellosendaten, indem Sie alle Individuen in ataxic-Einheiten umwandeln (d. h. Personen, die nach Größe identifiziert werden, unabhängig von der taxonomischen Identität), und Personen in Protokoll-2-Größen-Behältern summieren. Drittens, verwenden Sie die lineare Regression, um die Beziehung zwischen ataxic M und D Schätzungen zu modellieren. Detaillierte Anweisungen finden Sie hierin, um jeden dieser Schritte abzuschließen, einschließlich benutzerdefinierter Software, um die D-Schätzung und die Größenspektrenmodellierung zu erleichtern.

Beispielergebnisse, einschließlich ursprünglicher Felddaten, werden für Slaunch Fork, West Virginia, einen kleinen Bach im südlichen West Virginia, präsentiert. Die Ergebnisse des Spektrenmodells für zusätzliche Größen werden auch für zwei weitere Bäche in derselben Region präsentiert: Camp Creek und Cabin Creek, West Virginia. Dies sind die drei Studienstandorte, die in McGarvey und Kirk17enthalten sind, aber die hier vorgestellten Daten stammen aus neuen Proben, die im Mai 2015 gesammelt wurden....

Dies ist ein Protokoll zur Modellierung des Größenspektrums (Skalierungsverhältnis zwischen individueller Masse und Populationsdichte) für kombinierte Fische und wirbellose Daten aus wadenbaren Bächen und Flüssen. Zu den Methoden gehören: Feldtechniken zur Sammlung quantitativer Fische und wirbelloser Proben; Labormethoden zur Standardisierung der Felddaten; und statistische Datenanalyse.

Modellierung des Größenspektrums für Makrowirbellose und Fische in Stream-Ökosystemen

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological ...

Das Größenspektrum sagt Überfluss als Funktion der individuellen Größe voraus. Die Größenspektrenforschung deutet auf eine starke Ähnlichkeit in den Mengen relativ kleiner und großer Organismen aus verschiedenen Ökosystemen hin. Im Gegensatz zu herkömmlichen Größen-Abundance-Skalierungsbeziehungen, die durchschnittliche Größen auf Artenebene verwenden, sind Größenspektrummodelle ataxic und können die Größe jedes Einzelnen innerhalb der Stichprobe berücksichtigen.Die Einsatzleiter brandon Gravett, Sarah Headley und Giancarlo Racanelli. Nachdem Sie die vor- und nachgelagerten Enden der Studienreichweite identifiziert haben, markieren Sie die Enden mit abnehmbarem Flagging-Band. Messen Sie die Breite des benetzten Strömungskanals bei fünf bis zehn Transekte, die gleichmäßig entlang der Länge der Studienreichweite verteilt sind, und schätzen Sie die Gesamtfläche der Studienreichweite als durchschnittliche benetzte Kanalbreite multipliziert mit der Gesamtlänge der Reichweite.Machen Sie einen lockeren Bogenknoten an jedem Ende eines Stücks Polypropylenseil und wickeln Sie das Seil um einen Baum, eine Wurzel, ein großes Gestein oder ein anderes festes Objekt an den auf- und nachgelagerten

modeling-size-spectrum-for-macroinvertebrates-fishes-stream

Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

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Modellierung des Größenspektrums für Makrowirbellose und Fische in Stream-Ökosystemen

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