一种基于栖息地特征的鱼类资源调查与评估方法
文献发布时间:2023-06-19 13:49:36
技术领域
本发明涉及一种基于栖息地特征的鱼类资源调查与评估方法,属 于水生生物资源开发与利用及保护生物学领域。
背景技术
随社会的经济发展需求,资源的有效保护和可持续性开发利用是 全球重要的研究课题。我国内陆水系发达,生物栖息地环境多样,孕 育了丰富的鱼类,是人类直接食用的动物蛋白质的重要来源。
对于鱼类资源的现状调查是合理利用的前提基础,鱼类资源调查 可以为评估鱼类种群数量、捕捞限额制度、确定禁渔区域和禁渔期时 间、发放养殖许可证、以及管理提供科学依据。鱼类资源调查方式以 现场捕获法为主,辅助以渔获物调查法、补充调查法等,其中现场样 点选择基本依据水系网结构和水环境控制单元进行初步设定,通过实 地踏勘确定调查采样区和样点。但在研究区域较大的情况下,过于密 集、过于疏散、等距等样点设置均有各自的缺陷:密集布点导致工作 量庞大,疏散布点使得样品采集不充分,等距布点的样品收集缺乏代 表性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于在于提供一种基于栖息地特征的 鱼类资源调查与评估方法,所述方法依据研究区域的环境特征异同, 划分出不同栖息地类型,合理选择调查样点,获取适应各种栖息地生 境类型的样品,并依据面积-丰度/重量对应关系计算鱼类多样性和生 物量,结果更具代表性,更全面真实地反映调查区域的鱼类资源。该 方法在样品采集最小投入背景下获取最大程度的代表性样品组成,可 有效提高对研究区域的物种多样性和资源评估的精准度,完善了我国 鱼类资源评估的技术研究体系,对于鱼类资源保护和可持续性利用具 有重要指导意义。
本发明的一种基于栖息地特征的鱼类资源调查与评估方法,该方 法具体包括如下步骤:
1)绘制调查区域环境特征图:对研究区域的数字地形数据进行 栖息地地质特征提取和拼接,对气象数据进行栖息地物理特征提取并 插值,对水质监测数据进行栖息地化学特征提取并插值;
2)区域网格化处理:按照调查区域面积,选取不同经纬度水平 进行区域网格化:1°×1°,0.5°×0.5°,0.25°×0.25°;
3)计算网格环境特征值:应用ArcGIS软件,对每个网格各栖息 地特征的最大值、最小值、均值、变幅、标准差进行求解;
4)构建研究区域环境数据表:以网格为行、栖息地特征为列, 构建网格-栖息地特征二维数据表;
5)判识栖息地类型:依据网格-栖息地特征二维数据表,以网格 为单元,应用单连接聚合聚类方法,参考预设工作量选取聚类相似性 指数标准(>60%),进行聚类分析,得出不同栖息地类型;
6)计算栖息地面积:分别计算同一栖息地类型的网格内水面面 积,求和得出不同类型栖息地的水面面积;
7)选择代表性采样点:对应不同栖息地类型,每种类型至少选 取一个采样点根据栖息地类型面积大小和分布情况确定增加采样点 数;
8)样品数据获取:进行样品采集,记录采样时间和面积,按采 样点进行物种分类学鉴定,分别计量每个物种的数量,对同一物种内 每个个体进行称重;
9)构建物种分布表:以采样点为行、物种为列,分别构建物种 分布0-1(物种有无)、0-n(物种丰度)、0-w(物种重量)二维数据 表;
10)鱼类物种多样性计算:
丰富度指数S=n
其中n为物种种类数;
香浓多样性指数H’=-∑(P
其中P
11)鱼类资源丰度计算:
依据面积-丰度曲线,计算研究区域的物种总丰度:
其中:采样点j中,i为物种,n为物种种类数,N
12)资源生物量计算:
依据面积-生物量曲线,计算研究区域的物种总生物量:
其中:采样点j中,i为物种,n为物种种类数,W
进一步,所述的地质特征提取包括经度、维度和海拔数据;
进一步,将地理坐标系转换为投影坐标系。
进一步,所述的物理特征提取为获取包括温度、降水、水深和浊 度在内的信息。
进一步,所述化学特征提取为获取研究区域内水质监测站点数据, 包括酸碱度、硬度和碱度。
进一步,所述的计算网格环境特征值,打开网格的属性表,添加 如下字段:网格编号(ID),经度(Longitude),纬度(Latitude),进 行地理计算各个网格中心的经纬度坐标。
本发明与现有技术相比的有益效果:
本方法充分考虑到栖息地-生物之间关系,采用以栖息地特征为 指导的采样点设计,可最大程度上反应研究区域的鱼类多样性及资源 状况。在同等采样努力量的情况下显著优于随机布点、等距布点等传 统方法,结果更趋真实有效。对区系研究、多样性保护、保护区选址、 资源开发与利用等提供科学依据并具有实践指导作用。本方法充分考 虑到栖息地-生物之间关系,采用以栖息地特征为指导的采样点设计, 可最大程度上反应研究区域的鱼类多样性及资源状况。在同等采样努 力量的情况下显著优于随机布点、等距布点等传统方法,结果更趋真 实有效。对区系研究、多样性保护、保护区选址、资源开发与利用等提供科学依据并具有实践指导作用。
附图说明
图1.研究区域环境特征示意图。a.海拔;b.温度;c.硬度;
图2.研究区域网格图。a.网格划分图:数字表示网格号;b.样 点设计图:数字表示栖息地类型,黑色圆点表示采样点。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图来对本发明的技术方案做进一步解释, 但本发明的保护范围不受实施例任何形式上限制。
实施例1
一种基于栖息地特征的鱼类资源调查与评估方法,本实施例通过 对调查区闽江流域内环境栖息地地质、物理、化学多维特征进行聚类, 划分出不同栖息地类型,合理选择代表性调查样点,获取覆盖多种栖 息地类型的样品,更全面真实地反映调查区域的鱼类物种多样性和资 源。
1)绘制调查区域环境特征图:
A、地质特征提取:从NASA(2020年2月18日发布)下载覆盖 研究区域的DEM数据(精度30m),进行地形地貌分析。主要包括:
使用ArcGIS 10.0打开DEM数据(hgt文件),选择像素类型 16_BIT_SIGNED,拼接为一个完整的tif文件,提取经度、维度、海拔 数据;
将地理坐标系(以degree为单位)转换为投影坐标系(以meter 为单位):根据所在区域的中央经度数据计算通用横轴墨卡托(UTM, Universal Transverse Mercator)的投影参数:带号=(经度整数位/6)的整 数部分+31,提取坡度数据;
B、物理特征提取:从中国气象数据网(http://data.cma.cn)申 请获取气象数据产品,在ArcMap中打开气象站点经纬度信息和气候 数据,主要包括:温度、降水、水深、浊度;
应用ArcGIS的Geostatistical Analyst模块进行Kriging插值分析, 得出结果,输出为栅格Raster文件;
C、化学特征提取:获取研究区域内水质监测站点数据,主要包 括:酸碱度、硬度、碱度;
应用Arcmap进行反距离权重(IDW)插值分析,得出结果,输出 为栅格Raster文件;
D、按照地图制图要求,选择色彩、设置图例、比例尺等,绘制 地质特征空间特征图(图1);
2)区域网格化处理:
设定采样区域经纬度范围,按精度0.5°×0.5°标准,运用ArcGIS 生成fishnet网格,共生成含水系分布的网格68个(图2a);
3)计算网格环境特征值:
打开网格的属性表,添加如下字段:网格编号(ID),经度 (Longitude),纬度(Latitude),进行地理计算各个网格中心的经纬 度坐标;
打开需要提取数据的栅格文件,使用ArcGIS的Spatial Analyst Tools按网格计算各个环境特征,主要包括:最大值、最小值、均值、 变幅、标准差;
4)构建研究区域环境数据表
将网格环境特征数据以ID为行、栖息地特征为列,导出网格-栖 息地特征二维数据表,表格设计如表1所示。
表1.网格-栖息地特征二维数据表
5)判识栖息地类型:
应用R软件对网格-栖息地特征二维数据表进行聚类分析,采用 单连接聚合聚类(Single linkage agglomerative clustering)法,依据最 短的成对距离(或最大的相似性)聚合网格,得出聚类分析树;
选取聚类相异性指数75%为标准,划分聚类组数,共得到8组类 型栖息地,
绘制栖息地空间分布图(图2b);
6)计算栖息地面积:
从中科院资源环境数据中心获取研究区域遥感影像数据,对同一 栖息地类型内每个网格内的水系面积进行计算,对此类栖息地类型水 域面积求和;
7)选择代表性采样点:
对每种栖息地类型选取至少一个采样点,对面积较大的某一类型 栖息地,或者以分散状态分布的某一类型栖息地可适宜增加采样点数, 本次采样共选取16个采样点,其中栖息地类型1、2、3、4各有3 个采样点,栖息地类型5、6、7、8各有1个采样点(图2),构建采 样点栖息地特征数据表,如表2所示:
表2.采样点栖息地特征数据表
8)样品数据获取:
每个点采样面积根据实际水面宽度而定,为50-100m
对采集的样品依照《中国动物志》进行物种分类学鉴定,并使用 Catalog ofFishes数据库进行分类信息校正;
计量每个采样点每个物种的数量;
称量每个采样点每个物种的每个个体的重量,精确到0.1g;
9)构建物种分布表:
以采样点为行,物种为列,构建物种分布0-1(物种有无)、0-n(物 种丰度,尾)、0-W(物种生物量,克)二维数据表,表格设计如表3 所示:
表3.物种分布表
10)鱼类物种多样性计算:
A、计算每个采样点的物种多样性,包括:
物种丰富度S
其中j为站点,n
香浓多样性指数H’
其中P
表4.各个采样点的物种丰富度和香浓多样性
B、汇总每一类型栖息地的样品,计算栖息地类型的物种多样性, 包括:
物种丰富度S
其中h为栖息地类型,n
香浓多样性指数H’
其中P
各个栖息地的物种丰富度和香浓多样性见表5所示。
表5.各个栖息地的物种丰富度和香浓多样性
C、汇总研究区域采集的所有样品,计算总物种多样性,包括:
丰富度指数S=n
其中n为物种总种类数;
香浓多样性指数H’=-∑Pi×LnPi;
其中P
物种丰富度43(尾),香浓多样性3.048。
11)鱼类资源丰度计算:
A、计算采样点j的物种丰度:
其中i为物种,n为物种数,N
表6.各采样点的物种丰富度
B、依据面积-丰度曲线关系,计算同一栖息地类型的物种总丰度:
其中A
各栖息地的物种丰富度如表7所示。
表7.各栖息地的物种丰富度
C、计算研究区物种总丰度:
其中h为栖息地类型,m为总栖息地类型数;
最后获得研究区物种总丰富度1424407(尾)。
步骤12:资源生物量计算
A、计算采样点j的物种生物量:
其中i为物种,n为物种数,Wi为i物种的所有个体的总重量;
各采样点的资源生物量见表8所示。
表8.各采样点的资源生物量
B、依据面积-生物量曲线关系,计算同一栖息地类型的物种生物 量:
其中A
表9.各个栖息地的物种生物量
C、计算研究区物种总生物量:
其中h为栖息地类型,m为总栖息地类型数。最后获得研究区物 种总生物量4904439(克)。
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- 一种基于地形地貌条件的鱼类栖息地划分方法