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环境DNA技术发展及其在长江流域水生生态学领域的应用研究进展

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海洋渔业 2024年第1期46卷 119-128页

作者：赵娜杨刚吴祖立宋超熊敏思赵峰张涛中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090

长江流域鱼类资源丰富、生物多样性高。近年来,受人为干扰、环境变化等因素影响,鱼类资源急剧衰退,全面了解该流域水生生态学信息、进行长江大保护迫在眉睫。随着分子生物学技术的发展,环境DNA技术应运而生,其相比于传统调查方式更加高... 详细信息

长江流域鱼类资源丰富、生物多样性高。近年来,受人为干扰、环境变化等因素影响,鱼类资源急剧衰退,全面了解该流域水生生态学信息、进行长江大保护迫在眉睫。随着分子生物学技术的发展,环境DNA技术应运而生,其相比于传统调查方式更加高效、灵敏,应用领域更广;该技术的灵敏性使其非常适合于检测濒危物种、低密度物种入侵、瞬时和隐秘物种的存在,特别是当检测低密度物种的采样工作难以控制时,其敏感性、简便性和降低危害性的优势愈加显现出来。因此,该技术已被广泛应用于食品微生物、生物监测、群落生态学、古环境、保护生物学和生物入侵等领域的研究。介绍了环境DNA定义、发展史、研究方法与优劣势,在此基础上概述了其在长江流域水生生态学领域的应用研究进展,最后展望了环境DNA技术与环境RNA技术相结合的技术革新以及新一代测序手段、大数据及机器智能技术多技术结合助力该领域研究的前景,以期为长江流域持续性生态学监测提供借鉴和参考。

关键词：环境DNA 长江流域生态学

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基于深度学习的鱼类跟踪技术研究进展

渔业现代化 2024年第2期51卷 1-13页

作者：李鹏龙张胜茂沈烈吴祖立唐峰华张衡大连海洋大学航海与船舶工程学院辽宁大连116023 农业农村部渔业遥感重点实验室中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090

近年来,水产养殖和渔业资源保护的智能化发展迅速,对鱼类跟踪技术的需求也随之增加。传统的鱼类跟踪方法主要依赖于目视观察和标签追踪,存在效率低、应用范围有限、准确率不高等问题,限制了其推广应用。随着深度学习技术在计算机视觉领... 详细信息

近年来,水产养殖和渔业资源保护的智能化发展迅速,对鱼类跟踪技术的需求也随之增加。传统的鱼类跟踪方法主要依赖于目视观察和标签追踪,存在效率低、应用范围有限、准确率不高等问题,限制了其推广应用。随着深度学习技术在计算机视觉领域的快速发展,基于深度学习的鱼类跟踪技术能够提供准确、客观、可扩展和自动化的跟踪方法。首先,介绍了鱼类跟踪技术的跟踪对象和4种深度学习鱼类追踪方法,分别是语义分割、实例分割、目标检测和目标分类。其次,介绍了鱼类跟踪技术如何获取鱼类轨迹与姿态、鱼类数量以及鱼类体长等鱼类目标跟踪信息。接着,介绍了基于深度学习的鱼类跟踪技术在鱼类疾病、鱼类摄食行为以及鱼类健康状态方面的应用,并从低对比度和纹理模糊、图像颜色失真以及遮挡和变形等3个方面,探讨了目前基于深度学习的鱼类跟踪技术的主要问题和一些相应的解决方法。最后,对基于深度学习的鱼类跟踪技术的发展前景进行了总结和展望。研究认为:基于深度学习的鱼类跟踪技术具有更高的准确度和客观性,为不同场景下的实际应用提供了更多解决方案,该技术有望在水产养殖管理、鱼类科学研究以及海洋环境保护等领域发挥更重要的作用,为相关领域提供更多的数据和支持。

关键词：鱼类跟踪深度学习鱼体测量鱼类行为

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养殖水体中校色卡识别与色彩变化分析

渔业信息与战略 2024年第1期39卷 49-60页

作者：李佳康张胜茂吴祖立石永闯唐峰华农业农村部渔业遥感重点试验室中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090 上海海洋大学信息学院上海201306

水下环境中颜色变化是一种常见现象,研究其变化特征可应用于水下图像处理和水产养殖生物监测等。利用校色卡分析不同水深颜色变化的特点,实验中首先对图像进行大小归一化及颜色空间转换;其次用图像与标准色块对比计算差值图像;然后进行... 详细信息

水下环境中颜色变化是一种常见现象,研究其变化特征可应用于水下图像处理和水产养殖生物监测等。利用校色卡分析不同水深颜色变化的特点,实验中首先对图像进行大小归一化及颜色空间转换;其次用图像与标准色块对比计算差值图像;然后进行轮廓提取并筛选出可能的色块加入候选列表,通过候选列表中的色块计算出原图色卡的位置;再通过仿射变换将原图色卡提取出来;最后,通过比较不同水深图像中色卡色块的颜色值,分析水下环境中的颜色变化。实验结果表明,该方法能够有效地检测和分析水下环境中的色卡,在0~3 m的浅水域中检测准确率达到100%,在3~10 m的中层水域中检测准确率达到93%,在大于10 m背景较为复杂深水域中提取准确率达到73.7%,在占用极小内存空间的情况下达到了较高的识别准确率;通过水下颜色分析得出:随着水深的增加,红色光的吸收和衰减最明显,蓝色光的吸收和衰减也比较多,而绿色光的影响较小。研究内容为利用水下摄影研究水产养殖生物行为提供了参考方法。

关键词：校色卡 OpenCV 图像处理色卡检测颜色空间水产养殖

2023年冬季宁德核电冷源海域棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)资源声学评估

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渔业信息与战略 2024年第1期39卷 39-48页

作者：鲁超熊敏思邢晓峰张正楼张献娟宋云鹏吴祖立伍玉梅自然资源部宁德海洋中心福建宁德352100 中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090 上海核工程研究设计院上海200233 上海海洋大学海洋科学学院上海201306

滨海核电厂冷却水源的取水安全正受到海洋生物暴发引起的堵塞威胁,鱼类堵塞核电冷源的事件时有发生。声学技术在海洋生物探测方面具有高效、实时的优势,因此,被广泛应用于海洋生态系统研究。为了解冬季宁德核电厂冷却水源取水海域棘头... 详细信息

滨海核电厂冷却水源的取水安全正受到海洋生物暴发引起的堵塞威胁,鱼类堵塞核电冷源的事件时有发生。声学技术在海洋生物探测方面具有高效、实时的优势,因此,被广泛应用于海洋生态系统研究。为了解冬季宁德核电厂冷却水源取水海域棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)的密度和运动规律,利用声学技术对相关海域冷却水源生物量进行了测量和评估。研究结果显示,棘头梅童鱼为研究海域的优势种,拖网调查显示平均尾数密度为1964尾·km^(-2),平均质量密度为0.483 kg·km^(-2)。棘头梅童鱼丰度在研究海域向核电厂方向减少,质量密度以核电厂温排水区域站点最高。通过对鱼类回波特征和个体轨迹的追踪统计,分析了该海域冬季内单体目标强度检测及其空间结构分布、资源现存量和资源丰度密度的时空分布变化。声学走航海域鱼类平均密度为2.78×10^(5)尾·n mile^(-2),生物量密度均值为1.41×10^(4) kg·n mile^(-2),棘头梅童鱼资源总量为7.47×10^(5) kg。研究表明,声学技术在宁德核电厂取水海域冬季冷却水源生物量测量中具有明显优势。通过不断改进和优化方法,声学技术将能更好地支持核电厂取水海域的生态环境监测与资源管理,为冷却水源取水安全提供科学依据。

关键词：声学评估棘头梅童鱼核电厂冷源堵塞

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枸杞岛铜藻种群分布的季节变化

生态学杂志 2013年第5期32卷 1255-1259页

作者：毕远新章守宇吴祖立上海海洋大学海洋科学学院上海201306

为了查清铜藻(Sargassum horneri)的时空分布,并探明大型海藻场生态保护及修复的方法,采用水下样方法,对枸杞岛铜藻种群藻苗和成藻两个时期的分布变化情况进行了跟踪调查。结果表明:铜藻幼苗到成藻阶段密度平均损失率达61%,除了波浪作... 详细信息

为了查清铜藻(Sargassum horneri)的时空分布,并探明大型海藻场生态保护及修复的方法,采用水下样方法,对枸杞岛铜藻种群藻苗和成藻两个时期的分布变化情况进行了跟踪调查。结果表明:铜藻幼苗到成藻阶段密度平均损失率达61%,除了波浪作用对附着牢度差的铜藻造成移除作用外,密度制约机制可能也起了一定作用;铜藻幼苗时期水深分布范围为121～547cm,而成藻时期为132～461cm,铜藻垂直分布的宽幅缩小,而且不同站点间的水深分布宽幅变化较大,这与站点间环境因子影响程度不同有关;尤其是对分布在水深上限的铜藻来说,暴波强度的影响可能占主要作用;铜藻的生长速度与海水透明度相关,波浪的作用可能导致了沉积物再悬浮影响光照强度,抑制铜藻生长;光照强度降低是否会导致铜藻死亡还需做进一步研究,以便查清铜藻垂直分布上移的现象。

关键词：铜藻岩礁沉积物暴波密度株高

沉积物对潮下带岩礁上铜藻早期定居阶段的影响

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应用生态学报 2013年第5期24卷 1439-1445页

作者：毕远新章守宇吴祖立上海海洋大学海洋科学学院上海201306

采用沉积物捕获器和抽吸泵测量不同站点和不同水深的沉积物相对数量,通过现场测量铜藻的分布密度,评估了枸杞岛潮下带铜藻分布与沉积水平和暴波强度的关系,并通过试验研究了不同沉积水平对铜藻幼孢子体附着和附着后藻苗存活的影响.结果... 详细信息

采用沉积物捕获器和抽吸泵测量不同站点和不同水深的沉积物相对数量,通过现场测量铜藻的分布密度,评估了枸杞岛潮下带铜藻分布与沉积水平和暴波强度的关系,并通过试验研究了不同沉积水平对铜藻幼孢子体附着和附着后藻苗存活的影响.结果表明:沉积物少且暴波强度小的站位铜藻分布密度最高,沉积物数量多、暴波强度高的站位铜藻分布稀少;在不同水深处,铜藻分布密度与沉积物数量呈负相关关系;附着基上沉积物数量干质量达到10.47 mg·cm^(-2)(0.543 mm厚)时,仅4.4%的铜藻幼孢子体能够附着,当沉积数量为13.96 mg·cm^(-2)(0.724 mm厚)时,则完全阻止幼孢子体附着;幼孢子体附着1周后,沉积物覆盖数量达到13.96 mg·cm^(-2)时,铜藻幼苗仍有24.0%存活,当沉积物覆盖数量达到34.9 mg·cm^(-2)(1.81 mm厚)时,铜藻幼苗全部死亡.总的来说,铜藻分布密度不但与沉积数量有关,在一定程度上还受暴波强度制约,沉积物对铜藻早期定居阶段的影响在铜藻种群分布上起到决定性作用.

关键词：大型海藻附着附着基暴波

庙子湖岛人工藻礁修复示范区内外海域夏季大型底栖生物群落结构

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生态学杂志 2013年第4期32卷 959-967页

作者：吴祖立毕远新陈彦章守宇上海海洋大学海洋科学学院上海201306

2012年9月在庙子湖岛选择人工藻礁修复示范区及附近海域作为样地,开展了人工藻礁修复示范区内外大型底栖生物群落结构的潜水调查,分析了大型底栖群落的种类组成、空间分布和生物多样性。共发现大型底栖海藻14种,大型底栖动物70种,在所... 详细信息

2012年9月在庙子湖岛选择人工藻礁修复示范区及附近海域作为样地,开展了人工藻礁修复示范区内外大型底栖生物群落结构的潜水调查,分析了大型底栖群落的种类组成、空间分布和生物多样性。共发现大型底栖海藻14种,大型底栖动物70种,在所有种类中,暖温性种类占绝对优势,优势种为瓦氏马尾藻、铜藻、带偏顶蛤和厚壳贻贝。在水平和垂直空间尺度上,示范区内外海域间的种类组成无明显差异,而整个海域种类组成随水深的变化差异显著,种类随水深增加而减少,并随水深变化划分为A、B两群落。受潮流和波浪的影响,示范区内外海域的生物数量分布差异显著。示范区的丰富度指数为12.25、多样性指数5.726、均匀度指数0.928。大型底栖生物群落处于稳定状态。

关键词：海藻场潮下带生物多样性水肺潜水岩相底质

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枸杞岛铜藻空间分布格局初探

水产学报 2013年第6期37卷 884-893页

作者：章守宇毕远新吴祖立上海海洋大学海洋科学学院

为了查清铜藻空间分布格局与影响因子之间的关系,采用水下采样方法对不同生境条件下铜藻分布和生长情况进行了调查,并从大小两个尺度(站点间和站点内)分析了铜藻空间分布与影响因子之间的关系。结果发现,在站点尺度上,铜藻多集中分布于... 详细信息

为了查清铜藻空间分布格局与影响因子之间的关系,采用水下采样方法对不同生境条件下铜藻分布和生长情况进行了调查,并从大小两个尺度(站点间和站点内)分析了铜藻空间分布与影响因子之间的关系。结果发现,在站点尺度上,铜藻多集中分布于隐蔽的内湾处,分布密度和株高显著高于暴波站点(P<0.05),暴波站点的波浪和水流运动大小以及浊度显著高于隐蔽站点(P<0.05),说明暴波强度是影响铜藻水平分布和生长的主要因子之一;在站点内,铜藻垂直分布特征明显,潮间带低潮区铜藻分布密度和株高显著高于潮下带(P<0.05),且分布在潮间带低潮区的藻苗平均株高最高;铜藻分布密度和株高与附着基粗糙度、坡度、坡向表现出一定的相关性,但经相关性分析表明,水深与铜藻分布密度最相关(r=-0.337,P=0.001),粗糙度次之(r=0.175,P=0.092),与坡度和坡向相关性不高,说明了与水深相关的光照条件可能是影响铜藻垂直分布和生长的另一个主要因子。研究表明,附着基物理特征不是影响铜藻分布的主导因子,由波浪和水流运动引起的沉积物再悬浮影响到铜藻所需的光照条件,进而影响到铜藻的分布与生长,以此推断出沉积物可能是影响铜藻空间分布格局的主导因子。

关键词：铜藻尺度水深暴波强度光照

基于空间自相关模型的西北太平洋日本鲭渔场时空变动研究

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海洋学报 2022年第1期44卷 22-35页

作者：赵国庆吴祖立崔雪森樊伟石永闯肖戈唐峰华上海海洋大学海洋科学学院上海201306 中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090

日本鲭(Scomber japonicus)是西北太平洋渔业捕捞的主要种类,了解其渔场变动对探究日本鲭种群分布、资源评估、开发利用和管理等意义重大。为获知其渔场的时空变动特征,本研究根据中国2014−2019年西北太平洋公海灯光围网渔业统计资料,... 详细信息

日本鲭(Scomber japonicus)是西北太平洋渔业捕捞的主要种类,了解其渔场变动对探究日本鲭种群分布、资源评估、开发利用和管理等意义重大。为获知其渔场的时空变动特征,本研究根据中国2014−2019年西北太平洋公海灯光围网渔业统计资料,运用全局莫兰指数、局部热点分析、重心迁移轨迹模型和标准差椭圆模型对西北太平洋日本鲭渔场时空分布模式、特征和变动趋势进行了研究。结果显示:(1)日本鲭渔获量主要集中在39°~44°N,147°~155°E范围内,地理上分布不均;年间产量先增后降,年间CPUE逐年降低;月间产量先增后降,其中6−10月均维持在较高水平,CPUE逐月增加;捕捞网次核密度显示,核密度高值发生区域与产量高值具有高度一致性;(2)日本鲭年间、月间渔获量均存在空间自相关并呈现显著聚集分布模式,月间空间自相关性比年间强;(3)年间、月间日本鲭渔获量分布的热点区和冷点区均表现出一定空间集聚特征,但是不同年份、月份的热点区和冷点区的分布区域、面积均存在较大差异;(4)日本鲭渔场重心年间移动轨迹呈右转约90°的扁“W”形状,总体上往西北移动;月间变化显示,从4月份开始逐渐向东北移动,8月到达东北端后向西南折返;(5)日本鲭渔场年间、月间变动方向一致,呈西南−东北格局,且方向性、向心力均较强,日本鲭渔场具有较高的聚集性。该研究引进了空间自相关模型及相关地理空间分析方法,为探讨西北太平洋日本鲭渔场变动特征提供了一种新思路。

关键词：日本鲭渔场变动全局莫兰指数热点分析标准差椭圆西北太平洋