小尺度多生境下底層魚類群落采樣設(shè)計(jì)及影響因素-以馬鞍列島海域?yàn)槔?pdf

1、魚類群落生態(tài)學(xué)研究結(jié)果的準(zhǔn)確性很大程度上依賴于采樣設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性。由于野外采樣調(diào)查成本較高，不適合經(jīng)常進(jìn)行大范圍調(diào)查，調(diào)查研究前選擇合理而有效的采樣設(shè)計(jì)，不但可以減小生物資源的損耗和調(diào)查成本，而且可以獲得關(guān)于所研究生物群體分布的最有效信息。最佳的采樣調(diào)查設(shè)計(jì)不僅可以節(jié)約海上調(diào)查成本，其調(diào)查結(jié)果對(duì)漁業(yè)資源的評(píng)估或者決策的制定也起著相當(dāng)重要的作用。
　　本文研究區(qū)域?yàn)轳R鞍列島，地處著名的嵊山漁場(chǎng)，是典型的島礁海域，同時(shí)也是重要的

2、海洋保護(hù)區(qū)，具有豐富的魚類群落資源，內(nèi)有巖礁、泥地、貽貝場(chǎng)等多種人工或天然生境分布，各生境都具有明顯的群落分布結(jié)構(gòu)與特征。不適宜的調(diào)查采樣方式或設(shè)計(jì)往往會(huì)使研究結(jié)果產(chǎn)生偏差，因此，在采樣設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮馬鞍列島海域生境分布特點(diǎn)及群落特征，從而得到最優(yōu)采樣設(shè)計(jì)或采樣頻率。
　　本文基于2009年12個(gè)月份的底層魚類調(diào)查樣本，利用計(jì)算機(jī)模擬，進(jìn)行不同采樣設(shè)計(jì)的模擬采樣，對(duì)比分析了不同采樣設(shè)計(jì)在底層魚類群落調(diào)查中的精度與偏差，并且針對(duì)

3、目前在馬鞍列島海域生物調(diào)查中常用的采樣設(shè)計(jì)如定點(diǎn)采樣進(jìn)行評(píng)估，為今后魚類群落采樣提供方法參考。隨著全球氣候的不斷變暖，由溫度升高引起的生態(tài)類的問題逐漸引起人們的高度關(guān)注，本文比較了隨著溫度升高，群落分布發(fā)生變化下不同采樣設(shè)計(jì)的精度，來評(píng)估由溫度升高引起的群落分布的變化對(duì)采樣有什么樣的影響。此外，本文還從時(shí)間尺度上來進(jìn)行魚類種類獲取能力的比較研究，闡述采樣頻率、采樣強(qiáng)度對(duì)群落估計(jì)的影響，探求最佳采樣頻率。同時(shí)，由于采樣設(shè)計(jì)必須基于對(duì)群落有

4、所認(rèn)知的條件下，才能更好的進(jìn)行模擬，因此，本文首先基于魚類群落與環(huán)境的關(guān)系，建立了魚類群落與環(huán)境的關(guān)系模型，并加以改進(jìn)以消除環(huán)境因子間共線性的影響，探求較為適宜的預(yù)測(cè)模型，并對(duì)馬鞍列島海域群落分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，作為采樣設(shè)計(jì)所針對(duì)的真實(shí)群落分布。
　　(1)基于主成分分析的廣義加性模型對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行降維處理，降低了各環(huán)境因子之間的多重共線性，在進(jìn)行群落指數(shù)預(yù)測(cè)時(shí)，提高了模型的預(yù)測(cè)精度。對(duì)于豐富度指數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，基于主成分分析的廣義加性模

5、型的預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值的平均相關(guān)系數(shù)為0.6±0.2(-0.067～0.905)，稍高于非基于主成分分析的廣義加性模型0.53±0.2(-0.247～0.932)。對(duì)于多樣性指數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，基于主成分分析的廣義加性模型的平均相關(guān)系數(shù)高于非基于主成分分析的廣義加性模型，兩者的平均相關(guān)系數(shù)分別為0.65±0.2(0.01～0.936)和0.53±0.3(-0.201～0.901)。為避免樣本較少所產(chǎn)生的模型建模偏差，100次循環(huán)中作為顯著性因子

6、比例高于50％的環(huán)境因子被判定為顯著性影響因子。結(jié)果表明，月份與生境是影響豐富度指數(shù)與多樣性指數(shù)分布與變動(dòng)的主要顯著性因素。對(duì)馬鞍列島海洋豐富度與多樣性指數(shù)的預(yù)測(cè)表明，在整個(gè)海域豐富度指數(shù)的呈現(xiàn)中間高于周邊的現(xiàn)象，豐富度的最大值多分布于島嶼環(huán)抱的狹長(zhǎng)海域(西北至東南方向)，此區(qū)域?yàn)槟嗌呈植驾^廣區(qū)域，島嶼周邊巖礁生境及沙灘生境的豐富度也較高。多樣性指數(shù)分布稍有差異，在6月份和12月份，多樣性指數(shù)的分布與豐富度較為類似，高值集中于泥沙石生

7、境范圍內(nèi)。8月份馬鞍列島海域北部多樣性指數(shù)較高。從時(shí)間上講，豐富度指數(shù)在8月份較高，10月份較低，而多樣性指數(shù)在8月份與10月份時(shí)較高。
　　(2)簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣設(shè)計(jì)、系統(tǒng)采樣設(shè)計(jì)、分層采樣設(shè)計(jì)(面積分配)與分層采樣設(shè)計(jì)(尼曼分配)對(duì)豐富度指數(shù)采樣的采樣效果表現(xiàn)分別為：分層采樣設(shè)計(jì)(面積分配)>分層采樣設(shè)計(jì)(尼曼分配)>系統(tǒng)采樣設(shè)計(jì)>簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣設(shè)計(jì)。對(duì)于多樣性指數(shù)，四種采樣設(shè)計(jì)的采樣效果表現(xiàn)依次為：分層采樣設(shè)計(jì)(面積分配)>簡(jiǎn)單隨

8、機(jī)采樣設(shè)計(jì)>分層采樣設(shè)計(jì)(尼曼分配)>系統(tǒng)采樣設(shè)計(jì)，說明分層采樣設(shè)計(jì)(面積分配)的采樣表現(xiàn)較為穩(wěn)定。在估計(jì)豐富度指數(shù)時(shí)，分層采樣設(shè)計(jì)(面積分配)具有最高精度，其次是分層采樣設(shè)計(jì)(尼曼分配)。在三個(gè)不同采樣站點(diǎn)數(shù)下，站點(diǎn)數(shù)從25增加到100時(shí)，幾種采樣設(shè)計(jì)的精度越高，說明隨著采樣數(shù)量增加，采樣精度增加。當(dāng)溫度增加幅度從0 oC到5 oC時(shí)，四種采樣設(shè)計(jì)中分層采樣設(shè)計(jì)(面積分配)表現(xiàn)最好，具有最優(yōu)采樣效果和采樣誤差。但當(dāng)溫度在研究區(qū)域呈現(xiàn)不

9、均勻升高時(shí)，系統(tǒng)采樣設(shè)計(jì)具有最小的相對(duì)誤差，采樣精度最高。
　　(3)從定點(diǎn)采樣設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣和分層采樣設(shè)計(jì)的采樣效果、采樣相對(duì)誤差、采樣絕對(duì)誤差來看，在估計(jì)群落豐富度總體平均值時(shí)，采樣設(shè)計(jì)的采樣效果順序?yàn)椋悍謱硬蓸?簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣>定點(diǎn)采樣。分層采樣效果稍好于隨機(jī)采樣，8月份的分層采樣效果最好(采樣效果為0.927)，定點(diǎn)采樣在2月的采樣效果最差(采樣效果為5.906)。分層采樣的相對(duì)誤差和相對(duì)偏差最小，其次為簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣。簡(jiǎn)

10、單隨機(jī)采樣的平均相對(duì)誤差為14.9%，分層采樣的平均相對(duì)誤差為14.6%，兩者相差不大。定點(diǎn)采樣設(shè)計(jì)的平均相對(duì)誤差則為27.5%，遠(yuǎn)大于簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣和分層采樣。簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣的平均相對(duì)偏差為0.119%，分層采樣的平均相對(duì)偏差為0.014%，分層采樣的相對(duì)偏差較小，定點(diǎn)采樣的平均相對(duì)偏差為-0.367%。在3種采樣站點(diǎn)數(shù)下，分層采樣設(shè)計(jì)的采樣效果隨著采樣站點(diǎn)數(shù)的增加呈先減小再升高的趨勢(shì)。隨著站點(diǎn)數(shù)的增加，相對(duì)誤差和相對(duì)偏差均逐漸減小，尤其

11、是在站點(diǎn)數(shù)達(dá)到100時(shí)，相對(duì)偏差已相當(dāng)小，說明隨著站點(diǎn)數(shù)的增加，分層采樣的采樣精度不斷增加。在時(shí)間尺度上這些趨勢(shì)變動(dòng)較為一致，說明在不同時(shí)間情況下，分層采樣設(shè)計(jì)在不同采樣數(shù)下的表現(xiàn)較為穩(wěn)定。
　　(4)采樣時(shí)間間隔越短，對(duì)種類的獲取能力越強(qiáng)，尤其是對(duì)季節(jié)性種類和稀有種類，當(dāng)采樣頻率為每2個(gè)月一次時(shí)，對(duì)稀有性種類的獲取能力達(dá)80%以上。豐富度指數(shù)隨著采樣頻率的增加而增加，多樣性指數(shù)受采樣頻率的影響較小。選擇不同的采樣時(shí)間對(duì)種類的獲取