小尺度多生境下底层鱼类群落采样设计及影响因素-以马鞍列岛海域为例

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guoshun9231
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鱼类群落生态学研究结果的准确性很大程度上依赖于采样设计的合理性和准确性。由于野外采样调查成本较高,不适合经常进行大范围调查,调查研究前选择合理而有效的采样设计,不但可以减小生物资源的损耗和调查成本,而且可以获得关于所研究生物群体分布的最有效信息。最佳的采样调查设计不仅可以节约海上调查成本,其调查结果对渔业资源的评估或者决策的制定也起着相当重要的作用。  本文研究区域为马鞍列岛,地处著名的嵊山渔场,是典型的岛礁海域,同时也是重要的海洋保护区,具有丰富的鱼类群落资源,内有岩礁、泥地、贻贝场等多种人工或天然生境分布,各生境都具有明显的群落分布结构与特征。不适宜的调查采样方式或设计往往会使研究结果产生偏差,因此,在采样设计时,应充分考虑马鞍列岛海域生境分布特点及群落特征,从而得到最优采样设计或采样频率。  本文基于2009年12个月份的底层鱼类调查样本,利用计算机模拟,进行不同采样设计的模拟采样,对比分析了不同采样设计在底层鱼类群落调查中的精度与偏差,并且针对目前在马鞍列岛海域生物调查中常用的采样设计如定点采样进行评估,为今后鱼类群落采样提供方法参考。随着全球气候的不断变暖,由温度升高引起的生态类的问题逐渐引起人们的高度关注,本文比较了随着温度升高,群落分布发生变化下不同采样设计的精度,来评估由温度升高引起的群落分布的变化对采样有什么样的影响。此外,本文还从时间尺度上来进行鱼类种类获取能力的比较研究,阐述采样频率、采样强度对群落估计的影响,探求最佳采样频率。同时,由于采样设计必须基于对群落有所认知的条件下,才能更好的进行模拟,因此,本文首先基于鱼类群落与环境的关系,建立了鱼类群落与环境的关系模型,并加以改进以消除环境因子间共线性的影响,探求较为适宜的预测模型,并对马鞍列岛海域群落分布进行预测,作为采样设计所针对的真实群落分布。  (1)基于主成分分析的广义加性模型对环境因子进行降维处理,降低了各环境因子之间的多重共线性,在进行群落指数预测时,提高了模型的预测精度。对于丰富度指数进行预测时,基于主成分分析的广义加性模型的预测值与观测值的平均相关系数为0.6±0.2(-0.067~0.905),稍高于非基于主成分分析的广义加性模型0.53±0.2(-0.247~0.932)。对于多样性指数进行预测时,基于主成分分析的广义加性模型的平均相关系数高于非基于主成分分析的广义加性模型,两者的平均相关系数分别为0.65±0.2(0.01~0.936)和0.53±0.3(-0.201~0.901)。为避免样本较少所产生的模型建模偏差,100次循环中作为显著性因子比例高于50%的环境因子被判定为显著性影响因子。结果表明,月份与生境是影响丰富度指数与多样性指数分布与变动的主要显著性因素。对马鞍列岛海洋丰富度与多样性指数的预测表明,在整个海域丰富度指数的呈现中间高于周边的现象,丰富度的最大值多分布于岛屿环抱的狭长海域(西北至东南方向),此区域为泥沙石分布较广区域,岛屿周边岩礁生境及沙滩生境的丰富度也较高。多样性指数分布稍有差异,在6月份和12月份,多样性指数的分布与丰富度较为类似,高值集中于泥沙石生境范围内。8月份马鞍列岛海域北部多样性指数较高。从时间上讲,丰富度指数在8月份较高,10月份较低,而多样性指数在8月份与10月份时较高。  (2)简单随机采样设计、系统采样设计、分层采样设计(面积分配)与分层采样设计(尼曼分配)对丰富度指数采样的采样效果表现分别为:分层采样设计(面积分配)>分层采样设计(尼曼分配)>系统采样设计>简单随机采样设计。对于多样性指数,四种采样设计的采样效果表现依次为:分层采样设计(面积分配)>简单随机采样设计>分层采样设计(尼曼分配)>系统采样设计,说明分层采样设计(面积分配)的采样表现较为稳定。在估计丰富度指数时,分层采样设计(面积分配)具有最高精度,其次是分层采样设计(尼曼分配)。在三个不同采样站点数下,站点数从25增加到100时,几种采样设计的精度越高,说明随着采样数量增加,采样精度增加。当温度增加幅度从0 oC到5 oC时,四种采样设计中分层采样设计(面积分配)表现最好,具有最优采样效果和采样误差。但当温度在研究区域呈现不均匀升高时,系统采样设计具有最小的相对误差,采样精度最高。  (3)从定点采样设计、简单随机采样和分层采样设计的采样效果、采样相对误差、采样绝对误差来看,在估计群落丰富度总体平均值时,采样设计的采样效果顺序为:分层采样>简单随机采样>定点采样。分层采样效果稍好于随机采样,8月份的分层采样效果最好(采样效果为0.927),定点采样在2月的采样效果最差(采样效果为5.906)。分层采样的相对误差和相对偏差最小,其次为简单随机采样。简单随机采样的平均相对误差为14.9%,分层采样的平均相对误差为14.6%,两者相差不大。定点采样设计的平均相对误差则为27.5%,远大于简单随机采样和分层采样。简单随机采样的平均相对偏差为0.119%,分层采样的平均相对偏差为0.014%,分层采样的相对偏差较小,定点采样的平均相对偏差为-0.367%。在3种采样站点数下,分层采样设计的采样效果随着采样站点数的增加呈先减小再升高的趋势。随着站点数的增加,相对误差和相对偏差均逐渐减小,尤其是在站点数达到100时,相对偏差已相当小,说明随着站点数的增加,分层采样的采样精度不断增加。在时间尺度上这些趋势变动较为一致,说明在不同时间情况下,分层采样设计在不同采样数下的表现较为稳定。  (4)采样时间间隔越短,对种类的获取能力越强,尤其是对季节性种类和稀有种类,当采样频率为每2个月一次时,对稀有性种类的获取能力达80%以上。丰富度指数随着采样频率的增加而增加,多样性指数受采样频率的影响较小。选择不同的采样时间对种类的获取能力也有一定的影响,对于常年存在的种类来讲,调查月份的选择影响不大,而对于季节性种类和稀有种类来讲,选择不同的起始月份会对这些种类的获取能力产生很大影响。从不同月份的种类相似度来看,不同采样频率和不同采样时间下,获取的种类相似度也不同。从总体趋势上看,随着采样强度的增加,获取能力不断增加。采样频率越高,采样强度越大,对种类的获取能力越强。较采样强度来讲,采样频率的高低对获取能力的影响更大些。
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