Это протокол для моделирования спектра размеров (масштабирование взаимосвязи между индивидуальной массой и плотностью населения) для комбинированных данных о рыбе и беспозвоночных из болотных ручьев и рек. Методы включают: полевые методы сбора количественных образцов рыбы и беспозвоночных; лабораторные методы стандартизации данных на местах; и анализ статистических данных.
Спектр размера является обратным, аллометрические отношения масштабирования между средней массой тела (M) и плотность (D) лиц в рамках экологического сообщества или пищевой сети. Важно отметить, что спектр размеров предполагает, что индивидуальный размер, а не характеристики поведения или истории жизни видов, является основным определяющим фактором изобилия в экосистеме. Таким образом, в отличие от традиционных аллометрических отношений, которые сосредоточены на данных на уровне видов (например, средний размер тела видов против плотности населения), анализ спектров размеров является «атаксическим» – отдельные образцы идентифицируются только по их размеру, без учета таксономическая идентичность. Модели размеров спектров являются эффективными представлениями традиционных, сложных пищевых сетей и могут использоваться как в описательных, так и в прогностических контекстах (например, прогнозирование реакции крупных потребителей на изменения базальных ресурсов). Эмпирические исследования, проведенные в различных водных экосистемах, также сообщали о умеренном и высоком уровне сходства в размерах спектральных склонов, что свидетельствует о том, что общие процессы могут регулировать изобилие малых и крупных организмов в очень разных условиях. Это протокол для моделирования спектра размеров на уровне сообщества в болотных потоках. Протокол состоит из трех основных этапов. Во-первых, собирать количественные образцы бентических рыб и беспозвоночных, которые могут быть использованы для оценки местной плотности. Во-вторых, стандартизировать данные о рыбе и беспозвоночных путем преобразования всех лиц в атаксические единицы (т.е. лиц, идентифицированных по размеру, независимо от таксономической идентичности) и суммирования физических лиц в пределах ячеек размеров2. В-третьих, используйте линейную регрессию для моделирования взаимосвязи между оценками ataxic M и D. Подробные инструкции предоставляются в настоящем для выполнения каждого из этих шагов, в том числе пользовательского программного обеспечения для облегчения оценки D и моделирования спектров размеров.
Отношения масштабирования тела, такие как положительная связь между массой тела и скоростью обмена веществ, хорошо известны на уровне организма и в настоящее время изучаются на более высоких уровнях организации1,2,3 . Эти аллометрические отношения чаще всего власть-закон функции формы Y и AMb, где Y является переменной интересов (например, метаболизм, изобилие, или размер домашнего диапазона), M является масса тела одного или среднего индивидуальный, b является коэффициентом масштабирования, а a является константой. Для статистического удобства, Y и M данные часто переоформляются в журналдо до анализа, а затем моделируются с линейными уравнениями журнала формы (Y ) журнал (a) b журнал (M), где b и журнал ( a) стать линейным наклоном модели и перехвата, соответственно.
Спектр размера является одним из видов аллометрическихотношений, который предсказывает плотность (D , количество лиц на площадь единицы) или биомассы (B, суммированная масса лиц на единицу площади) в качестве функции M (см. раздел 4 для дополнительных информация об использовании “нормальных” оценок D или B.) Как и другие отношения масштабирования между M и D или между M и B, спектр размеров играет центральную роль в основной и прикладной экологии. На уровне популяции биологи часто интерпретируют негативные отношения D M как свидетельство зависимости от плотности выживания или как модели переносимости экосистем (т.е. «самоуточение)4, 5. На уровне сообщества, B M отношения могут быть использованы для изучения системного уровня эффекты антропогенных возмущений, таких как размер селективного рыболовства6,7. Аллометрическое масштабирование D и B с M также имеют центральное значение для недавних усилий по объединению населения, сообщества и экологии экосистем2,8,9.
Одной из особенно важных характеристик спектра размеров являетсятот факт, что он полностью атаксический 9,10. Этот момент легко пропустить при сравнении scatterplots данных D M или B M, но различие между таксовными и аналоговыми моделями является критическим. В таксовых моделях, одно значение M используется для представления средней массы тела каждого человека данного вида или таксы11. В атаксических моделях все лица в наборе данных разделены между рядом интервалов размера тела или M бункеров, независимо от их таксономической идентичности12. Последний, аналоговый подход выгоден в водных экосистемах, где многие таксонные компании демонстрируют неопределенный рост и испытывают один или несколько онтогенетических сдвигов в поведении кормления; в этих случаях, один вид уровня M среднем будет скрывать тот факт, что вид может заполнить различные функциональные роли на протяжении всей своей истории жизни9,13,14.
Здесь мы представляем полный протокол для количественной оценки спектра размеров в бродячих ручьях и реках. Протокол начинается с методов отбора полевых проб для сбора необходимых данных о рыбе и бентических макробеспозвоночных. Рыба будет собираться в процессе отбора проб “трехпроходного истощения”. Изобилие будет оцениваться по данным об истощении методом15. При отборе проб истощения отдельные рыбы в пределах закрытого охвата исследования (т.е. отдельные лица не могут ни входить, ни покидать закрытый охват) удаляются из досягаемости через три последовательных образца. Таким образом, количество оставшихся рыб будет постепенно истощаться. Из этой тенденции истощения, общее изобилие в пределах охвата изучения можно оценить после этого преобразовано к D (в рыбе вm2), используя известную зону поверхности достигаемства изучения. Бентические макробеспозвоночные будут собраны со стандартными пробоотборников фиксированной зоны, а затем определены и измерены в лаборатории.
Далее, комбинированные данные о рыбе и макробеспозвоночных будут разделены между размерными бункерами. Традиционно, октава или журнал2 шкала (т.е. удвоение интервалов) была использована для установки границы ячейки размера16. После того, как список размер бункеров был создан, раздел отдельных бентических макробеспозвоночных среди их соответствующих бункеров размера прост, потому что беспозвоночные непосредственно перечислены как число лиц на единицу области. Однако оценка изобилия рыб в пределах ячеек размеров является более абстрактной, поскольку эти оценки взяты из данных об истощении. Поэтому даются подробные инструкции по оценке численности рыб в пределах размеров бункеров, независимо от таксономической идентичности, на данных о пробах истощения.
Наконец, линейная регрессия будет использоваться для моделирования спектра размеров. Этот протокол полностью совместим с оригинальным, общим методом Керр и Дики16 и идентичен методам, используемым МакГарви и Кирком, 201817 в исследовании спектров размеров рыб и беспозвоночных в потоках Западной Вирджинии. С помощью этого протокола, исследователи могут гарантировать, что их результаты непосредственно сопоставимы с другими исследованиями, которые опираются на Керр и Дики16, тем самым ускоряя широкое и надежное понимание размеров тела масштабирования отношений в пресной воде экосистем и механизмов, которые управляют ими.
Этот протокол спектра атаксических размеров может быть использован для количественной оценки и структуры размера модели в сообществах рыб-ручьев и беспозвоночных. Предыдущие исследования спектра размеров в экосистемах потоков варьировались от основных описательных исследований<sup …
The authors have nothing to disclose.
Финансирование этой работы было предоставлено Национальным научным фондом (грант DEB-1553111) и Фондом научных исследований Эппли. Данная рукопись vCU Райс Риверс Центр вклад #89.
Chest waders | Multiple options | n/a | Personal protective equipment for use during electrofishing. Do NOT use 'breatheable' waders as electrical current will pass through them. |
Rubber lineman's gloves | Multiple options | n/a | Personal protective equipment for use during electrofishing. |
Dip nets with fiberglass poles | Multiple options | n/a | Used to capture stunned fishes during electrofishing. |
Backpack electrofishing unit | Smith-Root; Halltech; Midwest Lake Management; Aqua Shock Solutions | www.smith-root.com; www.halltechaquatic.com; https://midwestlake.com; https://aquashocksolutions.com/ | Backpack electrofishers are currently manufactured and distributed by four independent companies in North America. Prices and warranty/technical support are the most important factors in choosing a vendor. |
Block nets/seines (×2) | Duluth Nets | https://duluthfishnets.com/ | Necessary length will depend on stream width. 3/8 inch mesh is recommended. |
Cam-action utility straps with 1 inch nylon webbing (×4) | Multiple options | n/a | Used to secure/anchor block nets. Available at auto supply, hardware, and department stores. |
Large tent stakes (×4) | Multiple options | n/a | Used to secure/anchor block nets. Available at camping and department stores. |
5 gallon plastic buckets (×5) | Multiple options | n/a | Used to hold and transport fish during electrofishing. Available at hardware and paint supply stores. |
10-20 gallon totes (×3) | Multiple options | n/a | Used as livewells, sedation tanks, and recovery bins for captured fishes. Available at hardware and department stores. |
Battery powered 'bait bucket' aeration pumps | Cabelas | IK-019008 | Used to aerate fish holding bins during field processing. |
Fish anesthesia (Tricaine-S) | Syndel | www.syndel.com | Used to sedate fishes for field processing. Tricaine-S is regulated by the U.S. Food and Drug Administration. |
Folding camp table and chairs | Cabelas | IK-518976; IK-552777 | Used to process fish samples. |
Pop-up canopy | Multiple options | n/a | Used as necessary for sun and rain protection. |
Fish measuring board | Wildco | 3-118-E40 | Used to measure fish lengths. |
Battery powered field scale with weighing dish | Multiple options | n/a | Used to weigh fishes. Must weigh be accurate to 0.1 or 0.01 grams. |
Clear plastic wind/rain baffle | Multiple options | n/a | Used to shield scale in rainy or windy conditions. Must be large enough to cover the scale and a weighing dish. |
White plastic or enamel examination trays | Multiple options | n/a | Trays are essential for examining fishes in the field. |
Stainless steel forceps | Multiple options | n/a | Forceps are helpful when examining small fishes and in transfering invertebrates to specimen jars. |
Hand magnifiers | Multiple options | n/a | Magnification is often helpful when identifying fish specimens in the field. |
Fish identification keys | n/a | n/a | Laminated keys that are custom prepared for specific locations are most effective. |
Datasheets printed on waterproof paper | Rite in the Rain | n/a | Waterproof paper is essential when working with aquatic specimens. |
Retractable fiberglass field tapes | Lufkin | n/a | Used to measure stream channel dimensions. |
Surber sampler or Hess sampler | Wildco | 3-12-D56; 3-16-C52 | Either of these fixed-area benthic samplers will work well in shallow streams with gravel or pebble substrate. |
70% ethanol or isopropyl alcohol | Multiple options | n/a | Used as invertebrate preservative. |
Widemouth invertebrate specimen jars (20-32 oz.) | U.S. Plastic Corp. | 67712 | Any widemouth plastic jars will work but these particular jars are durable and inexpensive. |