Waiting
Login processing...

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

Environment

מידול ספקטרום הגודל של מאקרוחסרי חוליות ודגים בזרם מערכות אקולוגיות

Published: July 30, 2019 doi: 10.3791/59945
Automatic Translation
1, 1,2, 3
1Center for Environmental Studies, Virginia Commonwealth University, 2Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of Tennessee, 3Department of Environmental Quality

Summary

זהו פרוטוקול לדגם את ספקטרום הגודל (שינוי קנה מידה בין המסה האישית צפיפות האוכלוסייה) עבור דגים משולבים ונתונים חסרי חוליות מנחלים ומנהרות. השיטות כוללות: טכניקות שדה לאיסוף דגים כמותיים ודגימות חסרי חוליות; שיטות מעבדה לתקנן את נתוני השדה; וניתוח נתונים סטטיסטיים.

Abstract

ספקטרום הגודל הוא יחס הופכי, שינוי קנה מידה בין מסת הגוף הממוצע (M) ואת הצפיפות (ד) של אנשים בתוך קהילה אקולוגית או מזון באינטרנט. חשוב להניח, שהספקטרום של הגודל מניח שהגודל האישי, במקום המאפיינים ההתנהגותיים או החיים של המינים, הוא הדטרמיננטה העיקרית של שפע בתוך מערכת אקולוגית. לפיכך, בניגוד ליחסים האלטומטריים המסורתיים המתמקדים בנתונים ברמת המינים (למשל, גודל הגוף הממוצע לעומת צפיפות האוכלוסייה), ניתוח גודל ספקטרום הם ' ataxic ' – דגימות בודדות מזוהות רק על ידי גודלם, ללא התחשבות של זהות מטקמי. מודלים בגודל ספקטרום הם ייצוגים יעילים של אתרי מזון מסורתיים, מורכבים וניתן להשתמש בהם בהקשר תיאורי כמו גם ההקשרים חזוי (למשל, חיזוי התגובות של צרכנים גדולים שינויים במשאבי הבסיס). מחקרים אמפיריים ממגוון מערכות אקולוגיות מימיות דיווחו גם על רמות מתונות של דמיון במדרונות הגודל, ומציעים כי תהליכים משותפים עשויים לווסת את מחולות האורגניזמים הקטנים והגדולים במסגרות שונות מאוד. זהו פרוטוקול למודל ספקטרום ברמת הקהילה בזרמים וניתן. הפרוטוקול מורכב משלושה צעדים עיקריים. ראשית, לאסוף דגים כמותיים benthic ו חסרי חוליות דגימות שניתן להשתמש בהם כדי להעריך את הצפיפות המקומית. שנית, לתקנן את הדגים ואת הנתונים החסרי חוליות על ידי המרת כל האנשים ליחידות ataxic (כלומר, אנשים מזוהים לפי גודל, ללא קשר לזהות מטקמית), ו סיכום אנשים בתוך כניסה2 בגודל תיבות. שלישית, השתמש ברגרסיה ליניארית כדי לדגמן את הקשר בין הערכות ataxic M ו- D . הוראות מפורטות מסופקות בזאת כדי להשלים כל אחד מהצעדים הללו, כולל תוכנה מותאמת אישית כדי להקל על הערכה D ומידול גודל ספקטרום.

Introduction

גודל הגוף יחסים בקנה מידה, כגון הקשר החיובי בין מסת הגוף לבין שיעור מטבולית, ידועים ברמת האורגניזם הבודד וכעת הם לומדים ברמות גבוהות יותר של ארגון1,2,3 . מערכות יחסים אלה אלמטריות הן לרוב פונקציות כוח-חוק של הטופס Y = aMb, כאשר Y הוא משתנה הריבית (למשל, מטבוליזם, שפע או גודל הבית), M הוא מסת הגוף של יחיד או ממוצע אדם, b הוא מקדם שינוי קנה מידה, והוא קבוע. לנוחות סטטיסטית, נתוני Y ו- M משתנים בדרך כלל לפני הניתוח ולאחר מכן מעוצב באמצעות משוואות לינאריות של יומן הרישום (Y) = log (a) + b יומן רישום (M), כאשר b ו-log ( a) הופך לשיפוע מודל ליניארי ולחיתוך, בהתאמה.

ספקטרום הגודל הוא סוג של קשר אלמטרי החוזה צפיפות (D, מספר האנשים לאזור היחידה) או ביומסה (ב, מסה מסוכם של אנשים לכל אזור יחידה) כפונקציה של M (ראה סעיף 4 לתוספת מידע אודות השימוש באומדנים ' מנורמל ' D או B .) כמו שדרוג משני הקשרים בין m ו -D או בין m ל- B, ספקטרום הגודל ממלא תפקיד מרכזי באקולוגיה בסיסית ויישומית. ברמת האוכלוסייה, ביולוגים לעתים קרובות לפרש מערכות יחסים D Image 1 שליליות כמו ראיות של הישרדות תלוי צפיפות או כמודלים של המערכת האקולוגית כושר הנשיאה (כלומר, החוק העצמי לדילול)4, 5. המשך ברמת הקהילה, מערכות יחסים B Image 1 M ניתן להשתמש כדי ללמוד את ההשפעות ברמת המערכת של אנתרופוגניים רטבאליות, כגון דיג סלקטיבי גודל6,7. קנה מידה אלמטרי של D ו- B עם M הם גם מרכזי המאמצים האחרונים לאחד את האוכלוסיה, קהילה, ואקולוגיה אקולוגית2,8,9.  

אחד המאפיינים החשובים במיוחד של ספקטרום גודל הוא העובדה שזה לגמרי ataxic9,10. נקודה זו קלה לפספס בעת השוואת החלקות של הנתונים D Image 1 m או B Image 1 m , אך ההבחנה בין דגמי הטקמית לבין מודלים ataxic היא קריטית. בדגמי מסים, ערך M בודד משמש לייצוג מסת הגוף הממוצעת של כל אדם במין מסוים או בטקא11. בדגמי ataxic, כל האנשים בתוך ערכת נתונים מחולק למחיצות בין סדרה של מרווחי גודל הגוף או בתאי M , ללא קשר לזהות הטקמית שלהם12. האחרונה, הגישה ataxic הוא יתרון בתוך מערכות אקולוגיות מימיות שבו התערוכה הרבה מיונים לא מוגדר צמיחה וניסיון אחד או יותר משמרות האונטגנטיות בהתנהגות האכלה; במקרים אלה, ממוצע ברמת מינים בודד, מטשטש את העובדה כי מינים יכולים למלא תפקידים פונקציונליים שונים במהלך ההיסטוריה החיים שלו9,13,14.  

כאן, אנו מציגים פרוטוקול מלאה כדי לכמת את הספקטרום גודל בתוך נחלים ובעל נהרות. הפרוטוקול מתחיל עם שיטות דיגום השדה כדי לאסוף את הדגים הדרושים ואת הנתונים benthic macroinvertebrate. הדגים ייאספו בתהליך הדגימה ' שלוש מעבר מחסור '. השפע לאחר מכן יהיה מוערך מנתוני המחסור עם שיטת Zippin15. בדגימת דלדול, דגים בודדים בתוך מחקר סגור להגיע (כלומר, אנשים לא יכולים להיכנס או לעזוב את הגישה המצורפת) יוסרו מן ההישג דרך שלוש דגימות רצופות. כך, מספר הדגים הנותרים יהיה לרוקן בהדרגה. מתוך מגמה זו של דלדול, שפע מוחלט בתוך להגיע למחקר יכול להיות מוערך ולאחר מכן המרה ל -D (דגים לכל מטר2), באמצעות שטח הפנים הידוע של המחקר להגיע. מאקרוחסרי חוליות ייאספו עם דוגמי תקן בשטח קבוע, ואז זיהה ונמדד במעבדה.

לאחר מכן, הנתונים המשולבים של הדגים והmacroinvertebrate יחולק בין פחי הגודל. באופן מסורתי, באוקטבה או ביומן הרישום2 (כלומר, מרווחי ההכפלה) נעשה שימוש כדי להגדיר את גבולות הסל בגודל16. לאחר רשימה של פחי הגודל כבר הוקמה, חלוקה למחיצות של מאקרוחסרי חוליות בודדים בין הסלים שלהם בהתאמה הוא פשוט כי חסרי חוליות ממוספרים ישירות כמו מספר אנשים לכל אזור יחידה. עם זאת, הערכת בתאי הדגים בתוך פחי הגודל מופשטת יותר מכיוון שהערכות אלה ממוהסיק מנתוני המחסור. הוראות מפורטות מסופקות אפוא להעריך שפע דגים בתוך פחי גודל, ללא קשר לזהות מטקמית, מתוך נתונים לדוגמה דלדול.

לבסוף, הרגרסיה הליניארית תהיה בשימוש כדי לדגמן את ספקטרום הגודל. פרוטוקול זה תואם באופן מלא עם המקורי, השיטה הכללית של קר ודיקי16 וזהה השיטות המשמשות על ידי Mcגארק וקירק, 201817 במחקר של דגים וספקטרום חסרי חוליות גודל ב מערב וירג נחלים. על ידי שימוש בפרוטוקול זה, החוקרים יכולים להבטיח כי התוצאות שלהם הם באופן ישיר עם מחקרים אחרים שבונים על קר ודיקי16, ובכך מאיץ הבנה רחבה וחזקה של מערכות יחסים בגודל גוף מים מתוקים מערכות אקולוגיות ומנגנונים שמכוננים אותם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים מוסדיים (IACUC) של אוניברסיטת וירג.

1. איסוף ועיבוד של דגימות דגים

  1. בידוד דגים בתוך המחקר מגיעים ליצירת מכלול דגים סגור
    1. לזהות את המעלה במעלה ובמורד הזרם (הכיוון הוא ביחס מודד הפונה "במעלה" וכלפי זרם המים) הקצוות של המחקר ולאחר מכן לסמן את הקצוות עם בסימון נשלף קלטת.
      הערה: האורך הכולל של המחקר להגיע הוא שרירותי, אבל צריך להיות מספיק זמן כדי להקיף את הבחירה נציג של סוגי הגידול השונים (למשל, שיניים, ריצה, בריכות, בנקים לערער) נוכח בתוך הנחל כולו. ברוב המקרים, הגעה ללימודים של 100 עד 200 מ' תהיה נאותה.
    2. למדוד את רוחב ערוץ זרם מוחדר ב 5-10 הפלגים, מופץ באופן שווה לאורך אורך המחקר להגיע. הערכת שטח המשטח הכולל של המחקר להגיע כרוחב הערוץ הממוצע מוכפל באורך הכולל של ההישג.
    3. רשתות בלוק מאובטחות (כלומר, סיירינות עם ציפה בשורה העליונה ומשקולות בשורה התחתונה) מעבר לערוץ הנחל במעלה הזרם ובקצה הזרם של המחקר להגיע. השתמש בינוני כדי רשתות רשת גסה (6.3 — 9.5 מ"מ או 1/4 — 3/8 שינוי אינץ) כדי למזער את הצטברות של פסולת וסתימת. אין להשתמש ברשתות שינוי גדול (> 20.5 מ"מ) כדגים קטנים יעברו.
      הערה: לפני הדגימה, להכין ערכת החבלול הכוללת: (i) 8 ארוך (≥ 15 מטר אורך) פיסות של חבל פוליפרופילן (9.5 מ"מ או 3/8 בקוטר אינץ); ו (ii) 8 מצלמת-פעולה עניבה למטה רצועות. אין להשתמש ברצועות הפעולה של רעשן, כיוון שאלה יכולות להצמיד ולגרום לפציעה חמורה כאשר הטעינה שלהם משתחררת.
      1. בקצה המעלה של המחקר להגיע, לאתר עץ, שורש, סלע גדול, או חפץ אחיד אחר שניתן להשתמש בהם כדי לעגן רשת בכל צד של הנחל. הזמינות של נקודות עיגון מתאימות בכל צד של הנחל תשפיע על מיקומו של הגבול במעלה הזרם.
      2. בחר חתיכה אחת של חבל פוליפרופילן וליצור לולאה בכל קצה באמצעות קשר קו הקשת. השתמש רק קשר קו הקשת, כמו קשרים אחרים עשויים להיות אטום לצמיתות כאשר נחשפים לחות ומתח גבוה. להוראות על קשירת קשר לקו הקשת, ראו איור 1.
      3. עטפו את החבל סביב העץ/השורש/הסלע והאכילו את הלולאה בקצה אחד דרך הלולאה בקצה השני כדי ליצור נקודת עיגון (איור 2). לקצר או להאריך את עוגן החבל על ידי הוספה או הסרה של גולש סביב העץ/השורש/סלע.
      4. חזור על שלבים 1.1.3.1-1.1.3.3 כדי ליצור נקודת עיגון שנייה בצד הנגדי של הזרם.
      5. ליצור לולאה בקווים בכל אחת מארבע הפינות של נטו לחסום באמצעות קשר קו הקשת. השתמש רק בקשר קו-קשת (איור 1).
      6. לחבר את שני הצדדים של השורה העליונה של נטו לחסום (קו עם צף) נקודות העיגון באמצעות מצלמת לקשור את הרצועות. הכנס את הקרסים בכל קצה של הרצועה העניבה למטה לתוך לולאות בפינות של נטו לחסום ואת נקודות העיגון (איור 2). משוך את הרצועה החופשית של רצועת העניבה למטה דרך אבזם מצלמת להדק כל נקודת מגע.
        הערה: כדי לשחרר מתח על עוגנים (עבור כוונון net הגדרת בלוק או כדי להסיר את הרשת לחסום כאשר הדגימה מלאה), לדכא את לחצן מצלמת על כל אחד הרצועות העניבה.
      7. לאבטח את השורה התחתונה של נטו לחסום (את הקו עם משקולות) על ידי הצמדת אותם לבנק זרם עם יתדות האוהל.
      8. להקים גושפנקה עם החלק התחתון של הנחל באמצעות אבנים גדולות כדי להצמיד את נטו לחסום למטה. מניחים סלעים בצד הרשת. מול הזרם ודאו שראש הרשת נותר מעל פני המים (איור 2). התאם את הגובה (ים) של נקודות העיגון לפי הצורך.
      9. הגדר נטו בלוק שני על-ידי שלבים חוזרים 1.1.3.1-1.1.3.8 בקצה הזרם המורד של המחקר.
  2. לבצע את הראשון של 3 דגים מחסור בדגימה בתוך להגיע למחקר המצורף. הפרוטוקול הזה מניח שניתן להשיג מכשיר לדייג תרמיל גב, וכל אנשי צוות הסקרים מאומנים כראוי להשתמש בו. ניתן להשתמש בשיטות אחרות אך לא להיות יעילות באיסוף דגימות דגים מייצגים.
    הערה: בזרמים קטנים, 4-5 אנשים הוא גודל הצוות האידיאלי: אחד כדי להפעיל את החשמל, שניים כדי לנטו דגים המום, ואחד או שניים לשאת מחזיק דליים המעבורת לכוד דגים. כמו כן, דיג התרמיל עשוי לגרום לפציעה משמעותית, הן להזרים דגים ובני אדם18. לכן חיוני לנהוג בזהירות ולקבל הכשרה נאותה.
    1. החל מקצה הזרם הסגור של המחקר המצורף, הפוך את התרמיל והזז בכיוון הזרם. ההתקדמות באיטיות, מעבר מצד לצד במהלך המחקר להגיע כדי להבטיח את כל בתי הגידול מופע הם שנדגמו. מעבר הדלדול הראשון מושלם כאשר מגיעים לרשת המעלה.
    2. לאפשר לאנשי הצוות התומכים לעקוב אחר המנהיג (מי שמפעיל את החשמל), איסוף דגים המומים עם רשתות הטבילה כפי שהם מאותרת ומעבירים אותם דליים זמניים, ואז להחזיק אמבטיות גז. השתמש בסוללה קטנה מופעל "משאבות פיתיון" עם אבנים מרססים כדי להבטיח כי הדגים שנתפסו להישאר בריאים.
      1. שימו לב במיוחד לדגים קטנים מאוד וצעירים מאוד, כפי שהם קשה לזהות וללכוד. כאשר לכידת הדגים הקטנים ביותר הוא יעיל מאוד, התוצאות עשויות להיות מוטה. במקרה זה, ייתכן שיהיה צורך להסיר את המחלקות הקטנות ביותר של יומן הרישום מנתוני הדג, לפני הערכת הצפיפויות בתוך כניסה לתאי מידה2 (ראה שלב 3.2.2).
        הערה: הצלחה ברשת והדגים המומים תשתנה עם מספר תנאים ביולוגיים וסביבתיים. למשל, מים שבהם הניראות נמוכה, מאלץ את היכולת לאתר וללכוד דגים ביעילות; אם העכירות גבוה מדי, יש לתזמן מחדש את הדגימה, או לבחור באתר דגימה חלופי.
  3. עיבוד דגים שנאספו במעבר המחסור הראשון
    1. . לקבוע אם יהיה צורך בהרדמה דגים חיים קשה לעתים קרובות לטפל, והרגעה עשוי להיות נחוץ כדי למזער את הלחץ ואת הפציעה של דגימות דגים. אם נעשה שימוש בהרדמה, שתי אפשרויות הן רבות (נכון לאפריל 2019) זמין: Tricaine-S (טריקיין מתיונין, MS-222) פחמן דו חמצני (סודה לשתיה).
      הערה: tricaine-S כרוך תקופת החזקת 21 יום לפני דגים חשופים יכול בבטחה להיות נצרך19,20, אבל זה כרגע (כמו באפריל 2019) דג הרגעה היחיד שאושרו על ידי המזון האמריקני ומינהל התרופות.
    2. בעת שימוש בהרדמה, בצע בזהירות את כל ההוראות שסופקו עם מוצר הרדמה. בכל המקרים, מערבבים את תרכובת ההרדמה באמבט מים מוגזים. לטבול דגים שנאספו באמבטיה עד הרגעה הוא נצפתה. פעם הרגעה, לעבד את הדגים מהר ככל האפשר, כמו חשיפה ממושכת להרדמה עלולה לגרום למוות.
    3. השתמשו ברשתות טבילה קטנות כדי לאחזר דגים שנדגמו ממיכל ההחזקה (עם או בלי הרדמה), בנפרד או בקבוצות קטנות, לזיהוי. מניחים את הדגימות של פלסטיק לבן או מגשי אמייל ולהשתמש מלקחיים וכוסות מגדלת לבדיקה. השתמש במפתחות זיהוי מקומיים או אזוריים (לדוגמה, "הדגים של אוהיו")21 כדי לסייע בזיהוי.
    4. אורך הכולל מידה (מקצה של חוטם לסוף caudal סנפיר) עבור כל דגימה לאחר מכן שוקלים על איזון שדה. אם נעשה שימוש במאזן אלקטרוני, בחרו באחד ה0.1 או בדיוק 0.01 g. שמור על תיבת פלסטיק שקופה על יד להשתמש, לפי הצורך, כמו רוח וגשם מבלבל (זה חייב להיות גדול מספיק כדי לכסות את האיזון והדגימות שנשקלת).
    5. הקלט את כל המידע (זהות מינים, אורך כולל ומשקל) על גיליונות נתונים עם אטימות. דוגמה הניתנת להדפסה של דף נתונים של דג מסופקת בקובץ המשלים 1.
    6. לאחר עיבוד, להחזיר את הדגים לסל החזקת/התאוששות נפרד. כאשר כל הדגים עובדו, שחררו אותם במורד הזרם של רשת בלוק הזרם.
      הערה: אם בטעות לשחרר אותם לתוך המחקר הסגור שלך להגיע, אתה תהרוס את המדגם שלך! אם שימשו הרדמה, לחכות כדי לשחרר עד שכל הדגים התאושש וחזר שיווי משקל.
  4. ביצוע המחסור השני והשלישי מעביר
    הערה: אם מגמת מחסור חזקה אינה נגרמת בשלושת המעברים הראשונים (דהיינו, אם מספר הדגים שנדגמו לא נדחה באופן ניכר על ידי המעבר השלישי), ייתכן שיעברו מעברים נוספים כדי להעריך במדויק את הדגים בשפע22. הזמן מאפשר, לעתים קרובות רעיון טוב לבצע באופן יזום 4 או 5 אישורי מחסור רצופים.
    1. בדקו שרשתות הזרם. המעלה והמטה עדיין מאובטחות אם פסולת משמעותית נאסף ברשת בלוק, להסיר אותו על ידי איסוף ביד.
    2. לאסוף את השאר הדגימות לעבור מחסור על ידי שלבים חוזרים 1.2 – 1.3. ודא שמאמץ הדגימה נשאר עקבי בין כל שלושת המעברים. השתמש בקצב של תנועה זהה (העיתוי מומלץ לתהליך) ואותם אנשי צוות לסקור מחדש את הגישה לדגימה.
  5. כשתסיים, פרק את רשתות הבלוק והסר את כל חומרי העיגון.

2. איסוף ועיבוד של דגימות macroinvertebrate בנתיים

  1. בחר באתרים מדגם benthic macroinvertebrate, בגבולות הגישה לדגימת הדג, המייצג את הסוגים העיקריים של בתי גידול פיזיים (למשל, שיניים או ריצות) שנצפו במחקר.
  2. באמצעות דוגם אזור קבוע, לאסוף את המדגם הראשון benthic macroinvertebrate. בזרמים רדודים עם נרחב חצץ לאבן בגודל החומר, את הדוגם Surber ואת הדוגם הס הם המכשירים הנפוצים ביותר, אבל כל דוגם באזור קבוע ניתן להשתמש. כאשר מדגימות סוגים אחרים של בתי גידול בהם התקנים אלה אינם פועלים, התייעץ עם מריט et al. . והאואר 23 , ושרש24
    1. מניחים את המכשיר דגימה בחוזקה על הקצה התחתון עם אוסף לדוגמה נטו מונחה במורד הזרם; להעביר יסוי גדול לפי הצורך כדי ליצור חותם המשרד עם המצע.
    2. השתמש חוט או מברשת פלסטיק כדי לקרצף במרץ את המצע בתוך אזור הדגימה לתקופה של 2 דקות, ומאפשר לבני מאקרוחסרי חוליות להיסחף לתוך נטו לדוגמה.
    3. העבר את תוכן המדגם מהרשת לצנצנת פלסטיק וכיסוי עם אלכוהול איזופרופילי 70% לשימור. תייג את הצנצנת ואחסן אותו. במקום בטוח להעברה למעבדה
  3. לאסוף ולשמר דגימות macroinvertebrate בנינו נוספים, חוזר שלב 2.2.
    הערה: מספר הדגימות הmacroinvertebrate שיש לאסוף משתנה ושרירותי במקצת. באופן אידיאלי, 5 — 10 דגימות שכפול יש לאסוף ונשמר בנפרד. לכל הפחות, 3 שכפול דגימות יש לאסוף.
  4. החזר את כל הדגימות שנאספו למעבדה לצורך עיבוד.
    הערה: אלכוהול איזופרופיל הוא נוזל דליק, ואם הדגימות השמורות יישלחו דרך הקרקע או המוביל האווירי, יהיה צורך להשלים תחילה ולספק את כל החומרים מסוכנים הרלוונטיים/הכשרה טובין מסוכנים, אריזה, ומשלוח דרישות.
  5. במעבדה, מיון וזיהוי דגימות macroinvertebrate benthic שהשתמרו בנינו.
    1. הפרד בין הדגימות משקעים עדינים באמצעות שפיכת תוכן מדגם בזהירות לתוך מסננת משובח (לדוגמה, 125 או 250 μm) ושטיפה.
    2. העבר שוטפים תוכן למגש פלסטיק לבן או אמייל, לכסות עם נפח קטן של מים, ובאופן ידני לבחור חסרי חוליות מן השאריות הנותרות עם מלקחיים נקודה עדינה. מניחים מאקרוחסרי חוליות שחולצו במיכל קטן של אלכוהול איזופרופילי 70%.
      הערה: אם כמות גדולה של צמח גס או שאריות מינרלים מעורבבים עם התוכן לדוגמה, מה שמקשה על הצגת חסרי חוליות במגש, ייתכן שיהיה צורך לעבד את תוכן המדגם הנותר על-ידי החלוקה הראשונה של החומר והעבודה עם כמה כמויות קטנות יותר.
    3. משתמש במיקרוסקופ סטריאו עם מיקרומטר עינית המותקן באחד מחלקי העיניים, מזהה דגימות לרמה המעשית הנמוכה ביותר. ברוב המקרים, זה יהיה משפחה או סוג רמה.
      הערה: עיבוד וזיהוי התוכן המלא של מדגם חסרי חוליות יחיד ידרוש לעתים קרובות 2-5 שעות או יותר. תקציב זמן מספיק ולהיות בטוח כי הספרייה המתאימה של מפתחות מטקמיים25,26,27,28 זמין לסייע בזיהוי.
    4. השתמש במיקרומטר העינית בתוך המיקרוסקופ מיקרוסקופ כדי למדוד את אורך הגוף המלא של כל אחד מהדגימות. אם המדידה אורך הגוף אינה אפשרית (למשל, פגום או חסר בטן), המדידה של רוחב קפסולת הראש עשוי להספיק.
    5. הערכת המסה יבש בודדים (M) עבור כל מדגם באמצעות אורך הגוף או כמוסה הראש מדידות רוחב ו -taxon-אורך הגוף ספציפי לעומת או רוחב ראש לעומת משוואות רגרסיה ממקורות שפורסמו 29, . בסדר, 30 לדוגמה, משוואת אורך הגוף האמפירי (mm) vs. M (mg) שדווחה ב-benke et al. 29 עבור הסיליס האלטוס. (מגלואים, סיאליתיים) הוא M = 0.0031 × סה"כ אורך2.801. לכן, M המשוער עבור הדגימה sialis sp עם אורך כולל של 15 מ"מ הוא 6.104 mg.
      הערה: אם משוואת אורך שפורסם לעומת M אינה זמינה עבור taxon מסוים, החלף את המשוואה המתאימה ברמה גבוהה יותר של רזולוציה מטמית (לדוגמה, החלפת משוואת רמת המשפחה המתאימה כאשר משוואת רמת הסוג מ אינו זמין) או מ-טקסון הקשור באופן הדוק עם צורת גוף דומה.

3. הערכה של דג ו-macroinvertebrate צפיפויות בנתיק בתוך כניסה2 פחים בגודל

הנפשה הממחיש כיצד לעצב את הדג ואת נתוני חסרי חוליות לשימוש בניתוח גודל ספקטרום זמין ב http://bit.ly/SizeSpectraDensities.

  1. להקים סדרה של היומן בגודל2 פחים שיכלול את כל היצורים החסרי חוליות והדגים, החל בmacroinvertebrate benthic הקטן ביותר לדגים הגדול ביותר. ודא כי כל הערכות הגודל הן ביחידות של mg יבש המסה.
    הערה: לצורך עקביות, אנו ממליצים על פחי הגודל המשמשים את מקגארי וקירק17. אלה סלים גודל נע בין 0.0001 ל 214,748.3648 mg. גיליון אלקטרוני עם המגבלות הנמוכות והתחתונות עבור כל אחד מתיבות ה-31 האלה של היומנים מסופקים בקובץ המשלים 2.
  2. מעריכים שפע של דגים בתוך כל אחד מפחי הגודל המתאימים.
    1. ראשית להמיר את כל משקולות דגים בודדים מ-g רטוב מסה (הוקלט על גיליונות נתונים השדה) ל-mg המסה יבש. רטוב-להתייבש פקטור המרה של ווטרס31 (1 g המסה רטוב = 0.2 g יבש המסה) ניתן להשתמש לאחר המרה מ-g ל-mg.
    2. סכום המספר הכולל של הדגים הבודדים שנתפסו בתוך כל אחד מפחי הגודל המתאימים (ללא קשר לזהות המינים) במהלך דגימות המחסור הראשון, השני והשלישי. דוגמה מופיעה בקובץ המשלים 2.
      הערה: מידת הדגימה הגסה של דגים קטנים מאוד נפוצה בדגימת דגי הקיטור, והיא תהיה ברורה כאשר אנשים מסוכם בתוך כניסה לתאי מידה2 ; הדגים הקטנים ביותר יהיו בבלוט נמוך יותר מאשר בסלים גדולים יותר (למשל, 5 לעומת 100 אנשים בפחים בגודל הסמוך). הסר את הסלים2 בגודל היומן שאינם משוחדים באופן ברור לפני ניתוח הגודל של ספקטרום (ראה שלב 4).
    3. להשתמש במשוואה הסבירות מקסימלית של zippin15,32 כדי להעריך הכולל דגים שפע (n) בתוך סל הדגים הקטן ביותר.
      1. התחל בחישוב סטטיסטיקת X בינונית כ
        Equation 1
        היכן שאני מציין את מעבר הדגימה הראשון (i = 1, 2, 3, וכו '), k מייצג את המספר הכולל של מעברים (k = 3, אלא אם המעברים הנוספים נסקרו), ו- Cאני הוא הכולל ספר הדגים שנתפסו במהלך המעבר.
      2. חשב את הערכת הסבירות המירבית של n על-ידי החלפת ערכי n בצורה מרבית במשוואה 2 עד
        Equation 2
        כאשר T הוא המספר הכולל של אנשים שנלכדו במהלך מעברי k וכל המשתנים הנותרים מוגדרים לעיל במשוואה 1.
      3. אם ספירת אפס נצפתה במדגם הראשון, השני, או השלישי, הערכת n כסכום של אנשים שנלכדו בין שלושת דגימות המחסור. דוגמא שעבדה על משוואות 1 ו -2 מופיעה בקובץ המשלים 2.
        הערה: מספר יישומי תוכנה ניתן להשתמש כדי לחשב הערכות שפע של זיפין מדגימות דלדול, כגון ' הסרה ' הפונקציה R חבילת ' FSA ' (הערכת דיג מניות)33. עם זאת, הוא מאלף יותר לפתור באופן ידני משוואות 1 ו 2 בגיליון אלקטרוני. הוראות מפורטות מסופקות לוקווד שניידר34 ו קובץ משלים 2.
    4. חזור על שלב ה3.2.3 עבור כל אחד מסלי גודל הדג הנותרים.
    5. המר את ההערכה n עבור כל סל גודל המכיל דגים להערכת 1 m2 הערכה על-ידי חלוקת n על-ידי הערכת השטח הכולל הערכה של ההישג הסקר משלב 1.1.2 לעיל. למשל, אם האומדן n הוא 70 דגים והשטח של ההישג הנסקר הוא 1,200 m2, ואז D = 0.058 דגים/m2.
  3. הערכת שפע macroinvertebrate שפע בתוך log2 גודל תיבות על-ידי צירוף תוצאות מכל אחד מדגימות השדה (כלומר, לשלב תוצאות של דגימות שכפול לתוך רשימה אחת של דגימות בודדות), ולאחר מכן סיכום המספר הכולל של אנשים בתוך כל סל בגודל.
    הערה: אם משוואות האורך-המסה המשמשות בשלב 2.5.5 לייצר הערכות משקל בודדות ביחידות של מ. ג. המסה יבש, אין המרה יחידה נוספת הכרחית עבור מאקרוחסרי חוליות benthic.
  4. הערכת benthic macroinvertebrate D בתוך כל סל גודל כמו
    Equation 3
    לדוגמה, אם 6 דגימות macroinvertebrate benthic נאספו עם התקן הס רגיל (שטח המשטח = 0.086 m2) ו סך של 110 אנשים נספרו בתוך סל בגודל נתון, הערכה D עבור סל בגודל זה הוא 213 אנשים/m2 .
  5. שילוב תוצאות d עבור דגים ומאקרוחסרי חוליות לתוך טבלה אחת של הערכות D עבור היומן2 גודל תא. אם מתרחשים דגים וחסרי חוליות באותו סל באותו גודל (אירוע נדיר שעשוי להתרחש עבור חסרי החוליות הגדולים ביותר והדגים הקטנים ביותר), סכם את האומדנים המתאימים שלהם כדי לקבל הערכה ברה מוחלטת עבור סל בגודל זה.
  6. מחק את כל סוגי ' הרישום ' הריקים בגודל2 (כלומר, סלי גודל עם ערכי D של אפס), כאשר הסלים הריקים יהטיה בדגמי הרגרסיה הליניארים המשמשים להערכת גודל הפרמטרים של ספקטרום35,36.

4. מידול הmacroinvertebrate הבנתיים והספקטרום גודל הדג

  1. הערכת המסה היבשה הממוצעת עבור כל אחד מסוגי היומן (Ḿ) באמצעות אחד מהערכים הבאים: (i) הערך המינימלי (גבול תחתון) עבור כל סל גודל; (ii) הערך המירבי (גבול עליון); (iii) הממוצע האריתמטי (של המינימום והמקסימום); או (iv) הממוצע הגיאומטרי (של המינימום והמקסימום)35.
    הערה: בדוגמאות המוצגות להלן, Ḿ הוערך כממוצע האריתמטי של כל אחד מסוגי היומן בגודל2 (ראה קובץ משלים 2).
  2. ' לנרמל ' את האומדן D עבור כל אחד בגודל של יומן הרישום על ידי חלוקת אותו ברוחב המתאים (כלומר, ההבדל בין הגבול העליון והתחתון)16,35. פעולה זו תמנע את מרווחי הגודל של יומן הרישום שאינם אחידים מיצירת הטיה בדגמי הרגרסיה הלינארית המשמשים להערכת גודל הפרמטרים של ספקטרום35,37,38.
  3. Log10 המרה של כל הנתונים Ḿ ו - Image 1 Ḏ כדי להמיר את קשרי הגומלין של המערכת לקשר גומלין ליניארי. לאחר מכן השתמש ברגרסיה לפחות רגילה עם כניסה10(Ḿ) ו-log10(Ḏ) הנתונים כדי לדגם את ספקטרום הגודל כ 
    Equation 4
    כאשר log10(a) הואנקודתהחיתוך ו- b הוא השיפוע של מודל הספקטרום של הגודל הליניארי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

תוצאות מיוצר, כולל נתוני השדה המקורי, מוצגים עבור מזלג השיגור, מערב וירג, נחל קטן בדרום מערב וירג. בגודל נוסף ספקטרום מודל תוצאות מוצגים גם עבור שני זרמים אחרים באותו אזור: מחנה קריק ו בקתת קריק, מערב וירג. אלה הם שלושת אתרי המחקר הכלולים McGarvey ו קירק17, אבל הנתונים המוצגים כאן הם מדגימות חדשות שנאספו במאי 2015. עבודה מלאה, דוגמה ידנית לתהליך המידול של הגודל ספקטרום כלולה עבור נתוני הסתעפות השיגור בקובץ משלים 2. לחילופין, כל החישובים יכולים להיות אוטומטיים עם יישום בגודל מותאם אישית של ספקטרום (ראה איור 3) ב http://bit.ly/SizeSpectra.

בכל אחד משלושת זרמי המחקר ברור, קשר שלילי Ḏ Image 1 Ḿ זוהה עבור משולב macroinvertebrate benthic ונתונים דגים (איור 4). מדרונות גודל ספקטרום היו כל בין-1.7 ו-1.8, עם חופפים 95% מרווחי ביטחון (כלומר, ± 1.96 שגיאות סטנדרטיות). דמיון זה במדרונות הגודל ספקטרום עולה כי שפע פוחתת עם גודל הגוף הגדל בשיעור שווה בערך בכל שלושת הזרמים. עם זאת, ספקטרה גודל שונות מיירט מראה כי הבדלים הכולל Ḏ משתנה בין נחלים, עם צפיפויות הגבוהה ביותר בקמפ קריק (יירוט = 0.71) וצפיפויות נמוכות הרבה יותר בבקתה קריק (יירוט = 0.07). 

Figure 1
איור 1. איור ארבעת השלבים של קשר קו הקשת.
האיור המקורי נוצר על ידי לואיס Dantas והוא זמין ב https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bowline_in_four_steps.png. תמונה זו מופצת באופן חופשי תחת רישיון CC-BY-SA-3.0 מלאי (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
. איור 2 איור של הגדרת בלוק נטו.
החלונית העליונה מציגה את המראה הכללי והכיוון של רשת בלוק מאובטחת. החלונית התחתונה מדגישה שלבי מפתח לאבטחת רשת בלוק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
. איור 3 לכידת מסך של היישום ספקטרום גודל.
התוכנה מתארחת באינטרנט (http://bit.ly/SizeSpectra) וכל הפונקציות נגישים באמצעות ממשק משתמש פשוט וגרפי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4. בגודל ataxic ספקטרום מגרשים משלושה נחלים מערב וירג.
נתוני הmacroinvertebrate והדגים נבדלים בצבע. בכל אחת מההתוויה, ממוצע המסה היבש הממוצע (Ḿ) בתוך סלי בגודל של log2 מוצג על ציר ה-xודחיסות מנורמלת (Ḏ) מוצג על ציר ה- y. קווי רגרסיה לפחות ריבועים מונחים על כל חלקה עם מדרונות מודל ליניארי (איטי.), מיירט (int.), ומקדמי של נחישות (r2). שגיאות סטנדרטיות נכללות בסוגריים עבור מדרונות ומודעות. כדי לסייע בהשוואה, כל צירי ההתוויה מוצגים בקנה מידה זהה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
. איור 5 מערכת היחסים של הגוף הטקאני לעומת צפיפות במזלג השיגור
כל נקודת נתונים (יהלום) מייצגת מסת הגוף ממוצע (M, יבש המסה) ו צפיפות מוערך (D) של taxon יחיד. מודלים של רגרסיה ליניארית מוצגים בנפרד עבור חסרי חוליות ועבור דגים (קווים שחורים מקווקווים), כמו גם משולבים מטקא (קו אפור מלא). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

קובץ משלים 1. גיליון נתוני שדה לדוגמה המשמש להקלטת זהויות, אורכי ומשקולות של דגים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ משלים 2. דוגמה לעבודה מלאה של תהליך הדוגמנות בגודל ספקטרום, באמצעות macroinvertebrate תיק ונתוני דגים (מאי 2015) מתוך מזלג Slaunch מערב וירג. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

זה בגודל ataxic הפרוטוקול ספקטרום יכול לשמש לכמת ומודל גודל המודל בתוך קהילות של זרם דגים חסרי חוליות. מחקרים בגודל הקודם ספקטרום של זרם מערכות אקולוגיות נעו ממחקר תיאורי בסיסי39,40 השוואות לאורך נהר האורך בפרופיל41 ובין אזורים יוגיאוגרפי שונים42. השוואות עונתיות בוצעו43,44 ולאחרונה, שינויים עונתיים הפרמטרים של ספקטרום הגודל קושרו לטמפרטורת המים והידרולוגיה17. מדרונות הגודל ספקטרום יש גם שימשו כדי להעריך הזנה העברת יעילות בקרב הזנה ברמות רצופות45,46, בעוד ספקטרום ספקטרה מיירט שימשו proxy עבור קיבולת האינטרנט מזון או פרודוקטיביות אקולוגית 47 , 48. אלה דוגמאות מגוונות להדגים כי מודלים בגודל ספקטרום ניתן להחיל הקשרים שונים רבים. יתר על כן, כאשר ההתאמות הנחוצות נעשים בשיטות הדגימה, ניתוח גודל ספקטרום חלים על סוגים אחרים של מערכות אקולוגיות, כולל נהרות גדולים48,49,50, אגמים51 ,52,53, וסביבות ימיות54,55,56.

שאלה אחת שעלולה להתעורר כאשר בהתחשב בניתוח הספקטרום גודל הוא אם מודלים בגודל ataxic ספקטרום הם שונים ביסודם מאשר מודלים D Image 1 M מסורתיים המשתמשים בנתונים מסים (כלומר, גוף ממוצע יחיד מסה וצפיפות הערכה עבור כל מטקא)57. לאחר הכול, מודלים מטקאריים ומודלי ataxic מאופיינים בקשרים שליליים Image 1 מ-M העשויים להופיע באופן דומה בעת התוויה בצירי יומן רישום. בעיקרון, שיטות ataxic צריך להיות מעולה על שיטות הטקאיות כאשר מטרת המחקר היא להבין כיצד ביומסה מופץ או איך האנרגיה מועברת בזרם האקולוגית9. זה בגלל מתכוון הערכות המסה הגוף (עבור taxon נתון) יכול להסתיר וריאציה משמעותית בגודל בודד. במהלך ההיסטוריה שלהם בחיים, אורגניזמים ימיים רבים להגדיל את מסת הגוף שלהם על ידי כמה הזמנות של גודל וניסיון אחד או יותר משמרות האונטגנטיות בהתנהגות האכלה14,58,59. הערכות ממוצע מסת הגוף המשמשים בניתוחים מטקאריים עשוי להיות מטעה, בעוד שיטות ataxic לאפשר מגוון רחב של גדלים הגוף נצפו להישמר במחקרים של גודל הגוף בקנה מידה16.  

ניתן להדגים באופן אמפירי הבדלים מעשיים בין שיטות אטואקאיות ומטקאיות. באיור 5, אנו מראים את מערכת היחסים התלת ממדית מ -D Image 1 ממזלג לשיגור, וירג המערבית, באמצעות אותו חסרי חוליות תיק ונתונים דגים ששימשו את העלילה בגודל ataxic הספקטרום באיור 4 (נתונים גולמיים עבור הסתעפות השיגור נכללים בקובץ המשלים 2). כאשר M מוערך כמו המסה יבש ממוצע של כל האנשים ו -D מוערך כסכום של אנשים (סטנדרטית לאנשים עבור M2) של taxon נתון, את השיפוע של מודל D Image 1 M (אפור מוצק קו הרגרסיה באיור 5) עולה ל-0.59. יתר על כן, הקשר השלילי m d Image 1 הופך לפונקציה של הבדלים M ו -D בין קבוצות הטקא הגדולות (חסרי חוליות לעומת דגים); הוכחה לקשר Image 1 משמעותי ממדי למערכת היחסים הזאת היא חלשה יותר כאשר חסרי חוליות ודגים נבדקים בנפרד (קווי רגרסיה מקווקווים באיור 5). זהו ניגוד מסיבי עם המודל Ḏ Image 1 Ḿ ataxic, אשר חושף חלק, ירידה מתמדת כמעט בצפיפות כמו מסת הגוף עליות (ראה איור 4).    

נקודה מרכזית של דאגה בניתוח גודל ספקטרום הוא העיצוב של הנתונים ataxic Ḿ ו Ḏ . שלושה שלבים רציפים – חלוקה למחיצות של אנשים בין היומנים2 גודל היומן, נרמול הערכת הצפיפות עבור כל סל גודל, ורישום10 המרה של כל Ḿ ו Ḏ נתונים (כפי שמפורט לעיל) – יש להשלים לפני מודלים בגודל מתוקננת ספקטרום מושווים16. אבל במקרים רבים, מחקרים המדווחים על גודל התוצאות ספקטרום יש שימוש שיטות שונות38. לדוגמה, מחברים מסוימים השתמשו ב-log2 בגודל ובנתונים שעברו שינוי יומן, אך לא נרמל את האומדנים התלת-ממדיים שלהם39,42. אחרים המחיצות את נתוני ה - ataxic שלהם בין יומן רישום של5 או ביומן רישום של10 מידות, עם או בלי נרמול האומדנים שלהם D38,40,41. בדף ' נתונים לדוגמה & תוצאה ' של התוכנית ספקטרום גודל (http://bit.ly/SizeSpectra), אנו כוללים מחליף כדי להמחיש את ההשפעות הרישום10 שינוי ונורמליזציה של הערכות צפיפות יש על הנצפים D Image 1 M קשר (ראה איור 3). פריטים חזותיים אלה מדגימים מדוע חשוב לבצע את השיטה המלאה והסדרתית המוצגת בקרי ובדיקי16 ומפורטת להלן, במיוחד כאשר ההשוואות יהיו בגודל של מודלים של ספקטרום שונה. 

תוצאות ספקטרום גודל יכול גם להיות רגיש לתהליך binning המשמש למחיצות דגימות בודדות בין פחי גודל. . מסיבה זו, אדוארדס ואח ' 60 פיתחה שיטת סבירות מקסימלית כדי לדגמן את ספקטרום הגודל העושה שימוש בהפצות מצטברות של גודל בודד, במקום בנתוני גודל הנתונים. גישה חדשה זו מבטיחה כי השוואות של פרמטרים של גודל ספקטרום לא יהיה מוטה על ידי משתנה binning תוכניות. לכן זה מקדמה חשובה במחקר ספקטרה גודל. עם זאת, אין אפשרות להשתמש בהפצות מצטברות של דגימות בודדות כאשר שיטה משנית, כגון שיטת שערוך המחסור בזיפין המשמשת כאן או בשיטת תיוג דומה לצורך סימון, נדרשת כדי להעריך D עבור אוכלוסיות של עניין הפצות מצטברות יפעלו רק כאשר ניתן להסיק הערכות D ישירות מתוכן לדוגמה גולמית. בהקשר הנוכחי, ניתן לבנות הפצות מצטברות עבור נתוני החסרי חוליות הבנתיים (ספירות לשטח לדוגמה של יחידה), אך לא עבור נתוני הדגים (שפע כולל הנגזרת מדגימות המחסור). לפיכך, אנו מעודדים אחרים להשתמש בפחי הגודל הספציפיים המפורטים בקובץ המשלים 2. אלה סלים בגודל צריך לעבוד היטב עבור מחקרי הנחל ביותר (כלומר, להקיף את טווח הגודל של רוב מאקרובצומח כי תיתקל בזרמים קטנים) ואם נעשה שימוש עקבי, יסייע להבטיח כי גודל מודלים ספקטרום ממערכות שונות הם ישירות דומה.

בסופו של דבר, אנו מזהירים כי שיטות דיגום השדה המפורט כאן עבור מאקרוחסרי חוליות ודגים עשוי להמעיט בערך בתוך מספר סלים2 בגודל כלשהו אם סוגים אחרים של מאקרוחיים מימיים מהווה מקומי. ב ממוזג, נחלים wadeable ונהרות, אלה בעלי חיים אחרים בדרך כלל עקביים של הדגים61 ו סלמנדרות62. כאשר אפשרי, צעדים נוספים ניתן לנקוט כדי לאסוף דגימות מייצגים של אורגניזמים אלה. עם זאת, ניתן להשיג הערכות מדויקות של סרטני הנהרות וצפיפויות הסלמנדרה. לדוגמה, השימוש ברשת החשמל, רשתות הסיין, מלכודות שטות ודוגמי-מיטה מותאמים אישית, כולם שימשו לחקר דחיסות סרטני ומבנה גודל, אך אף אחת מהשיטות אינה מוכרת באופן נרחבכ63מעולה,64, 65. צעדים מתאימים לשילוב סלמנדרות ולכן יהיה תלוי בתנאים סביבתיים מקומיים וידע מראש של biota המקומי. לכל הפחות, החוקרים צריכים להכיר בכך שאם מדובר בדגים ו/או סלמנדרות, אך לא נדגמו, האומדנים התלת-ממדיים בתוך משטח הרישום הגדול יותר יהיו בלתי מעריכים את ערכי התלת -ממד האמיתיים, כסרטני האקווריום הבודדים ו סלמנדרה ההמונים הגוף הם בדרך כלל להשוות הגושים גוף הדגים.

למרות חששות אלה, גוף הולך וגדל של מחקר על הספקטרום גודל מימיים מרמז כי אורגניזמים מימיים עשוי לדבוק בחוקי הקנה מידה פשוטה של M יחסית, כפי שחזוי על ידי פיטרס1, שלדון ואח '66, אנדרסן ו beyer67 ואחרים. שיטות שהוצגו כאן יכול, אם אימץ באופן נרחב, לעזור לבנות מסד נתונים נרחב ומבחינה גיאוגרפית על גודל ספקטרום של זרם מערכות אקולוגיות. זה יהיה בתורו להקל על הבנה קריטית של הדינמיקה הבסיסית כי בסיס ספקטרום הגודל וסיוע במאמצים שהוחלו כדי לצפות כיצד רטבאליות ישפיע על קהילות זרם מובנית בגודל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המימון לעבודה זו סופק על ידי הקרן הלאומית למדע (גרנט דאב-1553111) וקרן Eppley למחקר מדעי. כתב היד הזה הוא VCU רייס מרכז נהרות התרומה89.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Chest waders Multiple options n/a Personal protective equipment for use during electrofishing. Do NOT use 'breatheable' waders as electrical current will pass through them.
Rubber lineman's gloves Multiple options n/a Personal protective equipment for use during electrofishing.
Dip nets with fiberglass poles Multiple options n/a Used to capture stunned fishes during electrofishing.
Backpack electrofishing unit Smith-Root; Halltech; Midwest Lake Management; Aqua Shock Solutions www.smith-root.com; www.halltechaquatic.com; https://midwestlake.com; https://aquashocksolutions.com/ Backpack electrofishers are currently manufactured and distributed by four independent companies in North America. Prices and warranty/technical support are the most important factors in choosing a vendor.
Block nets/seines (×2) Duluth Nets https://duluthfishnets.com/ Necessary length will depend on stream width. 3/8 inch mesh is recommended.
Cam-action utility straps with 1 inch nylon webbing (×4) Multiple options n/a Used to secure/anchor block nets. Available at auto supply, hardware, and department stores.
Large tent stakes (×4) Multiple options n/a Used to secure/anchor block nets. Available at camping and department stores.
5 gallon plastic buckets (×5) Multiple options n/a Used to hold and transport fish during electrofishing. Available at hardware and paint supply stores.
10-20 gallon totes (×3) Multiple options n/a Used as livewells, sedation tanks, and recovery bins for captured fishes. Available at hardware and department stores.
Battery powered 'bait bucket' aeration pumps Cabelas IK-019008 Used to aerate fish holding bins during field processing.
Fish anesthesia (Tricaine-S) Syndel www.syndel.com Used to sedate fishes for field processing. Tricaine-S is regulated by the U.S. Food and Drug Administration.
Folding camp table and chairs Cabelas IK-518976; IK-552777 Used to process fish samples.
Pop-up canopy Multiple options n/a Used as necessary for sun and rain protection.
Fish measuring board Wildco 3-118-E40 Used to measure fish lengths.
Battery powered field scale with weighing dish Multiple options n/a Used to weigh fishes. Must weigh be accurate to 0.1 or 0.01 grams.
Clear plastic wind/rain baffle Multiple options n/a Used to shield scale in rainy or windy conditions. Must be large enough to cover the scale and a weighing dish.
White plastic or enamel examination trays Multiple options n/a Trays are essential for examining fishes in the field.
Stainless steel forceps Multiple options n/a Forceps are helpful when examining small fishes and in transfering invertebrates to specimen jars.
Hand magnifiers Multiple options n/a Magnification is often helpful when identifying fish specimens in the field.
Fish identification keys n/a n/a Laminated keys that are custom prepared for specific locations are most effective.
Datasheets printed on waterproof paper Rite in the Rain n/a Waterproof paper is essential when working with aquatic specimens.
Retractable fiberglass field tapes Lufkin n/a Used to measure stream channel dimensions.
Surber sampler or Hess sampler Wildco 3-12-D56; 3-16-C52 Either of these fixed-area benthic samplers will work well in shallow streams with gravel or pebble substrate.
70% ethanol or isopropyl alcohol Multiple options n/a Used as invertebrate preservative.
Widemouth invertebrate specimen jars (20-32 oz.) U.S. Plastic Corp. 67712 Any widemouth plastic jars will work but these particular jars are durable and inexpensive.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Peters, R. H. The ecological implications of body size. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (1983).
  2. Brown, J. H., Gillooly, J. F., Allen, A. P., Savage, V. M., West, G. B. Toward a metabolic theory of ecology. Ecology. 85 (7), 1771-1789 (2004).
  3. Marquet, P. A., et al. Scaling and power-laws in ecological systems. Journal of Experimental Biology. 208 (9), 1749-1769 (2005).
  4. Bohlin, T., Dellefors, C., Faremo, U., Johlander, A. The energetic equivalence hypothesis and the relation between population-density and body-size in stream-living salmonids. The American Naturalist. 143 (3), 478-493 (1994).
  5. Dunham, J. B., Vinyard, G. L. Relationships between body mass, population density, and the self-thinning rule in stream-living salmonids. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 54 (5), 1025-1030 (1997).
  6. Jennings, S., Blanchard, J. L. Fish abundance with no fishing: predictions based on macroecological theory. Journal of Animal Ecology. 73 (4), 632-642 (2004).
  7. Petchey, O. L., Belgrano, A. Body-size distributions and size-spectra: universal indicators of ecological status? Biology Letters. 6 (4), 434-437 (2010).
  8. Woodward, G., et al. Body size in ecological networks. Trends in Ecology and Evolution. 20 (7), 402-409 (2005).
  9. Trebilco, R., Baum, J. K., Salomon, A. K., Dulvy, N. K. Ecosystem ecology: size-based constraints on the pyramids of life. Trends in Ecology and Evolution. 28 (7), 423-431 (2013).
  10. White, E. P., Ernest, S. K. M., Kerkhoff, A. J., Enquist, B. J. Relationships between body size and abundance in ecology. Trends in Ecology and Evolution. 22 (6), 323-330 (2007).
  11. Schmid, P. E., Tokeshi, M., Schmid-Araya, J. M. Relation between population density and body size in stream communities. Science. 289 (5484), 1557-1560 (2000).
  12. Morin, A., Nadon, D. Size distribution of epilithic lotic invertebrates and implications for community metabolism. Journal of the North American Benthological Society. 10 (3), 300-308 (1991).
  13. Mittelbach, G. G., Persson, L. The ontogeny of piscivory and its ecological consequences. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 55 (6), 1454-1465 (1998).
  14. Woodward, G., Hildrew, A. G. Body-size determinants of niche overlap and intraguild predation within a complex food web. Journal of Animal Ecology. 71 (6), 1063-1074 (2002).
  15. Zippin, C. The removal method of population estimation. Journal of Wildlife Management. 22 (1), 82-90 (1958).
  16. Kerr, S. R., Dickie, L. M. The biomass spectrum: a predator-prey theory of aquatic production. , Columbia University Press. New York. (2001).
  17. McGarvey, D. J., Kirk, A. J. Seasonal comparison of community-level size-spectra in southern coalfield streams of West Virginia (USA). Hydrobiologia. 809 (1), 65-77 (2018).
  18. Reynolds, J. B., Kolz, A. L. Electrofishing. Fisheries techniques. Zale, A. V., Parrish, D. L., Sutton, T. M. 8, 3rd, American Fisheries Society. Bethesda, MD. Chapter 8 305-361 (2012).
  19. Bowker, J., Trushenski, J. Fish drug questions answered by the FDA. Fisheries. 38 (12), 549-552 (2013).
  20. Topic Popovic, N., et al. Tricaine methane-sulfonate (MS-222) application in fish anaesthesia. Journal of Applied Ichthyology. 28 (4), 553-564 (2012).
  21. Trautman, M. B. The fishes of Ohio. , 2nd, The Ohio State University Press. Columbus, OH. (1981).
  22. Riley, S. C., Fausch, K. D. Underestimation of trout population size by maximum-likelihood removal estimates in small streams. North American Journal of Fisheries Management. 12 (4), 768-776 (1992).
  23. Merritt, R. W., Cummins, K. W., Resh, V. H., Batzer, D. P. Sampling aquatic insects: collection devices, statistical considerations, and rearing procedures. An introduction to the aquatic insects of North America. Merritt, R. W., Cummins, K. W., Berg, M. B. , Kendall Hunt. Dubuque, Iowa. Chapter 3 15-37 (2008).
  24. Hauer, F. R., Resh, V. H. Macroinvertebrates. Methods in stream ecology. Hauer, F. R., Lamberti, G. A. 1, Academic Press. Boston, MA. Chapter 15 297-319 (2017).
  25. Thorp, J. H., Covich, A. P. Ecology and classification of North American freshwater invertebrates. , Academic Press. Burlington, MA. (2010).
  26. Merritt, R. W., Cummins, K. W., Berg, M. B. An introduction to the aquatic insects of North America. , 4th, Kendall/Hunt Publishing Company. Dubuque, Iowa. (2008).
  27. Stewart, K. W., Stark, B. P. Nymphs of North American stonefly genera (Plecoptera). , 2nd, The Caddis Press. Columbus, OH. (2002).
  28. Wiggins, G. B. Larvae of the North American caddisfly genera (Trichoptera). , 2nd, University of Toronto. Toronto, Ontario. (1998).
  29. Benke, A. C., Huryn, A. D., Smock, L. A., Wallace, J. B. Length-mass relationships for freshwater macroinvertebrates in North America with particular reference to the Southeastern United States. Journal of the North American Benthological Society. 18 (3), 308-343 (1999).
  30. Smock, L. A. Relationships between body size and biomass of aquatic insects. Freshwater Biology. 10 (4), 375-383 (1980).
  31. Waters, T. F. Secondary production in inland waters. Adv. Ecol. Res. 10, 91-164 (1977).
  32. Carle, F. L., Strub, M. R. New method for estimating population-size from removal data. Biometrics. 34 (4), 621-630 (1978).
  33. Ogle, D. H., Wheeler, P., Dinno, A. FSA: fisheries stock analysis. R package version 0.8.22.9000. , https://github.com/droglenc/FSA (2018).
  34. Schneider, J. C. Stream fish population estimates by mark-and-recapture and depletion methods. Manual of fisheries survey methods II: with periodic updates. 7, Michigan Department of Natural Resources. Ann Arbor, MI. (2000).
  35. Blanco, J. M., Echevarría, F., García, C. M. Dealing with size-spectra: some conceptual and mathematical problems. Scientia Marina. 58 (1-2), 17-29 (1994).
  36. White, E. P., Enquist, B. J., Green, J. L. On estimating the exponent of power-law frequency distributions. Ecology. 89 (4), 905-912 (2008).
  37. Vidondo, B., Prairie, Y. T., Blanco, J. M., Duarte, C. M. Some aspects of the analysis of size spectra in aquatic ecology. Limnology and Oceanography. 42 (1), 184-192 (1997).
  38. Sprules, W. G., Barth, L. E. Surfing the biomass size spectrum: some remarks on history, theory, and application. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 73 (4), 477-495 (2016).
  39. Poff, N. L., et al. Size structure of the metazoan community in a Piedmont stream. Oecologia. 95 (2), 202-209 (1993).
  40. Ramsay, P. M., et al. A rapid method for estimating biomass size spectra of benthic metazoan communities. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 54 (8), 1716-1724 (1997).
  41. Solimini, A. G., Benvenuti, A., D’Olimpio, R., Cicco, M. D., Carchini, G. Size structure of benthic invertebrate assemblages in a Mediterranean river. Journal of the North American Benthological Society. 20 (3), 421-431 (2001).
  42. Huryn, A. D., Benke, A. C. Relationship between biomass turnover and body size for stream communities. Body size: the structure and function of aquatic ecosystems. Hildrew, A., Raffaelli, D., Edmonds-Brown, R. 4, Cambridge University Press. Cambridge, UK. 55-76 (2007).
  43. Gaedke, U. The size distribution of plankton biomass in a large lake and its seasonal variability. Limnology and Oceanography. 37 (6), 1202-1220 (1992).
  44. Stead, T. K., Schmid-Araya, J. M., Schmid, P. E., Hildrew, A. G. The distribution of body size in a stream community: one system, many patterns. Journal of Animal Ecology. 74 (3), 475-487 (2005).
  45. Brose, U., et al. Consumer-resource body-size relationships in natural food webs. Ecology. 87 (10), 2411-2417 (2006).
  46. Mehner, T., et al. Empirical correspondence between trophic transfer efficiency in freshwater food webs and the slope of their size spectra. Ecology. 99 (6), 1463-1472 (2018).
  47. Daan, N., Gislason, H. G., Pope, J. C., Rice, J. Changes in the North Sea fish community: evidence of indirect effects of fishing? ICES Journal of Marine Science. 62 (2), 177-188 (2005).
  48. Murry, B. A., Farrell, J. M. Resistance of the size structure of the fish community to ecological perturbations in a large river ecosystem. Freshwater Biology. 59 (1), 155-167 (2014).
  49. Broadway, K. J., Pyron, M., Gammon, J. R., Murry, B. A. Shift in a large river fish assemblage: body-size and trophic structure dynamics. PLoS ONE. 10 (4), e0124954 (2015).
  50. Vila-Martínez, N., Caiola, N., Ibáñez, C., Benejam, L., Brucet, S. Normalized abundance spectra of fish community reflect hydro-peaking on a Mediterranean large river. Ecological Indicators. 97, 280-289 (2019).
  51. Brucet, S., et al. Size-based interactions across trophic levels in food webs of shallow Mediterranean lakes. Freshwater Biology. 62 (11), 1819-1830 (2017).
  52. Ersoy, Z., et al. Size-based interactions and trophic transfer efficiency are modified by fish predation and cyanobacteria blooms in Lake Mývatn, Iceland. Freshwater Biology. 62 (11), 1942-1952 (2017).
  53. Arranz, I., Hsieh, C. H., Mehner, T., Brucet, S. Systematic deviations from linear size spectra of lake fish communities are correlated with predator–prey interactions and lake-use intensity. Oikos. 128 (1), 33-44 (2019).
  54. Jennings, S., et al. Long-term trends in the trophic structure of the North Sea fish community: evidence from stable-isotope analysis, size-spectra and community metrics. Marine Biology. 141 (6), 1085-1097 (2002).
  55. Guiet, J., Poggiale, J. C., Maury, O. Modelling the community size-spectrum: recent developments and new directions. Ecological Modelling. 337, 4-14 (2016).
  56. Robinson, J. P. W., et al. Fishing degrades size structure of coral reef fish communities. Global Change Biology. 23 (3), 1009-1022 (2017).
  57. Reuman, D. C., Mulder, C., Raffaelli, D., Cohen, J. E. Three allometric relations of population density to body mass: theoretical integration and empirical tests in 149 food webs. Ecology Letters. 11 (11), 1216-1228 (2008).
  58. Huryn, A. D., Wallace, J. B., Anderson, N. H. Habitat, life history, secondary production, and behavioral adaptations of aquatic insects. An introduction to the aquatic insects of. Merritt, R. W., Cummins, K. W., Berg, M. B. 5, Kendall Hunt. Dubuque, IA. Chapter 5 55-103 (2008).
  59. Werner, E. E., Gilliam, J. F. The ontogenetic niche and species interactions in size-structured populations. Annual Review of Ecology and Systematics. 15 (1), 393-425 (1984).
  60. Edwards, A. M., Robinson, J. P. W., Plank, M. J., Baum, J. K., Blanchard, J. L. Testing and recommending methods for fitting size spectra to data. Methods in Ecology and Evolution. 8 (1), 57-67 (2017).
  61. Roell, M., Orth, D. Production of three crayfish populations in the New River of West Virginia, USA. Hydrobiologia. 228 (3), 185-194 (1992).
  62. Hawkins, C. P., Murphy, M. L., Anderson, N. H., Wilzbach, M. A. Density of fish and salamanders in relation to riparian canopy and physical habitat in streams of the northwestern United States. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 40 (8), 1173-1185 (1983).
  63. Rabeni, C. F., Collier, K. J., Parkyn, S. M., Hicks, B. J. Evaluating techniques for sampling stream crayfish (Paranephrops planifrons). New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research. 31 (5), 693-700 (1997).
  64. DiStefano, R. J., Gale, C. M., Wagner, B. A., Zweifel, R. D. A sampling method to assess lotic crayfish communities. Journal of Crustacean Biology. 23 (3), 678-690 (2003).
  65. Price, J. E., Welch, S. M. Semi-quantitative methods for crayfish sampling: sex, size, and habitat bias. Journal of Crustacean Biology. 29 (2), 208-216 (2009).
  66. Sheldon, R. W., Sutcliffe, W. H. Jr, Paranjape, A. M. Structure of pelagic food chain and relationship between plankton and fish production. Journal of the Fisheries Research Board of Canada. 34 (12), 2344-2353 (1977).
  67. Andersen, K., et al. Asymptotic size determines species abundance in the marine size spectrum. The American Naturalist. 168 (1), 54-61 (2006).

Tags

מדעי הסביבה סוגיה 149 אקולוגיה דגים חסרי חוליות גודל מבנה שינוי קנה מידה מסת הגוף צפיפות וריאציה בודדת נתונים ataxic רגרסיה ליניארית אורך המוני קשר מחסור דגימה
מידול ספקטרום הגודל של מאקרוחסרי חוליות ודגים בזרם מערכות אקולוגיות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

McGarvey, D. J., Woods, T. E., Kirk, … More

McGarvey, D. J., Woods, T. E., Kirk, A. J. Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems. J. Vis. Exp. (149), e59945, doi:10.3791/59945 (2019).

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