O evaluare empirică a utilității carenelor convexe și a zonelor standard de elipsă pentru evaluare

Departamentul de Afiliere pentru Științe Biologice și de Mediu, Universitatea din Jyväskylä, Jyväskylä, Finlanda

Jari Syväranta,
Anssi Lensu,
Timo J. Marjomäki,
Sari Oksanen,
Roger I. Jones

Cifre

Abstract

Bearhop și colab. [8] a propus o abordare practică pentru a evalua lățimea nișei de hrănire utilizând varianțele asociate cu valorile medii ale populației δ 13 C și δ 15 N. Mai recent, Layman și colab. [9] a propus utilizarea metricilor la nivelul întregii comunități, cum ar fi zonele convexe ale corpului, pentru a analiza structura rețelei alimentare din datele SIA, în timp ce Schmidt și colab. [10] au introdus statistici circulare pentru analiza datelor izotopice stabilite ale rețelei alimentare. Deși aceste metode au generat critici [11], [12], mai mulți autori au aplicat ulterior metrici la nivelul întregii comunități (sensu [9]) pentru a evalua lățimea nișei populației (sau „lățimea nișei izotopului”) din δ 13 C și δ individuale 15 N date (de exemplu [13] - [16], apendicele S1). Când datele izotopice stabile de la mulți indivizi dintr-o populație sunt prezentate ca un biplot δ 13 C - δ 15 N, aceasta este în esență o reprezentare bidimensională a nișei de hrănire a speciei, în care punctele de date corespund dietelor individuale exprimate ca împerecheate coordonate izotopice. Dimensiunea izotopului de nișă poate fi apoi calculată ca poligonul convex minim (sau corp convex), adică cea mai mică zonă care cuprinde toate observațiile.

Datele au fost obținute prin căutarea literaturii în ISI Web of Knowledge și Scopus, iar publicațiile sunt listate în Anexa S1.

Materiale și metode

Lacul Jyväsjärvi (62 ° 14 ′ N, 25 ° 46 ′ E) este un lac urban moderat eutrofic (concentrație totală de fosfor în jur de 35-40 µg L -1) în centrul Finlandei cu o suprafață de 3,4 km 2. Jyväsjärvi se recuperează după o poluare severă anterioară cauzată de apele reziduale municipale și industriale, iar metodele recente de restaurare au inclus îndepărtarea în masă a peștilor mici. Perca și roachul analizați pentru acest studiu au fost colectate din aceste capturi de îndepărtare a peștilor în 2005 și 2006 permițând o prelevare aleatorie de 202 bibani (lungime medie ± SD totală 124 ± 32 mm, interval 57-212 mm) și 173 roach (171 ± 73 mm ), 57–275 mm) indivizi pentru SIA. O mică probă musculară a fost disecată din fiecare pește, uscată într-un cuptor la 60 ° C și măcinată într-o pulbere omogenă folosind un mortar și un pistil. O mică probă mică (0,6 mg) a fost apoi cântărită cu precizie într-o cană de tablă pentru analiza δ 13 C și δ 15 N într-un analizor elementar FlashEA 1112 cuplat la un spectrometru de masă Thermo Finnigan DELTA plus Advantage (Thermo Electron Corporation, Waltham, MA, SUA) la Universitatea din Jyväskylä urmând protocoale standard.

Testarea fiabilă a influenței creșterii mărimii eșantionului asupra TA, SEA și SEAc într-un biplot δ 13 C - δ 15 N necesită seturi de date extinse, care nu sunt adesea disponibile în studiile publicate de izotop stabil ecologic. Se presupune că 202 bibani și 173 indivizi roach din Jyväsjärvi reflectă suficient distribuțiile statistice pentru valorile δ 13 C și δ 15 N ale acestor populații și, prin urmare, ar putea fi utilizate pentru a analiza efectul mărimii eșantionului asupra TA, SEA și SEAc prin bootstrapping (resampling). Au fost extrase 5000 de probe aleatorii de n indivizi din setul de date cu înlocuire și toate cele trei valori au fost calculate pentru fiecare extragere. Minimul n a fost setat la 5 și maximul la 80 (valorile 13 C și δ 15 N au fost aceleași ca în datele originale, dar observațiile au urmat o distribuție normală multivariată.

Zonele metrice au fost calculate utilizând un pachet de elipse bayesiene stabile cu izotop stabil în R (SIBER) [18] pentru R v.2.10.1 [23]. Scriptul original a fost modificat pentru a include bootstrappingul a 5000 de zone de nișă izotopice pentru fiecare mărime a eșantionului n, care au fost apoi stocate și distribuțiile lor examinate folosind valori percentile. Seturile de date simulate au fost generate cu pachetul Multivariate Normal și Distribuții t (mvtnorm) în R.

Rezultate

Rapoartele izotopice stabile la carbon și azot ale bibanilor și gandacilor individuali au prezentat variații considerabile, ceea ce nu este excepțional pentru populațiile naturale. Distribuțiile de frecvență ale populației de biban și roach valori δ 13 C și δ 15 N au fost marcat de vârf și înclinat (Fig. 2), indicând gruparea puternică și asimetrică a observațiilor în matricea δ 13 C - δ 15 N. Mai mult, niciuna dintre distribuții nu a urmat o distribuție normală sau nu a putut fi transformată pentru a se potrivi cu o distribuție normală utilizând vreo metodă de transformare comună, cum ar fi log, rădăcină pătrată arcsină sau transformări Box-Cox. TA calculată pentru populația bibanului (31,7) și, în special, a populației de roach (51,1) a cuprins o gamă largă atât de valori de δ 13 C, cât și de δ 15 N (Fig. 3). În schimb, valorile SEA și SEAc păreau să fie mai puțin dependente de cele mai extreme puncte și erau 3,5 pentru biban și 6,7 pentru gandac (Fig. 3), reprezentând în general o diferență similară între lățimile de nișă izotopice ca TA.