發(fā)布時(shí)間：2021-05-26所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：合理的調(diào)查采樣設(shè)計(jì)可有效降低調(diào)查成本、獲取高質(zhì)量的調(diào)查數(shù)據(jù)。為深入理解采樣頻次對(duì)漁業(yè)生物物種豐富度估計(jì)的影響，本文基于20092010年膠州灣近岸水域逐月張網(wǎng)的漁業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用計(jì)算機(jī)模擬重抽樣方法，比較了簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣和兩種分層隨機(jī)抽樣方案
摘要：合理的調(diào)查采樣設(shè)計(jì)可有效降低調(diào)查成本、獲取高質(zhì)量的調(diào)查數(shù)據(jù)。為深入理解采樣頻次對(duì)漁業(yè)生物物種豐富度估計(jì)的影響，本文基于2009—2010年膠州灣近岸水域逐月張網(wǎng)的漁業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用計(jì)算機(jī)模擬重抽樣方法，比較了簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣和兩種分層隨機(jī)抽樣方案下不同采樣頻次在物種豐富度估計(jì)方面的表現(xiàn)。研究表明，三種采樣方案下的物種豐富度的相對(duì)估計(jì)誤差(REE)和相對(duì)偏差(RB)絕對(duì)值均隨采樣頻次的增加而降低;簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣的REE值和RB值的絕對(duì)值略高于分層隨機(jī)抽樣;物種豐富度探測(cè)率達(dá)到90%、80%和70%時(shí)分別需要進(jìn)行10、8和6次調(diào)查。對(duì)于膠州灣等溫帶半封閉海灣漁業(yè)生物多樣性的調(diào)查，調(diào)查頻次應(yīng)盡可能覆蓋全年以保證調(diào)查數(shù)據(jù)的代表性。
關(guān)鍵詞：采樣頻次;漁業(yè)資源;物種豐富度;張網(wǎng)調(diào)查;膠州灣;重抽樣方法
海洋生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了豐富的漁業(yè)資源。定期的漁業(yè)資源調(diào)查，是查明漁業(yè)生物多樣性和漁業(yè)資源動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)。漁業(yè)資源調(diào)查通常費(fèi)時(shí)且成本較高，因此科學(xué)合理的采樣設(shè)計(jì)對(duì)于調(diào)查十分必要[1]。在漁業(yè)資源調(diào)查中，采樣設(shè)計(jì)始終是調(diào)查設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)選擇合適的采樣方法和采樣頻率，可以有效減少采樣努力量，從而降低漁業(yè)資源調(diào)查的成本[2-4]。
漁業(yè)生物是重要的食物蛋白來(lái)源和漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。漁業(yè)生物物種豐富度是漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康程度的重要指標(biāo)，也是漁業(yè)生物多樣性保護(hù)計(jì)劃中的重要目標(biāo)，因此物種豐富度準(zhǔn)確估計(jì)在漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)和生物多樣性保護(hù)中非常重要。物種豐富度估計(jì)也是群落生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究的基本目標(biāo)，是生物多樣性保護(hù)和管理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。有學(xué)者比較不同模型對(duì)物種豐富度估計(jì)的影響[5-6]，也有學(xué)者通過(guò)改進(jìn)調(diào)查方案來(lái)優(yōu)化對(duì)物種豐富度的估計(jì)，其中涉及采樣漁具、采樣頻次和計(jì)算方法等影響因素[7-8]。計(jì)算機(jī)模擬重抽樣方法作為一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，其具有一定優(yōu)勢(shì)，可以在樣本容量較小或樣本不假定特定分布的情況下進(jìn)行，在近些年應(yīng)用較為廣泛。如Jackson和Harvey[9]通過(guò)重抽樣方法研究了不同漁具在不同采樣努力量下探測(cè)到物種的能力;Xu等[10]也運(yùn)用重抽樣方法研究了多目標(biāo)漁業(yè)資源調(diào)查中調(diào)查精度與采樣努力量之間的關(guān)系。
膠州灣為溫帶半封閉海灣，曾是多種海洋漁業(yè)生物種類的產(chǎn)卵、索餌和肥育場(chǎng)所，漁業(yè)資源豐富，是漁業(yè)生物多樣性保護(hù)的重要水域[11]。但是，由于受到捕撈、海洋污染及其它人為因素的影響，膠州灣漁業(yè)資源種類和數(shù)量衰退，漁業(yè)資源結(jié)構(gòu)也發(fā)生了一定變化[12]，這不利于漁業(yè)生物多樣性的保護(hù)。通過(guò)科學(xué)調(diào)查，查明漁業(yè)生物物種豐富度、物種組成和物種多樣性等信息，是深入理解漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化和開(kāi)展基于生態(tài)系統(tǒng)水平的漁業(yè)管理的基礎(chǔ)[13]。
為了查明不同采樣頻次對(duì)膠州灣漁業(yè)資源調(diào)查估計(jì)物種豐富度的影響，本文根據(jù)膠州灣12個(gè)月的張網(wǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，應(yīng)用重抽樣模擬研究方法，分析了漁業(yè)生物物種豐富度隨調(diào)查采樣頻次的變化，以期為膠州灣水域漁業(yè)資源調(diào)查采樣設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。
1材料與方法
1.1數(shù)據(jù)來(lái)源
本文數(shù)據(jù)來(lái)源于2009年3月—2010年2月在膠州灣近岸水深6m以內(nèi)張網(wǎng)調(diào)查。調(diào)查海域經(jīng)緯度范圍為36°05′N～36°09′N，120°10′E～120°17′E，沿大沽河入海口方向設(shè)1個(gè)斷面，兩側(cè)分設(shè)1個(gè)斷面，每個(gè)斷面按水深梯度設(shè)2個(gè)站位，共設(shè)置6個(gè)調(diào)查站位(見(jiàn)圖1)。由于膠州灣北部近岸水域水深較淺，同時(shí)該區(qū)域存在菲律賓蛤仔等貝類增養(yǎng)殖，底拖網(wǎng)調(diào)查作業(yè)受限。為了解該水域漁業(yè)生物種類組成，該研究中采用了在各月大潮汛期間進(jìn)行張網(wǎng)調(diào)查采樣。調(diào)查網(wǎng)具為雙錨豎桿張網(wǎng)，網(wǎng)衣總長(zhǎng)為10m，網(wǎng)口周長(zhǎng)12m，其中網(wǎng)口高2m，網(wǎng)口寬4m，囊網(wǎng)網(wǎng)目為1cm，平均放置24h。視調(diào)查漁獲量情況進(jìn)行漁獲樣品取樣，對(duì)漁獲較多的月份進(jìn)行隨機(jī)取樣，個(gè)別漁獲較少月份進(jìn)行全部取樣，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后對(duì)樣品鑒定至種。統(tǒng)計(jì)調(diào)查獲得的漁業(yè)生物物種數(shù)，本文中的漁業(yè)生物包括魚(yú)類、甲殼類、頭足類，并對(duì)每個(gè)種類進(jìn)行稱重和數(shù)量統(tǒng)計(jì)，具體參照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763.6—2007)[14]。
1.2分析方法
1.2.1群落物種豐富度探測(cè)率 物種探測(cè)率(Speciesdetectability)指一個(gè)物種在一定區(qū)域內(nèi)被檢測(cè)到的條件概率[13]。本文中所用到的物種豐富度探測(cè)率，定義為某次調(diào)查中所探測(cè)到的物種數(shù)占調(diào)查區(qū)域“真實(shí)”物種數(shù)的比例，計(jì)算公式如下：
1.2.3模擬流程 本文中假設(shè)逐月調(diào)查原始數(shù)據(jù)獲得的漁業(yè)生物物種數(shù)可代表研究海域“真實(shí)”漁業(yè)生物物種豐富度。本文以漁業(yè)生物物種豐富度為調(diào)查估計(jì)目標(biāo)，對(duì)膠州灣近岸水域漁業(yè)資源張網(wǎng)調(diào)查不同采樣頻次的調(diào)查效果進(jìn)行研究。本文中考慮了3種不同的調(diào)查頻次設(shè)計(jì)方案：其中方案1為簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣設(shè)計(jì)，即在12次逐月調(diào)查中進(jìn)行無(wú)放回隨機(jī)抽樣，模擬年總調(diào)查次數(shù)為1～12次時(shí)的物種豐富度變化;方案2和方案3均為分層隨機(jī)采樣設(shè)計(jì)，其中方案2將12個(gè)月劃分為暖季(6—11月)和冷季(12月—翌年5月)，在冷、暖季進(jìn)行等比例隨機(jī)抽樣，模擬年總調(diào)查次數(shù)分別為2、4、6、8、10次，方案3中將12次逐月調(diào)查分為春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)和冬季(12月—翌年2月)，在各季進(jìn)行等比例隨機(jī)抽樣，模擬年總調(diào)查次數(shù)分別為4和8次。在3種設(shè)計(jì)中，每個(gè)調(diào)查頻次模擬抽樣1000次。把根據(jù)模擬數(shù)據(jù)計(jì)算漁業(yè)生物物種豐富度并與原始調(diào)查物種豐富度“真值”進(jìn)行比較。利用相對(duì)估計(jì)誤差(Relativeestimationerror，REE)和相對(duì)偏差(Rela-tivebias，RB)衡量不同采樣頻次設(shè)計(jì)方案估計(jì)漁業(yè)生物物種豐富度的準(zhǔn)確度和精確度，從而確定合理的采樣頻次設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)。
2結(jié)果
2.1物種豐富度分析圖3為膠州灣淺水區(qū)漁業(yè)資源張網(wǎng)調(diào)查中漁業(yè)生物物種豐富度和累積物種數(shù)的月變化。全年共出現(xiàn)漁業(yè)生物物種86種，其中35個(gè)(占40.7%)物種僅在1個(gè)月中出現(xiàn)，67個(gè)(占77.9%)物種出現(xiàn)了4次及以下，80個(gè)(占93.0%)物種出現(xiàn)了7次及以下，僅有1種出現(xiàn)了9次。5—7月、12月—翌年1月的物種累積數(shù)變化較平緩，而7—8月的物種數(shù)變化較劇烈。持續(xù)6個(gè)月共累積出現(xiàn)66種;持續(xù)8個(gè)月共累積出現(xiàn)75種;持續(xù)10個(gè)月共累積出現(xiàn)73種。物種豐富度總體上月間變化不大，6、7月以及翌年1月的物種豐富度較低，分別為7、13和10種，而3和8月的物種豐富度較高，分別為38和32種。
表1為各季節(jié)的物種數(shù)、物種豐富度探測(cè)率和季節(jié)間重疊率以及代表月的物種數(shù)、物種豐富度探測(cè)率和季節(jié)內(nèi)重疊率。春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)和冬季(12月—翌年2月)的物種數(shù)分別為50、40、43和33種，物種豐富度探測(cè)率分別為58.1%、46.5%、50.0%和38.4%。各季節(jié)代表月5、8、11和2月的物種數(shù)分別為23、32、44和21種，物種豐富度探測(cè)率分別為26.7%、37.2%、27.9%和24.4%，低于各季節(jié)的物種數(shù)和物種豐富度探測(cè)率。各季節(jié)之間的物種重疊率普遍較高，最低為春季的68.0%，最高為冬季的81.8%，代表月與其代表季節(jié)內(nèi)其他月份的重疊率相對(duì)較低，最低為8月的28.1%，最高為5月的78.3%。
2.2物種豐富度探測(cè)率比較圖4為3個(gè)方案在不同采樣頻次下的群落物種豐富度探測(cè)率變化。在方案1中，物種豐富度探測(cè)率隨采樣頻次增加逐步上升并趨于穩(wěn)定。采樣頻次低時(shí)，物種豐富度探測(cè)率變異性較大、上升較快;采樣頻次高時(shí)，物種豐富度探測(cè)率變異性較小、上升較慢。方案2和方案3的物種豐富度探測(cè)率隨采樣頻次的變化和方案1的趨勢(shì)類似。
方案2在調(diào)查頻次為2次時(shí)物種豐富度探測(cè)率的中位數(shù)比方案1高2.33%，其余調(diào)查頻次時(shí)物種豐富度探測(cè)率與方案1的值差異較小。方案1、方案2和方案3在調(diào)查頻次為4、8次時(shí)的物種豐富度探測(cè)率基本一致，方案3在4次時(shí)的物種豐富度探測(cè)率變異性較小且中位數(shù)高。
2.3相對(duì)估計(jì)誤差(REE)的比較
圖5為3種方案不同采樣頻次下物種豐富度探測(cè)率的相對(duì)估計(jì)誤差的箱線圖。方案1中，1～12次調(diào)查的REE值總體呈下降趨勢(shì)，變動(dòng)范圍為4.19%～77.04%。方案2和方案3的REE值總體趨勢(shì)與方案1類似，方案2中2～10次調(diào)查的變動(dòng)范圍為7.68%～60.31%，方案3中4～8次調(diào)查的變動(dòng)范圍為15.72%～39.32%。方案2中不同調(diào)查頻次時(shí)物種豐富度探測(cè)率的REE值比方案1的REE值略低。3種方案中物種豐富度探測(cè)率的相對(duì)估計(jì)誤差相近，方案1在調(diào)查頻次為4次時(shí)的探測(cè)率的REE值略高于方案2和方案3。單因素方差分析表明，在5個(gè)采樣頻次時(shí)，物種豐富度估計(jì)REE值在不同采樣方案間均差異顯著(P<0.05)。
2.4相對(duì)偏差(RB)比較
圖6為3種方案不同采樣頻次下物種豐富度探測(cè)率的相對(duì)偏差的箱線圖。本研究中相對(duì)偏差均為負(fù)值。方案1中，1～12次時(shí)的RB值總體呈上升趨勢(shì)，變動(dòng)范圍為-76.27%～-3.19%。方案2和方案3的RB值總體趨勢(shì)與方案1類似，方案2中調(diào)查頻次在2～10時(shí)的變動(dòng)范圍為-59.01%～-6.46%，方案3中調(diào)查頻次在4～8次時(shí)的變動(dòng)范圍為-38.41%～-14.31%。
在調(diào)查次數(shù)較少時(shí)，方案2的物種豐富度探測(cè)率的RB值絕對(duì)值比方案1的略小;隨著調(diào)查次數(shù)的增加，方案2和方案1的RB值逐漸接近;兩方案的估計(jì)值RB差異隨著調(diào)查次數(shù)的增加逐漸減小。在調(diào)查頻次為4、8次時(shí)3種方案物種豐富度探測(cè)率的相對(duì)偏差相近，方案1在調(diào)查頻次為4次時(shí)的RB值絕對(duì)值略高于方案2和方案3。單因素方差分析表明，在5個(gè)采樣頻次時(shí)，物種豐富度估計(jì)的RB值在不同采樣方案間均差異顯著(P<0.05)。——論文作者：吳楨1，薛瑩1，2，3，張崇良1，2，3，任一平1，2，3，徐賓鐸1，2，3
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