Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

Metoder för Image-baserad undersökningar av bentiska Macroinvertebrates och deras livsmiljö som exemplifieras av undersökningen släpp kameran för den atlantiska havet pilgrimsmussla

doi: 10.3791/57493 Published: July 2, 2018

Summary

Bild baserad lantmäteri är en allt mer praktiska, icke-invasiv metod för att smaka på den marina miljön. Vi presenterar en droppe kamera undersökning som uppskattar överflödet protokoll och distribution av den atlantiska hav pilgrimsmussla (musslan Placopecten magellanicus). Vi diskuterar hur detta protokoll kan generaliseras för applicering på andra bentiska macroinvertebrates.

Abstract

Underwater imaging har länge använts inom marin ekologi men minskande kostnaderna för högupplösta kameror och datalagring har gjort metoden mer praktisk än tidigare. Image-baserad undersökningar möjliggöra Utfallsprover ses och är icke-invasiva jämfört med traditionella undersökningsmetoder som typiskt involverar nät eller skrapredskap. Protokoll för image-baserad undersökningar kan variera mycket men bör drivas av arter beteende och undersökning målen. För att demonstrera detta, beskriver vi våra senaste metoder för en Atlanten pilgrimsmussla (musslan Placopecten magellanicus) droppe kamera undersökning för att ge en procedurmässig exempel och representativa resultat. Förfarandet är uppdelad i tre kritiska steg som inkluderar undersökning design, datainsamling och dataprodukter. Påverkan av pilgrimsmussla beteende och undersökning målet att ge en oberoende bedömning av resursen USA havet pilgrimsmussla på förfarandet för undersökningen diskuteras i samband med att generalisera metoden. Övergripande, den breda tillämpbarhet och flexibilitet vid University of Massachusetts Dartmouth skola för marin vetenskap och teknik (SMAST) droppe kamera undersökning visar metoden kan generaliseras och tillämpas på en mängd fastsittande ryggradslösa djur eller Habitat inriktad forskning.

Introduction

Den atlantiska hav pilgrimsmussla (musslan Placopecten magellanicus) är en marin tvåskaliga blötdjur som distribueras i hela nordvästra Atlanten från viken av St. Lawrence, Kanada till Cape Hatteras, North Carolina1kontinentalsockel. Havet pilgrimsmussla fisket i Förenta staterna har upplevt exempellös ökar i landningar och värde under de senaste femton åren och blivit en av landets högsta värdefulla fiske med landningar värt cirka 440 miljoner dollar i 20152. Trots denna ökning minskats pilgrimsmussla fiskeansträngningen avsevärt under de senaste 20 åren genom genomförande av ett system för rotation av området som syftar till att skydda områden med juvenil pilgrimsmusslor och fokusera fiske i områden med större pilgrimsmusslor i hög tätheter1. Denna styrmetod kräver rumsligt-specifik information om pilgrimsmussla täthet och storlek, som tillhandahålls av flera undersökningar inklusive University of Massachusetts Dartmouth skolan för marin vetenskap och teknik (SMAST) droppe kamera undersökning.

Målet med undersökningen SMAST släpp kameran är att tillhandahålla fiskeri resurshanterare, Marina forskare och fiskesamhällen med en oberoende bedömning av amerikanska havet pilgrimsmussla resursen och dess associerade livsmiljö. Undersökningen har utvecklats tillsammans med pilgrimsmussla fiskare och gäller quadrat urvalsmetoder baserat på dykning studier3,4. Inledande undersökningar i början av 2000-talet fokuserade på beräkna tätheten av sea kammusslor inom stängda delar av ett produktivt område av fisket kallas Georges Bank5, men undersökningen utökas för att täcka flesta av resursen pilgrimsmussla i amerikanska och kanadensiska vatten (≈100, 000 km2)6,7. Informationen från undersökningen har införlivas med pilgrimsmussla lager bedömningen genom lager bedömning Workshop processen och tillförlitligt tillhandahålls till New England fiskerirådet Management till stöd i årliga pilgrimsmussla skörd fördelning8. Dessutom har data från undersökningen SMAST släpp kameran bidragit på många olika sätt att förstå ekologi av icke-pilgrimsmussla arter7,9,10,11,12 och karakterisering av bentiska livsmiljö13,14,15. Denna breda tillämpbarhet visar metoden kan generaliseras och tillämpas på en mängd fastsittande ryggradslösa djur, potentiellt bidrar till att lindra problemet med utvidgningen av ryggradslösa fiske snabbare än den vetenskapliga kunskap och politik behövs för att framgångsrikt hantera dem16. Ytterligare, image-baserad provtagning är icke-invasiv jämfört med traditionella befolkningen provtagningsmetoder och alltmer prisvärt på grund att minska kostnaderna för högupplösta kameror och data lagring17,18. Här presenteras 2017 metoderna för undersökningen SMAST släpp kameran används för pilgrimsmussla management på den amerikanska delen av Georges Bank för att exemplifiera förfarandet. Vi diskutera logiken bakom detta förfarande till stöd i dess generalisering och tillämpning för andra fastsittande ryggradslösa djur.

Protocol

1. survey Design

  1. Hitta en eller flera offshore-kommersiella pilgrimsmussla fartyg tillgängliga för 6 - 8-dagars intervall.
  2. Konstruera en stål pyramid med en invändig ram där tre kameror, lampor och en kopplingsdosa för en fiber optic kabel kan vara monterad (figur 1). Se till att en kamera är en högupplöst digital stillbildskamera och två är lägre upplösning, men fortfarande hög definition, videokameror.

Figure 1
Figur 1: släpp kameran undersökning pyramid med kameror och lampor som används för datainsamling 2017. De Universitetar av Massachusetts Dartmouth, skola för marin vetenskap och teknik släppa kamera undersökning pyramid med kameror och lampor som används för datainsamling i 2017. En kopplingsdosa som ansluter kameran och lätta kablar till en fiberoptisk kabel monteras mellan två barer med lampor och visas inte. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Använda en systematisk sampling design för att placera undersökning stationer 5.6 km isär i de flesta områden av Georges Bank utnyttjas av fiskeri- och 2,8 km från varandra i två områden i betydelse1
    Observera: Två forskare, en kapten och en kompis skulle kunna kartlägga ca 50 stationer varje dygn på rutnätet 5.6 km och 80 stationer på rutnätet 2.8 km. Därför behövdes ca 5 undersökning resor att fylla i enkäten.

2. datainsamling

  1. Ladda utrustning på fartyget.
  2. Ställa in utrustning på fartygets däck.
    1. Ordna pyramid, ett tryck känslig vinsch med fiberoptiska kabel på en trumma och bifogas släpring och dävert på däcket på fartyget. Se till att fibern fiberoptisk kabel kan köra från vinschen via dävert och till pyramiden utan att vidröra fartygets vinsch kabel.
    2. Använd små, tillfälliga svetsar för att anbringa vinsch, dävert och dävert plattan på plats.
    3. Wire tryck känslig vinsch strömkabeln till båtens säkringsdosan.
    4. Sätt fast kopplingslådan till pyramid.
    5. Fäst kameror och lampor till pyramiden.
    6. Anslut kameror och lampor till kopplingsdosa med kamera och ljus kablar.
    7. Köra fiberoptisk kabel igenom remskivan och fäst dävert.
    8. Fäst fartyget hydraulisk vinsch kabel till pyramid.
  3. Ställa in utrustning i fartyg styrhytten.
    1. Anslut och skydda den stationära datorn.
    2. Anslut 2 skärmar för stationära datorer. Säkra en bildskärm nära datorn och andra nära kontrollerna för fartygets hydraulisk vinsch.
    3. Anslut en global positioning system (GPS)-enhet till den stationära dator via en USB-port.
    4. Anslut och skydda en bärbar dator med en mobil fält kartläggning program nära fartygets rodret. Fyll på station platser i datorn före avgång.
    5. Anslut en GPS-enhet till bärbar dator via en seriell port.
    6. Anslut kameror och lampor till fartyget styrhytten.
      1. Tillmäter optiska släpring på tryck känslig vinschen ”däck slutet” av styrhytten körningen av fiberoptisk kabel.
      2. Fäst ”styrhytten slutet” av styrhytten körningen av optisk fiberkabel fiber optic gränssnitt på den stationära datorn och lätta kontakten.
      3. Starta programmet fältet data collection från den stationära datorn. Se till att alla kameror monterade på pyramiden och inkopplad i junction-boxen automatiskt Visa anslutna.
        Obs: Om alla kameror inte visar som ansluten, återställa kameran anslutningar inom programmet eller felsöka genom att byta komponenter (kamera, ansluta kablar, snedsteget ringer, osv.) på ett systematiskt sätt.
  4. Ta bilder och spela in data på varje station.
    1. Starta programmet mobila fält kartläggning från den bärbara datorn.
    2. Välj verktyget ”märke” och dra målikonen på en station att tillhandahålla en bäring till stationen.
    3. Långsamt sänka provtagning pyramiden till havsbotten med fartygets hydraulisk vinsch när stationen har nåtts och fartyget har stoppats.
      Obs: Detta görs av fartygets besättning och tryck känslig vinschen måste aktiveras före sänka provtagning pyramiden.
    4. Starta programmet fältet data collection från den stationära datorn medan pyramiden är sänks till havsbotten.
      1. Dubbel klick ”området kortnamn”-rutan och ange ett namn för området.
        Obs: Detta behöver bara göras för den första stationen av ett område.
      2. Klicka på knappen ”starta kaptener Cam” att Visa kameravyerna och annan information på bildskärmen nära kontrollerna hydraulisk vinsch.
    5. Slå på strömmen till lampor.
    6. Fånga quadrat data när provtagning pyramiden har landat på havsbotten.
      1. I fältet data collection programmet, klickar du på ”Starta Station” starta inspelningen av videon.
        Obs: Knappen blinkar rött medan videon inspelning.
      2. Klicka på ”ta ögonblicksbilder” när en klar bild av havsbotten visas, klicka på ”Save All” för att ta en stillbild från alla kameravyer samtidigt.
      3. Klicka på knappen ”Skriv till databas”.
        Obs: Detta kommer att ta upp en ny dialogruta med djup, läge, temperatur, stationsnummer, quadrat nummer, områdesnamn och ett unikt identifieringsnummer som anges automatiskt av programvaran.
      4. Ange antalet pilgrimsmusslor sett i digital kamerabilden i rutan ”pilgrimsmussla Count” och Skriv eventuella kommentarer i rutan ”kommentarer”.
      5. Klicka på knappen ”Skicka” för att skriva data om quadrat som en rad i fältet databasen.
    7. Lyft pyramiden, tills havsbotten kan inte längre ses.
    8. Långsamt sänka pyramiden till havsbotten och upprepa steg 2.4.6 och 2.4.7. tills data för fyra quadrats har fångats. Säkerställa att pyramiden har förskjutits så att olika quadrat bilder av havsbotten fångas.
    9. Höja provtagning pyramiden från havsbotten till en säker position bredvid fartyget.
    10. Slut stationen medan pyramiden höjs.
      1. Klicka på ”slutstation” i fältet data collection programmet att avsluta video inspelningen och advance programmet till nästa station.
      2. Klicka på knappen ”Avsluta Program” för att stänga programmet.
      3. Stäng av strömmen till lampor.
      4. Klicka på ”Capture Station” i det mobila fält kartläggning programmet att markera stationen som slutförd och sedan upprepa steg 2.4.2.
    11. Upprepa föregående steg i avsnitt 2.4. tills alla undersökning stationer har slutförts.
  5. Genomföra en kameran kalibrering droppe.
    1. Mät längden på minst 30 rutnätsceller av en tråd rutnät med elektroniska bromsok. Markera de celler som mäts.
    2. Fäst nätet på basen av provtagning pyramid med hjälp av surrningsgarn eller tågvirke. Se till att de uppmätta rutnätscellerna i kameravyerna.
    3. Upprepa steg 2.4.3 till 2.4.6.2 att fånga bilder av rutnätet.
      Obs: Denna kalibrering görs oftast innan den första stationen men kan göras före avgång i en test-tank eller när som helst under undersökningen. Syftet är att bestämma längden i mm till pixel-förhållande för bekräftar quadrat storlek och mätning funktioner i bilderna.
  6. Kvantifiera data inom digitala kamera quadrat stillbilder.
    Obs: Använda bilder från andra kameror och video som aids i denna process.
    1. Starta programmet lab data insamling och välj ”digitalisera” profilen.
    2. Från den nedrullningsbara menyn, Välj år, område, kamera, station och quadrat sevärdheter.
    3. Klicka på ”go” att ta en bild utifrån de kriterier som valts i steg 2.6.2. in i programmet.
    4. Klicka på kryssrutorna för de typer av substrat som finns i avsnittet ”substrat”. Se14 för en detaljerad beskrivning av substrat typer och hur de är klassificerade.
    5. Kvantifiera macrobenthic djur.
      Obs: 50 taxa av macrobenthos är räknade eller noterat som närvarande eller frånvarande. En fullständig lista över dessa taxa och hur de spåras kan hittas i referens13.
      1. Klicka på rutorna för de djur som finns i avsnittet ”inverterar” närvaro.
      2. Ange numret på varje djur som observerats i avsnittet ”inverterar” greve.
      3. Klicka på den röda ”SC” knappen och dot varje pilgrimsmussla i bilden.
      4. Klicka på den gröna ”SF” knappen och dot varje sjöstjärna i bilden.
      5. Klicka på knappen ”CL” svart och pricken varje clapper (pilgrimsmussla som har dött, men båda sidor av skalet är fortfarande kopplade till gångjärn) i bilden.
      6. Klicka på den blå ”FI”-knappen och dot varje fisk i bilden.
      7. I avsnittet ”fisk” räkna antalet varje fisktyp observerats.
        Obs: För övriga prickade djur räknar antalet prickar och automatiskt tilldelar räkningarna till lämplig kategori. För fisk, prickar räknas automatiskt, men användaren måste identifiera vilken typ av fisk och hur många. Det totala antalet fisk prickar räknade av programmet måste matcha antalet varje fisktyp anges av användaren.
    6. Klicka på knappen ”Skicka” för att skriva data om bilden som en rad in i labbet databas och skapa en kopia av bilden med de djur som prickade.
    7. Utföra en kvalitetskontroll av steg 2.6.4. och 2.6.5.
      1. Ändra profilen i programmet lab data insamling till ”ImageCheck”.
        Obs: Detta bör göras av en annan person än den som slutfört stegen 2.6.4 och 2.6.5 för bilden.
      2. Upprepa steg 2.6.2 och 2.6.3. att läsa den ursprungliga bilden, prickade bild och fyll i substrat och djur data som anges av ”digitalisera” användarprofilen.
      3. Granska post för noggrannhet och göra eventuella förändringar som krävs.
      4. Välj knappen ”Skicka” för att skriva över data om bilden inskickad av ”digitalisera” användaren och markera bilden som kvalitet kontrolleras i databasen lab.
    8. Mäta pilgrimsmusslor observerats i bilder.
      Obs: Pilgrimsmusslor delvis synliga (skyms av utväxter, delvis i bild, osv.) eller från havet golvet bör inte mätas.
      1. Starta programmet bild Beskriv.
      2. Välj ”fil” och sedan ”Load bildkatalog” från droppa-ned menyn. Navigera till prickade bilden av intresse och läsa in bilden i programmet.
      3. Välj ”line anteckningen” och dra en linje från umbo av pilgrimsmussla till toppen av kammussla skal.
      4. Upprepa steg 2.6.8.3. för alla mätbara pilgrimsmusslor i bilden.
      5. Välj ”fil” och sedan ”spara anteckningar” för att skapa ett kalkylark mätningar.
      6. Konvertera mått från pixlar till millimeter med hjälp av de genomsnittliga pixlarna millimeter förhållandet från 2,5.

3. data produkter

  1. Beräkna rumsligt specifika skattningar av pilgrimsmussla täthet och storlek.
    1. Rita undersökning stationer med kartprogram.
    2. Partition undersökning stationer av pilgrimsmussla området Management Simulator (SAMS) modell zoner.
      Obs: I USA Atlantic sea pilgrimsmussla fiskerin, SAMS modellen används till projektets havet pilgrimsmussla överflöd och landningar8. Alla följande steg görs för varje SAMS zon.
    3. Genomsnittliga pilgrimsmussla mätningar för att få genomsnittliga shell höjden på pilgrimsmusslor.
    4. Beräkna genomsnittlig beläggningsgrad och standardfel pilgrimsmusslor.
      1. Öka storleken på quadrat av genomsnittliga shell höjden på pilgrimsmusslor i zonen SAMS att justera för delvis synliga pilgrimsmusslor räknas längs kanten av bild19.
      2. Beräkna densiteten med hjälp av justerade quadrat storlek och ekvationer för en 2-stegs provtagning design för flera quadrats som provtas vid varje station20:
        (1)Equation 1
        (2)Equation 2
        där n = delprov enheter (stationer), m = element per delprov enhet (quadrats), Equation 3 = uppmätt värde (antal pilgrimsmusslor) för elementet j i primär enhet i, Equation 4 = sampelmedelvärdet per element (quadrat) i primär enhet jag (stationer), och Equation 5 = den menar över två-stadier. Standardfel för detta är:
        (3)Equation 6
        där Equation 7 är variansen mellan primär enhet (stationer) medel.
  2. Beräkna totalt och exploaterbar biomassa.
    1. Multiplicera pilgrimsmussla densitet av den totala areal som tillfrågade för att uppskatta antalet pilgrimsmusslor i området.
    2. Skapa ett skal höjd frekvens distribution av pilgrimsmussla mätningar med 5 mm storlek lagerplatser.
    3. Multiplicera 3.2.1. av frekvensen av pilgrimsmusslor i varje storlek bin från 3.2.2. för att få antalet pilgrimsmusslor i varje storlek bin i området.
    4. Multiplicera uppskattad kött vikt pilgrimsmusslor på mittpunkten av varje 5 mm storlek bin av antalet pilgrimsmusslor i varje storlek bin. Använd shell höjden till kött vikt regressioner anges av New England fiske Management rådets pilgrimsmussla Plan Development Team för att uppskatta pilgrimsmussla vikt på storleken i gram21.
    5. Summa kött vikt pilgrimsmusslor från 3.2.4. att producera en uppskattning av totala pilgrimsmussla biomassa. Omvandla pilgrimsmussla biomassa från gram till ton.
    6. Dividera summan av pilgrimsmussla kött vikter från 3.2.5. av det totala antalet pilgrimsmusslor från 3.2.1. för att få den genomsnittliga vikten av en pilgrimsmussla.
    7. Multiplicera antalet pilgrimsmusslor på varje storlek bin från 3.2.3. av en kommersiell pilgrimsmussla muddra kammusslor selektivitet ekvation att uppskatta antalet exploaterbart22.
    8. Upprepa steg 3.2.5. och 3.2.6. med räkningarna av exploaterbart pilgrimsmusslor från 3.2.7. att uppskatta biomassa av slutmuskler exploaterbart storlek och deras genomsnittliga kött vikt.
  3. Skapa pilgrimsmussla utbredningskartor.
    1. Dividera summan av pilgrimsmussla räknas, pilgrimsmusslor med shell höjder mindre än 75 mm och pilgrimsmusslor med shell höjder över 100 mm vid varje undersökning station av den totala areal som visas i den digitala stillbildskameran (9,2 m2) vid varje station att beräkna respektive övergripande pilgrimsmussla, juvenil pilgrimsmussla och exploaterbart pilgrimsmussla densitet vid varje station.
    2. Rita varje densitet för varje station att kartlägga den rumsliga fördelningen av övergripande, juvenil och exploaterbart pilgrimsmussla överflöd, respektive.

Representative Results

Undersökning stationer var urvalet som en del av fem forskningsresor bedrivs från slutet av April till mitten av juli (figur 2). På grund av synlighet och väder problem släpptes också en sträng av i SAMS zon CL2-S-EXT inte var ingick i urvalet och vissa stationer i andra zoner under assurance kvalitetskontroller. För alla andra stationer tagna fyra högkvalitativa digitala bilder var (figur 3). För samtliga bilder på dessa stationer, substrat och macrobenthic djur kvantifierades och pilgrimsmusslor mättes. Pilgrimsmussla räknar och mätningar delades av SAMS zonen möjliggör överflöd, distribution och biomassa uppskattningar, tillsammans med granskade rådata pilgrimsmussla grevar och mätningar, som ska lämnas till nordost fiske Science Center och New England Fiskerådet Management 1 augusti för införande i årliga pilgrimsmussla allokeringsprocessen (tabellerna 1 och 2). Pilgrimsmussla utbredningskartor har skapats för alla pilgrimsmusslor, juvenil pilgrimsmusslor (shell höjder mindre än 75 mm), och kammusslor av exploaterbart storlek (shell höjder större än 100 mm) (figur 4).

Figure 2
Figur 2: släpp kameran stationer på Georges Bank 2017. Stationer är visas av fartyget med undersökningen datum och skiktat med hög intresseområden, provtas med stationer 2,8 km från varandra och alla andra områden som provtas med stationer 5.6 km apart. Svarta linjer och etiketter identifiera pilgrimsmussla området Management Simulator modell zoner används till projektet havet pilgrimsmussla överflöd och landningar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: exempel digital stillbild från 2017 droppe kamera undersökning på Georges Bank. För hela Georges Bank undersökningen substrat och macrobenthic djur kvantifierades och pilgrimsmusslor mättes i 5,216 bilder av liknande kvalitet. Alla bilder kan ses på < http://bit.ly/scallopsurvey>. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Område Quad Stationer Mätt SH SC. Per m2 SE Pilgrimsmusslor
CL1-NA-N 2.6 101 858 105 0,98 0,29 761
CL1-AC 2.6 155 81 106 0,06 0,01 66
CL1-NA-S -- 7 0 -- < 0,02 -- --
CL2-N-NA 2.6 16 58 87 0,43 0,2 214
CL2-S-AC 2.6 435 556 93,6 0,14 0,01 465
CL2-S-EXT 2.5 147 660 77,6 0,48 0,04 545
NF 2.6 54 13 88 0,02 0,01 39
NLS-AC-N 2.7 31 72 120 0,27 0,1 260
NLS-AC-S 2.5 39 2 718 72,7 9,7 3,09 11 676
NLS-EXT 2.6 14 170 95,1 2.24 2.16 966
NLS-NA 2.6 42 696 99,1 2 0,83 2 597
SCH 2.5 137 138 71,3 0,15 0,03 631
SF 2.5 126 219 74,4 0,19 0,03 747

Tabell 1: Digital fortfarande Kameradata från undersökningen 2017 släpp kameran av Georges Bank. Resultaten presenteras av pilgrimsmussla området Management Simulator modell zoner. I tabellen ingår området justerade quadrat (Quad), antalet stationer provtas (stationer), antalet kammussla skal höjder mätt (mätt), genomsnittlig shell höjden på pilgrimsmusslor observerats i mm (SH), det genomsnittliga antalet pilgrimsmusslor per m2 (Sc. Per m 2) med tillhörande medelfel (SE) och en uppskattning av antalet pilgrimsmusslor i miljoner (pilgrimsmusslor). Resultat för CL1-NA-S kunde inte produceras eftersom ingen pilgrimsmusslor observerades.

Uppskattning av totala biomassa Uppskattning av exploaterbar biomassa
Område MW MT SE MW MT SE
CL1-NA-N 18.28 13 900 4,100 åskådare 23,85 9 900 2.950
CL1-AC 24.87 1 650 350 33.72 1,350 300
CL1-NA-S -- -- -- -- -- --
CL2-N-NA 14,89 3,200 1 500 26.51 2 100 980
CL2-S-AC 15.84 7,360 685 23,47 4 600 425
CL2-S-EXT 9.46 5 150 440 17,1 1 900 165
NF 16,26 600 260 27.59 500 200
NLS-AC-N 34,15 8.900 3 390 38.02 7 800 2 990
NLS-AC-S 8,49 99,100 31,590 16,88 24,600 7 830
NLS-EXT 16,73 16,200 15,590 19,54 7600 7,310
NLS-NA 20,4 53,000 22,100 25.13 30,700 12.800
SCH 10.45 6 600 1 260 24.65 3.300 620
SF 9,1 6 800 1 080 17,33 2 400 380

Tabell 2: uppskattningar av totalt och exploaterbar biomassa för 2017 Georges banken släppa kamera undersökning. Resultaten presenteras av pilgrimsmussla området Management Simulator modellområden. I tabellen ingår genomsnittlig pilgrimsmussla kött vikt i g (MW), den totala vikten av pilgrimsmusslor i metriska ton (MT) och standardfel i metriska ton. Resultat för CL1-NA-S kunde inte produceras eftersom ingen pilgrimsmusslor observerades.

Figure 4
Figur 4: pilgrimsmussla distribution och överflöd på Georges Bank under 2017. Pilgrimsmussla distribution och överflöd på Georges Bank under 2017 för alla pilgrimsmusslor (överst), uddiga kanter mindre än 75 mm skal höjd (mitten), och större än 100 mm skal höjd (nederst) från en droppe kamera undersökning-uddiga kanter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Undersökning design protokollen är flexibel, men det är avgörande för att överväga målarten beteende och undersökning mål när generalisera dessa protokoll. Litteraturstudie och preliminära eller inledande studier kan användas att införliva målet arter beteende i undersökningens utformning. Mindre än en pilgrimsmussla i 12.5 m2 (0.08 pilgrimsmusslor/m2) är exempelvis nedanför hållbar yrkesfiske densitet23. Således genom provtagning fyra quadrats per station, är station prov området kopplat till att upptäcka pilgrimsmusslor på kommersiella densitet. Dessutom uppskattar hav pilgrimsmusslor är oftast samman i stället för att slumpmässigt fördelade på havsbotten, påverka hur station avstånd påverkar precisionen i densitet24. Flera studier med hjälp av medelvärdet och variansen data från inledande studier undersökt precision och avgöra att 5,6 km var maximalt avstånd stationerna bör placeras apart5,25,26. Systemiska provtagning utformningen av enkäten var influerad av undersökningen mål. Gränserna för zonerna SAMS ändra ofta och ofta efter undersökningar har genomfört21,27. Systemiska provtagning undviker det allvarliga problemet med efter stratifiering av gränser för rumsliga uppskattningar att effekterna stratifierat slumpmässigt eller optimalt tilldelade undersökning designar20. Enhetlig fördelning av stationer underlättar också upptäckt av nya pilgrimsmussla rekrytering och mappning havsbotten sediment och macroinvertebrate distributioner28. Den ett steg där det inte eventuellt att överväga målarter beteende och undersökning mål är identifiering av en survey fartyg, varför protokollet börjar med det här steget. Ett fartyg är viktigt till sjöss provtagning och dikterar efterföljande steg av undersökningen design. För våra protokoll var det viktigt att engagera kommersiella fisket att främja öppenhet i undersökningsmetoder och förtroende i undersökningsresultat. Använda kommersiella fiskefartyg var ett effektfullt sätt att inkludera industrin i våra metoder och storleken och kapaciteten hos de fartyg som tillåts för en stor, tung kamera apparatur och undersökning stationer som skall provtas inom behövs tidslinjen. Ytterligare, fartygsägare var ansvariga för alla kostnader i samband med fartygets användning och kompenserades genom en tilldelning av pilgrimsmussla pounds delas ut av National Oceanic and Atmospheric Administration genom Atlantic pilgrimsmussla arealuttag forskningsprogrammet 29. men det är inte nödvändigt att engagera industrin i undersökningar, storlek, kapacitet och kostnader tillgängliga fartyg måste beaktas innan utveckla andra aspekter av undersökningen design.

De data insamling och bearbetning aspekterna av protokollen presenterar den största fördelen, men också en begränsning av denna metod. Användningen av anpassad programvara och databaser för att kvantifiera data inom bilder kommer vid en betydande kostnad. Men användningen av dessa produkter av undersökningen SMAST släpp kameran är en utveckling av ett program som startade 1999 och är inte nödvändigt. Till exempel när programmet började, pilgrimsmussla räknas gjordes med papper och penna och fri programvara är nu tillgänglig att mäta inom bilder. Likaså valdes den nuvarande digital stillbildskameran som det kan upptäcka alla storleksklasser pilgrimsmusslor och tillåtet för cirka 200% förstoring utan förlust av bildkvalitet (figur 3), men lägre upplösning, billigare kameror användes tidigare i undersökningen kunde fullt upptäcka pilgrimsmusslor kommersiell storlek30. Som med protokoll som ingår i design av undersökningen, bör vilken typ av kamera kopplas till den upplösning som behövs för att upptäcka målarten och uppnå undersökning mål. Fånga bilder och videoinspelning vid varje station ger en betydande fördel över traditionella undersökningsmetoder genom tillhandahåller kontinuerlig möjligheten att återkomma prover och utöka analysen till taxa eller habitat egenskaper inte ursprungligen spåras eller uppräknade. Exempelvis bilder med sand dollars och andra tagghudingar ursprungligen noteras som närvarande eller frånvarande i databasen SMAST var revisited för att kvantifiera deras överflöd och biomassa genom tid12. Däremot prover från mer traditionella undersökningsmetoder såsom skrapredskap eller nät kasseras till sjöss och kan inte ses. De tekniska framsteg som möjliggör enorma mängder bilder tas och lagras kan dock resultera i miljontals bilder samlas med bara en bråkdel som utnyttjades. Detta är till stor del på grund av tids- och restriktioner som människor behövs för datautvinning och resultera i stora mängder outnyttjad information31. Framsteg inom automatiserad identifiering av djur och livsmiljö egenskaper kan bidra till att lösa denna gåta.

Bild baserad undersökningsmetoder kan ge uppgifterna som behövs för att övervaka macroinvertebrates och associerade livsmiljö, men komplettera de protokoll som beskrivs här med andra metoder att samla in biologiska prov är idealisk. Utan kammussla skal-höjd kött vikt förhållande, skapade dredge-baserade provtagning, skulle biomassa uppskattningar inte vara möjligt. Ytterligare, kammussla skal-höjd kött vikt förhållandet varierar med tid och plats på Georges Bank som visar att konsekvent uppdatering den ekvation som används för att beskriva denna relation är fördelaktigt32. Att kombinera bild och fysiska prov-baserade tekniker även stöd i att utforska fördomar och antaganden av varje metod. Mäta shell höjder av pilgrimsmusslor i drop Kamerabilder med bromsok kvantifierad mätfel är associerad med krökning av kameralinsen och avstånd från bilden center33. Omvänt, Parade jämförelser mellan bilder och muddra låter flytta har bidragit till att definiera vilken andelen pilgrimsmusslor på havsbotten samlas faktiskt och hur andelen ändras med pilgrimsmussla storlek6.

Underwater imaging har använts inom marin ekologi för årtionden17,34. Sjunkande kostnader för högupplösta kameror och datalagring har dock gjort tillvägagångssättet mer praktisk än tidigare. De metoder som beskrivs i detta dokument kan generaliseras och har bred tillämplighet, hjälper till att underlätta utvecklingen av mer bildbaserade undersökningar. Mer specifikt visar procedurerna hur resultaten kan användas för att producera data för att hjälpa hantera fastsittande ryggradslösa djur (tabellerna 1-2) och bidra till en bredare förståelse av havsmiljön7,9,10 ,11,12,13,14,15.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Tack till elever, personal, kaptener och besättningar som seglade på dessa forskningsresor och ägare som gav sina fartyg. Tack till T. Jaffarian för att utveckla programmet lab data collection, Electromechanica, Inc. för att utveckla mjukvara i fält och utrustning, och till CVision Consulting för att utveckla programmet bild Beskriv. Finansieringen tillhandahölls av NOAA awards NA17NMF4540043, NA17NMF4540034 och NA17NMF4540028. De åsikter som uttrycks här är författarens och återspeglar inte nödvändigtvis åsikter NOAA.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bobcat, 43.3mm, F-Mount, 6600x4400, 1.9/2.4 fps, Color, GigE Vision Imperx PoE-B6620C-TF00 Digital Still Camera
Ace - EV76C560, 1/1.8", C-Mount, 1280x1024, 60fps, Color, CMOS, GigE  Basler acA1300-60g HD video camera
Stock MV 40-25 Housing. Black Anodized Aluminum, 5.3" standard dome port, DBCR2008M connector   Sexton MV 40-25 Underwater housing for digital still camera
Stock MV 25-25 Housing. Black Anodized Aluminum, 3.4" standard dome port, DBCR2008M connector   Sexton MV 25-25 Underwater housing for HD video camera
Optical Slip Ring MOOG 180-2714-00 Transmission of power and electrical signals to rotating cable on winch
Fiber Optic Cable Cortland OCG0010 Transmission of power and electrical signals from junction box to vessel deck/wheelhouse
Wheelhouse Run  Electromechanica EM0117-02 Segment of fiber optic wire adapted to plug into optical slip ring on one end and light power and computer on the other
Underwater Junction Box Electromechanica EM0117-01 Connection of power and electrical signals from camera and lights to hybrid cable
Camera Cable SubConn DIL8F/LS2000/10FT/LS2000/DIL8M Transmission of power and electrical signals from camera to junction box
Light Cable SEACON HRN-S0484 Transmission of power and electrical signals from lights to junction box
Desktop Computer Various Custom Windows based operating system with fiber optic interface
Hydraulic Winch Diversified Marine Custom Tension sensitive winch for deployment and retrieval of fiber optic cable
Steel Pyramid Blue Fleet Welding Custom Apparatus for deploying cameras and lights
Steel Davit Blue Fleet Welding Custom Suspends fiber optic cable over the side of the vessel
Fiberglass sheave in metal housing Diversified Marine Custom Attaches to davit, guides fiber optic cable over the side of the vessel and into the water
Sealight Sphere 6500, Day Light White, Flood DeepSea Power & Light 712-045-201-0A-01 Underwater LED light
GPSMAP 78 Garmin  01-00864-00 Global Positioing System device
ArcPad 10.2  ESRI N/A Mobile field mapping program
Undersea Vision Acquisition System Electromechanica UVAS Field data collection program
Digitzer University of Massachusetts, Dartmouth N/A Lab data collection program
FishAnnotator Cvision Consulting 0.3.0 Image annotator program
ArcMap 10.4  ESRI N/A Mapping software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Stokesbury, K. D. E., O'Keefe, C. E., Harris, B. P. Fisheries Sea Scallop, Placopecten magellanicus. Scallops: Biology, Ecology, Aquaculture, and Fisheries. Shumway, S., Parsons, G. J. 3rd ed, Elsevier B.V. Amsterdam. (2016).
  2. NMFS (National Marine Fisheries Service). Fisheries Economics of the United States, 2015. U.S. Dept. of Commerce, NOAA Tech Memo. NMFS-F/SPO-170 (2015).
  3. Stokesbury, K. D. E., Himmelman, J. H. Spatial distribution of the giant scallop Placopecten magellanicus in unharvested beds in the Baie des Chaleurs, Québec. Mar. Ecol. Prog. Ser. 96, 159-168 (1993).
  4. Stokesbury, K. D. E., Himmelman, J. H. Examination of orientation of the giant scallop, Placopecten magellanicus, in natural habitats. Can. J. Zool. 73, 1945-1950 (1995).
  5. Stokesbury, K. D. E., Harris, B. P., Marino, M. C., Nogueira, J. I. Estimation of sea scallop abundance using a video survey in off-shore USA waters. J. Shellfish Res. 23, 33-44 (2004).
  6. Malloy, R. Jr, Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D. E. Applying dredge and optical methods to compare sediment classification and size frequency of the sea scallop (Placopecten magellanicus). J. Shellfish Res. 34, (2), 657 (2015).
  7. Bethoney, N. D., Zhao, L., Chen, C., Stokesbury, K. D. E. Identification of persistent benthic assemblages in areas with different temperature variability patterns through broad-scale mapping. PLoS ONE. 12, (5), e0177333 (2017).
  8. NEFSC (Northeast Fisheries Science Center). Stock assessment for Atlantic sea scallops in 2014. 59th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (59th SAW) Assessment Report. U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 14-09 (2010).
  9. MacDonald, A. M., Adams, C. F., Stokesbury, K. D. E. Abundance estimates of skates (Rajidae) on the continental shelf of the northeastern USA using a video survey. Trans. Am. Fish. Soc. 139, 1415-1420 (2010).
  10. Marino, M. C. II, Juanes, F., Stokesbury, K. D. E. Effect of closed areas on populations of sea star Asterias spp. On Georges Bank. Mar. Ecol. Prog. Ser. 347, 39-49 (2007).
  11. Marino, M. C. II, Juanes, F., Stokesbury, K. D. E. Spatio-temporal variations of sea star Asterias spp. distributions between sea scallop Placopecten magellanicus beds on Georges Bank. Mar. Ecol. Prog. Ser. 382, 59-68 (2009).
  12. Rosellon-Druker, J. Describing echinoderm (Echinodermata) populations on Georges Bank and evaluating direct and indirect effects of marine protected areas on these populations. University of Massachusetts Dartmouth. Ph.D thesis (2016).
  13. Stokesbury, K. D. E., Harris, B. P. Impact of limited short-term sea scallop fishery on epibenthic community of Georges Bank closed areas. Mar. Ecol. Prog. Ser. 307, 85-100 (2006).
  14. Harris, B. P., Stokesbury, K. D. E. The spatial structure of local surficial sediment characteristics on Georges Bank, USA. Cont. Shelf. Res. 30, 1840-1853 (2010).
  15. Harris, B. P., Cowles, G. W., Stokesbury, K. D. E. Surficial sediment stability on Georges Bank in the Great South Channel and on eastern Nantucket Shoals. Cont. Shelf. Res. 49, 65-72 (2012).
  16. Anderson, S. C., Mills-Flemming, J., Watson, R., Lotze, H. K. Rapid Global Expansion of Invertebrate Fisheries: Trends, Drivers, and Ecosystem Effects. PLoS ONE. 6, (3), e14735 (2011).
  17. Murphy, H. M., Jenkins, G. P. Observational methods used in marine spatial monitoring of fishes and associated habitats: A review. Mar. Freshw. Res. 61, 236-252 (2010).
  18. Monk, J. How long should we ignore imperfect detection of species in the marine environment when modelling their distribution. Fish. Fish. 15, 352-358 (2014).
  19. O'Keefe, C. E., Carey, J. D., Jacobson, L. D., Hart, D. R., Stokesbury, K. D. E. Comparison of scallop density estimates using the SMAST scallop video survey data with a reduced view field and reduced counts of individuals per image. Appendix 3. 50th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (50th SAW) Assessment Report. U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 10-17 (2010).
  20. Cochran, W. G. Sampling Techniques. 3rd ed. John Wiley & Sons. New York. (1977).
  21. NEFMC. Final Framework 28 to the Atlantic Sea Scallop Fishery Management Plan with Environmental Assessment, Regulatory Impact Review, and Regulatory Flexibility Analysis. Newburyport, MA. Available from: http://www.nefmc.org/scallops/index.html (2017).
  22. Yochum, N., DuPaul, W. D. Size-selectivity of the northwest Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) dredge. J. Shellfish Res. 27, 265-271 (2008).
  23. Brand, A. R. Scallop ecology: distributions and behaviour. Scallops: biology, ecology and aquaculture. Shumway, S. Elsevier B.V. Amsterdam. (1991).
  24. Krebs, C. J. Ecological Methodology. Harper & Row Publishers Inc. New York. (1989).
  25. Stokesbury, K. D. E. Estimation of sea scallop, Placopecten magellanicus, abundance in closed areas of Georges Bank. Trans. Am. Fish. Soc. 131, 1081-1092 (2002).
  26. Adams, C. F., Harris, B. P., Stokesbury, K. D. E. Geostatistical comparison of two independent video surveys of sea scallop abundance in the Elephant Trunk Closed Area, USA. ICES J Mar Sci. 65, 995-1003 (2008).
  27. NEFMC. Final Framework 27 to the Atlantic Sea Scallop Fishery Management Plan with Environmental Assessment, Regulatory Impact Review, and Regulatory Flexibility Analysis. Newburyport, MA. Available from: http://www.nefmc.org/scallops/index.html (2016).
  28. CIE (Center for Independent Experts). Individual Peer Review Report. Review of Sea Scallop Survey Methodologies and their Integration for Stock Assessment and Fishery Management. New England Fisheries Science Center Scallop Survey Methods Peer Review Meeting 17-19 March 2015, New Bedford, MA (2015).
  29. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Research Set-Aside Program. Available from: https://www.nefsc.noaa.gov/coopresearch/rsa_program.html (2017).
  30. Marino, M. C. II, O'Keefe, C. E., Jacobson, L. D. Selectivity and efficiency of large camera video data from the SMAST video survey during 2003 - 2006: Appendix B7. 45th Northeast Regional Stock Assessment Workshop (45th SAW) Assessment Report. U.S. Dept. of Commerce. NEFSC Ref. Doc. 07-16 (2007).
  31. Chang, J., Hart, D. R., Shank, B. V., Gallagher, S. M., Honig, P., York, A. D. Combining imperfect automated annotations of underwater images with human annotations to obtain precise and unbiased population estimates. Methods Oceanogr. 17, 169-186 (2016).
  32. Hennen, D. R., Hart, D. R. Shell height-to-weight relationships for Atlantic sea scallops (Placopecten magellanicus) in offshore U.S. waters. J. Shellfish Res. 31, (4), 1133-1144 (2012).
  33. Jacobson, L. D., et al. Measurement errors in body size of sea scallops (Placopecten magellanicus) and their effect on stock assessment models. Fish. Bull. 108, 233-247 (2010).
  34. Mallet, D., Pelletier, D. Underwater video techniques for observing coastal marine biodiversity: A review of sixy years of publications (1952-2012). Fish. Res. 154, 44-62 (2014).
Metoder för Image-baserad undersökningar av bentiska Macroinvertebrates och deras livsmiljö som exemplifieras av undersökningen släpp kameran för den atlantiska havet pilgrimsmussla
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D. E. Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop. J. Vis. Exp. (137), e57493, doi:10.3791/57493 (2018).More

Bethoney, N. D., Stokesbury, K. D. E. Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop. J. Vis. Exp. (137), e57493, doi:10.3791/57493 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter