典型岛礁海域生物资源修复效果监测和评价技术研究与应用

发布时间：2018-01-08 20:20

本文关键词：典型岛礁海域生物资源修复效果监测和评价技术研究与应用　出处：《中国科学院研究生院(海洋研究所)》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：海岛是我国发展海洋经济的前沿阵地,被称为“第二海岸带”,虽然岛屿面积小,但对内陆经济的发展具有重要的辐射意义。有些海岛区位特殊,具有重要的国防价值和维护国家海洋权益的战略意义。在海洋生境受损的压力下,孤立的海岛生态系统变得更加脆弱,其生物资源的保护和修复尤为重要。生物资源修复,比如大型藻类修复、人工鱼礁建设等广泛开展。但由于岛礁海域生境复杂,常规的生物资源监测手段效率低下,难以得到较为准确的资源数据,且对生物群体存在较大扰动。因此本论文尝试在海州湾前三岛岛礁海域,针对大型藻类群落、刺参(Apostichopus japonicus)种群、礁区鱼类等代表性生物群体及其生境特征,筛选、建立并应用视频、水声学等监测技术,研究其资源变动及空间分布等特征。主要研究结果如下:1、采用传统的潜水样方法和水声学技术相结合的手段,研究了前三岛岛礁海域大型藻类群落结构的季节演替及空间分布特征。在2013年开展的4次潜水调查中,共鉴定出藻类19种,其中红藻门14种、褐藻门3种、绿藻门2种。每个调查季度月的优势种不同,马尾藻(Sargassum sp.)是常年优势种。大型藻类群落结构存在明显的季节演替,其种类数和生物量具有不同的季节变化趋势。比如,高温季节大型藻类种类数减少,而生物量却增加;其直接原因是红藻门种类数的减少,及褐藻门生物量的增加。大型藻类群落特征在有明显的空间差异,岛南两个湾内的生物量显著高于岛北部的两个湾(p0.05)。2013年5月和8月,在该海域开展两次水声学调查,确定了该海域马尾藻床的回声强度范围,并研究了马尾藻床盖度等空间分布特征。马尾藻床回声强度在-55db~-75db之间,与海水及海底的信号区分明显。通过参考envelope算法,提取了该海域马尾藻藻床盖度和高度特征,其中东北湾藻类盖度最低。通过与侧扫地貌影像比对,发现海底是否形成成片礁石分布,与藻类群落分布的空间特征有较大相关性。回声探测较潜水样方采样而言,尚不能得到详细的藻类群落组成,但可从较大尺度上高效获得马尾藻床的空间分布特征。2、结合机器视觉与支持向量机(supportvectormachine,svm),建立刺参(a.japonicus)湿重预测模型,实现了基于视频的刺参湿重准确预测技术。设计刺参图像采集平台,获取刺参在自由运动状态下不同体态的刺参轮廓图像;通过图像处理提取刺参不同体态下的体长、体宽、周长、面积等参数;使用svm和指数模型将刺参的形态特征与湿重进行回归,svm的模型训练组和验证组的r2及指数模型的r2均达到0.9以上。设计了适用于刺参的双目视频采集装置,并编写了刺参湿重测量软件,用于刺参水下图像的处理和湿重的测算,实测误差4.7%±1.7%。3、设计了潜水员手持式水下双目立体摄像装备,并研发了配套的视频测量软件;将立体测量技术应用于岛礁海域恋礁性鱼类种群结构的研究,对鱼类全长的实测误差为3.3±2.6%;并将立体测量技术与水声学技术结合,研究了岛礁海域洄游性鱼类的集群密度及空间分布特征。对于船礁区许氏平泲研究的结果表明,2012年和2013年许氏平泲全长分别为34.92±5.98cm和38.16±5.75cm,存在显著性差异(p0.05)。2012年5月对中国花鲈资源量及空间分布特征进行回声探测研究,结果表明中国花鲈(lateolabraxmaculatus)个体回声强度值-30~-45db,集群密度3.18×102尾/公顷,主要分布于岛东部的大小参礁周围海域。4、通过声学探测与视频采样的结合,完成了岛礁海域生境数字化;基于geodatabase建立了岛礁海域生境与生物资源数据库,实现了数据三维可视化。使用多波束声纳获得岛礁海域高程数据,建立数字高程模型;使用侧扫声纳探测获得岛礁海域地貌特征,并结合水下视频等现场数据对岛礁海域地貌特征进行分类。平岛海域均属岛下岸坡,近岛岩礁区多位于水深15m内,为藻类及刺参等海珍品增殖海域;远岛粘土沉积区则主要为船礁的建设区域。通过数据库建立,实现高程、地貌、水质、底质沉积等生境特征与大型藻类、刺参种群、鱼类等生物资源特征的存储。用arcgis软件实现三维可视化,利于直观理解生物资源和生境之间的关系。本研究通过视频、水声学及常规采样方法的结合应用,建立和应用了适合于岛礁海域生境特征的生物资源监测技术,丰富了岛礁海域等复杂生境生物资源监测手段,并建立空间数据库,实现资源环境数据的管理、整合及可视化,为近海生物资源修复效果评价及现代化海洋牧场建设与管理提供必要的技术支撑。
[Abstract]:This paper attempts to study the seasonal succession and spatial distribution of large - scale algae community structures in the first three islands of the island , including 14 species of red algae , 3 species of alginate and 2 green algae . This paper deals with the spatial distribution characteristics of sea water and sea bottom by using svm and exponential model . Based on geodatabase , the habitat and biological resources database of islands and reefs is established , and the data three - dimensional visualization is realized by using multi - beam sonar to obtain sea area elevation data .

【学位授予单位】：中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P714.5

【参考文献】