استحداث أساليب جديدة لقياس كثافة الأسماك باستخدام أدوات ستيريو-فيديو تحت الماء
Summary
يصف لنا طريقة جديدة لعد الأسماك، وتقدير الوفرة النسبية (مازن) وكثافة الأسماك باستخدام أنظمة ستيريو-فيديو الكاميرا بالتناوب. ونحن أيضا شرح كيفية استخدام المسافة من الكاميرا (Z المسافة) لتقدير قابلية إبلاغها.
Abstract
استخدام نظم كاميرا فيديو في الدراسات البيئية للأسماك تواصل اكتساب قوة دافعة كوسيلة ناجعة وغير الاستخراجية أطوال الأسماك قياس وتقدير وفرة الأسماك. نحن وضعت ونفذت أداة كاميرا ستيريو-فيديو الدورية التي تغطي كامل 360 درجة لأخذ العينات، الذي يضاعف من جهد أخذ العينات مقارنة بأدوات الكاميرا ثابتة. الحصول على مجموعة متنوعة من دراسات مفصلة قدرة نظم ثابتة، وكاميرا ستيريو للحصول على قياسات دقيقة للغاية ودقيق السمك؛ وكان التركيز هنا على تطوير الأساليب المنهجية لقياس كثافة الأسماك باستخدام أنظمة الكاميرات الدورية. وكان النهج الأول هو وضع تعديل مقياس مازن، الذي عادة ما يكون عدد المحافظين من الحد الأدنى لعدد الأسماك لوحظ في دراسة استقصائية كاميرا معينة. علينا إعادة تعريف مازن أن يكون الحد الأقصى لعدد الأسماك التي لوحظت في أي تناوب معين لنظام الكاميرا. هذا الأسلوب لمازن أكثر دقة عندما يتم اتخاذ الاحتياطات لتجنب العد المزدوج، قد يعكس وفرة حقيقية من تلك التي تم الحصول عليها من كاميرا ثابتة. وثانيا، لأنه يسمح ستيريو-فيديو الأسماك ليتم تعيينها في الفضاء ثلاثي الأبعاد، يمكن الحصول على تقديرات دقيقة للمسافة من الكاميرا لكل الأسماك. باستخدام النسبة المئوية 95% من مسافة المشاهدة من الكاميرا إنشاء إبلاغها المناطق التي شملتها الدراسة الاستقصائية، يمكننا حساب الفروق في الكشف عن الألغام بين الأنواع مع تجنب إضعاف تقديرات الكثافة باستخدام المسافة القصوى الأنواع ولاحظ. المحاسبة لهذه الطائفة من الكشف ضروري لدقة تقدير وفرة الأسماك. هذه المنهجية سيسهل إدماج أدوات ستيريو-فيديو في العلوم التطبيقية وسياقات الإدارة بالتناوب.
Introduction
على طول “ساحل المحيط الهادئ في الولايات المتحدة”، العديد من الأنواع الهامة لمصائد أسماك القاع التجارية والترفيهية (مثلاً، بسمك الصخور المعقدة (Sebastes spp.) ولينجكود (الونجاتوس أوفيودون)) ترتبط بقوة مع موائل عالية-الإغاثة، والصلب أسفل1،2،3،،من45. انخفاض ستيريو-فيديو الكاميرات أداة غير الاستخراجية جذابة لاستخدام في الموائل الصخرية بسبب السهولة النسبية والبساطة في العملية. مجموعة متنوعة من نظم كاميرا ستيريو-فيديو تم تطويرها ونشرها في نصف الكرة الجنوبي، والمياه الضحلة في النظم الإيكولوجية6،،من78،9،10، و في الآونة الأخيرة، اكتسبت قطره-كاميرات الفيديو الجر كأداة إدارية للبيئات الصخرية المرجانية في المياه العميقة على طول ساحل المحيط الهادئ11،،من1213. وسعينا إلى تعديل هذه التصاميم ستيريو الكاميرا الموجودة باستخدام نظام ستيريو-فيديو كاميرا (يشار إليه فيما يلي “لاندر”) لتميز التجمعات السمكية في عالية لتخفيف سيفلورس على طول ساحل المحيط الهادئ الوسطى (انظر الجدول من أكثر كفاءة المواد). أندر المستخدمة كان مختلفاً عن أنظمة الفيديو الموجودة لأن الكاميرات كانت محمولة إلى شريط الدورية مركزية، مما سمح لها كامل 360 درجة التغطية لقاع البحر في موقع قطره14. أندر إكمال استدارة كاملة واحدة في الدقيقة، التي سمحت لنا بتميز بوفرة وتكوين المجتمع لمنطقة بسرعة وتحقيق نفس المستوى من قوة إحصائية بعدد أقل من عمليات النشر لاندر. (انظر14 من ستار (2016) لمزيد من التفصيل على تفاصيل التكوين لاندر). واقترح الاختبارات الأولية في نظام الدراسة أن تناوب ثمانية من الكاميرات في استطلاعاتنا تكفي لوصف وفرة الأنواع وثراء. وأدلى هذا التصميم على ملاحظة لتناقص الغلة في وفرة الأنواع وكثافة الأسماك عبر قطرات أطول. نوصي بإجراء دراسة تجريبية، بما في ذلك أوقات أطول في نقع في أي نظام جديد لتحديد وقت نقع الأمثل لنوع معين من النظام الإيكولوجي/دراسة.
باستخدام الكاميرات ستيريو المزدوجة، سواء مسح المساحة الكلية ويمكن حساب كثافة الأسماك المطلق لمسح كل الفيديو؛ ومع ذلك، استلزم استخدام الكاميرات بالتناوب تعديل المقاييس عدد الأسماك التقليدية. استخدام أنظمة الفيديو ثابتة في أغلب الأحيان “مازن” كحساب محافظة من الأسماك في6،نشر10. مازن التقليدية يصف الحد الأقصى لعدد أسماك نوع معين لاحظ معا في إطار فيديو واحد، بغية تجنب العد المزدوج من أسماك التي قد غادر وعاد إلى الإطار. ولذلك كان تقدير الحد الأدنى لعدد الأسماك المعروفة بحضور مازن وقد يقلل من وفرة الأسماك الحقيقية6،10. تم إعادة تعريف متري مازن لتمثيل أكبر عدد من الأسماك في كل استدارة كاملة من الكاميرات.
التعديل الثاني للأساليب السابقة فيديو ستيريو لمراعاة الحقيقة أن الأنواع من مختلف الأحجام، الألوان، والأشكال بمسافات مختلفة كحد أقصى لتحديد موثوق بها. على سبيل المثال، الأنواع الكبيرة مثل O. الونجاتوس شكل ممدود متميزة وموثوق يمكن التعرف على مسافات أكبر بكثير بالمقارنة مع الأنواع الصغيرة وخفي مثل سمك الصخور سكواريسبوت (هوبكينسي Sebastes). هذه نطاقات مختلفة الحد الأقصى من إمكانية الكشف تغيير منطقة فعالة عينات باندر لكل نوع من الأنواع. لأن الكاميرات ستيريو تسمح لنا بوضع كل الأسماك في الفضاء ثلاثي الأبعاد بدرجة عالية من الدقة، واحد يمكن تحديد المسافة من الكاميرات التي كانت كل الأسماك قياسه (أيالمسافة “Z”، اسمه “محور ع” خط عمودي على خط مستقيم بين الكاميرات). لكل نوع من هذه الأنواع، المسافة التي لوحظت 95 في المائة من جميع الأفراد (يشار إليها فيما بعد “المسافة 95% Z”) كان يعتبر نصف قطر منطقة المسح، واستخدمت لحساب إجمالي المساحة التي شملتها الدراسة الاستقصائية. بالإضافة إلى الخصائص إبلاغها، إيدينتيفيابيليتي سوف تتأثر بالظروف البيئية مثل تعكر المياه. لأنه يمكن أن تختلف هذه العوامل في الزمان والمكان، من المهم استخدام إحصائية 95% Z فقط في مجموعها. في حين أنه سيكون من درجة عالية من الدقة لعينات كبيرة، قد تختلف أي دراسة استقصائية فردية واحدة في المنطقة التي شملتها الدراسة الاستقصائية.
ينص البروتوكول على المفصلة أدناه إرشادات حول كيفية إنشاء واستخدام هذه المقاييس. ولو كان التركيز على تميز الموئل الصخرية العميقة على طول ساحل المحيط الهادئ، المنهجية المشروحة لتعديل مازن العد سهولة ينطبق على أي نظام إسقاط الكاميرا الدورية. عدد عمليات التناوب الكاميرا المطلوبة لتميز التجمعات السمكية سيتوقف على ديناميات النظم الإيكولوجية المحلية، ولكن وضع تصور لمازن معدلة سوف تبقى هي نفسها. وبالمثل، حين استخدمنا البرامج الطبغرافية ثلاثي الأبعاد لتحليل الفيديو ستيريو، التقنيات الموضحة هنا يتم تطبيقها بسهولة عبر منصات البرمجيات، طالما يتوفر الموقع الدقيق للأسماك في الفضاء ثلاثي الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، نهج تطبيق قيمة مسافة 95% Z يمكن النظر في المستقبل دراسات مع ستيريو-كاميرات لحساب النطاقات إبلاغها للكشف عن الألغام وحساب وفرة الأسماك أكثر دقة.
Protocol
Representative Results
Discussion
متري مازن التقليدية يقوم على فكرة عد عدد الحد أدنى مضمون من الأفراد حاضرا أثناء دراسة استقصائية. إذا كان عدد معين من الأسماك مرئية في أن واحد في إطار فيديو واحد، لا يمكن أن يكون هناك أي أقل من الوقت الحاضر، ولكن نظراً للأسماك المتنقلة والموزعة بين، احتمال رؤية جميع الأفراد في وقت واحد من خل…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل من الطبيعة والمانحين من القطاع الخاص ومؤسسة صندوق تراث الموارد، غوردون وبيتي مور مؤسسة، صندوق الدفاع البيئي، برنامج منح البحر كاليفورنيا، البرنامج الوطني للبحوث التعاونية مصائد ونوا سالتونستال–كينيدي منحة #13-الفرعية-008. البحوث التطبيقية والتنقيب البحري (ديرك روزين، ريك بوتمان واندي لاويرمان، وديفيد جيفريز) المتقدمة، وشيدت والإبقاء على أداة لاندر فيديو. ونحن نشكر سيجر جيم و SeaGIS™ برامج للدعم التقني. الكابتن والصياد التجارية تيم ماريسيتش والطاقم على متن الطائرة F/V كاثلين دونا قدمت الدعم في نشر أندر من الفترة 2015-2012. شكرا لجميع الذين شاركوا في جمع بيانات الفيديو أو التحليل (تاجيني Anne ودونا كلاين، الملازم العنبر باين، داوني بريون، بونتي ماريسا، ريبيكا ميلر، ميريفيلد مات، والتر مندفع، رينيكي ستيف، ديك اكساجولا، وحقل جون).
Materials
| calibration cube | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/hardware.html | 1000x1000x500 mm is the preferred dimensions. Other methods of calibration are available. |
| CAL calibration software | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/bundle.html | |
| EventMeasure stereo measurement software | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/event.html | |
| Statistical software | R Core Team 2017 (v. 3.4.0) | Bootstrapping code can be found: https://github.com/rfields2017/JoVE-Bootstrap-Function | |
| Spreadsheet Software | Microsoft Excel | ||
| 2 waterproof cameras | Deep Sea Power and Light | HD quality preferred | |
| 2 depth rated, waterproof lights | Deep Sea Power and Light : 3000 lumen LED with 5000k color temperature | ||
| DVR recorder | Stack LTD DVR | ||
| standard PC | Windows 10 preferred OS | ||
| rotating Lander platform | Marine Applied Research and Engineering (MARE) |
References
- Love, M. S., Yoklavich, M. M., Thorsteinson, L. K. . The Rockfishes of the Northeast Pacific. , (2002).
- Laidig, T. E., Watters, D. L., Yoklavich, M. M. Demersal fish and habitat associations from visual surveys on the central California shelf. Estuar. Coast. Shelf Sci. 83 (4), 629-637 (2009).
- Anderson, T. J., Yoklavich, M. M. Multiscale habitat associations of deepwater demersal fishes off central California. Fish. Bull. 105 (2), 168-179 (2007).
- Yoklavich, M. M., Cailliet, G. M., Sullivan, D. E., Lea, R. N., Love, M. S. Habitat associations deep-water rockfishes a submarine canyon an example of a natural refuge. Fish. Bull. 98 (3), 625-641 (2000).
- . . Status of the Pacific Coast Groundfish Fishery, Stock Assessment and Fishery Evaluation. , (2016).
- Cappo, M., Harvey, E., Malcolm, H., Speare, P., Beumer, J. P., Grant, A., Smith, D. C. Potential of video techniques to monitor diversity, abundance and size of fish in studies of marine protected areas. Aquatic protected areas- What works best and how do we know. , 455-464 (2003).
- McLean, D. L., Green, M., Harvey, E. S., Williams, A., Daley, R., Graham, K. J. Comparison of baited longlines and baited underwater cameras for assessing the composition of continental slope deepwater fish assemblages off southeast Australia. Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 98, 10-20 (2015).
- Parker, D., Winker, H., et al. Insights from baited video sampling of temperate reef fishes: How biased are angling surveys. Fish. Res. 179, 191-201 (2016).
- Boutros, N., Shortis, M. R., Harvey, E. S. A comparison of calibration methods and system configurations of underwater stereo-video systems for applications in marine ecology. Limnol. Oceanogr. Methodss. 13 (5), 224-236 (2015).
- Harvey, E. S., Cappo, M., Butler, J. J., Hall, N., Kendrick, G. A. Bait attraction affects the performance of remote underwater video stations in assessment of demersal fish community structure. Mar. Ecol. Prog. Ser. 350, 245-254 (2007).
- Watson, J. L., Huntington, B. E. Assessing the performance of a cost-effective video lander for estimating relative abundance and diversity of nearshore fish assemblages. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 483, 104-111 (2016).
- Easton, R. R., Heppell, S. S., Hannah, R. W. Quantification of Habitat and Community Relationships among Nearshore Temperate Fishes Through Analysis of Drop Camera Video. Mar. Coast. Fish. 7 (1), 87-102 (2015).
- Hannah, R. W., Blume, M. T. O. Tests of an experimental unbaited video lander as a marine fish survey tool for high-relief deepwater rocky reefs. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 430, 1-9 (2012).
- Starr, R. M., Gleason, M. G., et al. Targeting Abundant Fish Stocks while Avoiding Overfished Species: Video and Fishing Surveys to Inform Management after Long-Term Fishery Closures. Plos One. 11 (12), 0168645 (2016).
- Love, M. S. . Certainly more than you want to know about the fishes of the Pacific Coast: a postmodern experience. , (2011).
- Campbell, M. D., Pollack, A. G., Gledhill, C. T., Switzer, T. S., DeVries, D. A. Comparison of relative abundance indices calculated from two methods of generating video count data. Fish. Res. 170, 125-133 (2015).
- Cappo, M., Speare, P., De’ath, G. Comparison of baited remote underwater video stations (BRUVS) and prawn (shrimp) trawls for assessments of fish biodiversity in inter-reefal areas of the Great Barrier Reef Marine Park. J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 302 (2), 123-152 (2004).
- Schobernd, Z. H., Bacheler, N. M., Conn, P. B., Trenkel, V. Examining the utility of alternative video monitoring metrics for indexing reef fish abundance. Can. Jour. Fish. Aquat. Sci. 71 (3), 464-471 (2014).
- Hansen, M. J., Schorfhaar, R. G., Selgeby, J. H. Gill-Net Saturation by Lake Trout in Michigan Waters of Lake Superior. North Am. J. Fish. Manag. 18 (4), 847-853 (1998).
- Dauk, P. C., Schwarz, C. J. Catch estimation in the presence of declining catch rate due to gear saturation. Biometrics. 57 (1), 287-293 (2001).
- Hilborn, R., Walters, C. J. . Quantitative Fisheries Stock Assessment Choice, Dynamics and uncertainty. , (1992).
- Erisman, B. E., Allen, L. G., Claisse, J. T., Pondella, D. J., Miller, E. F., Murray, J. H. The illusion of plenty: hyperstability masks collapses in two recreational fisheries that target fish spawning aggregations. Can. Jour. Fish. Aquat. Sci. 68, 1705-1716 (2011).
- Buckland, S. T., Anderson, D. R., Burnham, K. P., Laake, J. L. . Distance Sampling: Estimating abundance of biological populations. , (1993).
- Ronconi, R. A., Burger, A. E. Estimating seabird densities from vessel transects: Distance sampling and implications for strip transects. Aquat. Bio. 4 (3), 297-309 (2008).
- Caselle, J. E., Rassweiler, A., Hamilton, S. L., Warner, R. R. Recovery trajectories of kelp forest animals are rapid yet spatially variable across a network of temperate marine protected areas Recovery trajectories of kelp forest animals are rapid yet spatially variable across a network of temperate marine protected. Nat. Publ. Gr. , 1-14 (2015).
- Starr, R. M., Wendt, D. E., et al. Variation in Responses of Fishes across Multiple Reserves within a Network of Marine Protected Areas in Temperate Waters. Plos One. 10 (3), 0118502 (2015).
- Lester, S., Halpern, B., et al. Biological effects within no-take marine reserves: a global synthesis. Mar. Ecol. Prog. Ser. 384, 33-46 (2009).
