Conceptualizare roluri, curatarea datelor, analiză formală, vizualizare, scriere - schiță originală, scriere - recenzie și editare

habitatelor

Afiliere Ramboll Environ, Tampa, Florida, Statele Unite ale Americii

Roluri Analiză formală, validare, scriere - revizuire și editare

Afiliere Higdon Wildlife Consulting, Winnipeg, Manitoba, Canada

Roluri Conceptualizare, Curarea datelor, Achiziționarea de fonduri, Metodologie, Administrarea proiectelor, Resurse, Scriere - revizuire și editare

Afiliere Fisheries and Oceans Canada, Winnipeg, Manitoba, Canada

Roluri Arhivarea datelor, Investigații, Metodologie, Administrarea proiectelor, Resurse, Scriere - revizuire și editare

Afiliere Fisheries and Oceans Canada, Winnipeg, Manitoba, Canada

Conceptualizare roluri, curatare date, analiză formală, achiziție de finanțare, investigație, metodologie, administrare proiect, resurse, scriere - revizuire și editare

Afiliație Consultanți Nord/Sud Inc. Specialiști în mediu acvatic, Winnipeg, Manitoba, Canada

Conceptualizare roluri, curatare date, analiză formală, achiziție de finanțare, administrare proiect, resurse, supraveghere, validare, scriere - revizuire și editare

Afiliere Fisheries and Oceans Canada, Winnipeg, Manitoba, Canada

  • Alexander J. Smith,
  • Jeff W. Higdon,
  • Pierre Richard,
  • Jack Orr,
  • Warren Bernhardt,
  • Steven H. Ferguson

Cifre

Abstract

Citare: Smith AJ, Higdon JW, Richard P, Orr J, Bernhardt W, Ferguson SH (2017) Asociațiile habitatelor de vară ale balenelor Beluga din estuarul râului Nelson, vestul golfului Hudson, Canada. PLoS ONE 12 (8): e0181045. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0181045

Editor: Adam Stow, Universitatea Macquarie, AUSTRALIA

Primit: 29 iunie 2016; Admis: 26 iunie 2017; Publicat: 2 august 2017

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Cercetarea a fost finanțată de Manitoba Hydro Environmental Partnership Fund (https://www.hydro.mb.ca/community/environmental_partnership_fund.shtml), NSERC Industrial Postgraduate Scholarship Fund către AJS (http: //www.nserc-crsng.gc. ca /Students-Etudiants/PG-CS/IPS-BESII_eng.asp), Fisheries and Oceans Canada (http://www.dfo-mpo.gc.ca/index-eng.htm). Finanțatorul a oferit sprijin sub formă de salarii pentru autorii AJS, dar nu a avut niciun rol suplimentar în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului. Rolurile specifice ale acestor autori sunt articulate în secțiunea „contribuțiile autorului”.

Interese concurente: Afilierile comerciale ale autorului nu au avut nicio influență asupra proiectării studiului, colectării și analizei datelor, deciziilor legate de publicare sau pregătirii manuscrisului. Observăm că am primit finanțare de la o sursă comercială: „Manitoba Hydro”. Cu toate acestea, acest lucru nu modifică aderarea noastră la politicile PLOS ONE privind schimbul de date și materiale.

Introducere

Balenele Beluga (denumite în continuare „belugas”, „beluga”; Delphinapterus leucas (Pallas, 1776)) tind să se agregeze în estuare vara pe întreg teritoriul lor circumpolar, pe care îl ocupă timp de câteva săptămâni până la câteva luni. Fidelitatea sezonieră a belugelor față de estuare crește potențial sensibilitatea acestora la schimbările de mediu din acele zone [1]. Teoria schimbărilor climatice prezice că ecosistemele arctice vor avea impacturi disproporționate, cu niveluri de apă modificate și modele meteorologice din ce în ce mai neregulate [2,3,4,5]. Studiile anterioare au constatat că atât adâncimea apei cât și vremea au afectat locațiile belugaselor din estuare [6,7,8]. De ce beluga folosește estuarele nu este bine cunoscut, dar ipotezele sunt numeroase, iar motivele variază probabil geografic și între populații și pot să nu se excludă reciproc. Ipotezele pentru utilizarea în estuarul belugei includ (1) hrănirea [9,10,11], (2) fătarea [12,13,14], (3) năpârlirea [7,15,16], (4) evitarea balenelor ucigașe Orcinus orca (Linnaeus 1758)) [8,17], (5) evitarea oamenilor [8,18] și (6) avantaj termic [12,19].

Beluga din Golful Hudson din vest formează unul dintre cele trei stocuri din Golful Hudson și migrează sezonier prin strâmtoarea Hudson în zone recurente de vară din Golful Hudson [20]. De la mijlocul lunii iunie până în octombrie, belugasele din vestul golfului Hudson sunt distribuite de-a lungul coastei de vest a golfului Hudson, formând agregări mari previzibile în și în apropierea estuarelor Churchill, Seal și Nelson River și a zonelor costiere adiacente. Belugele din Golful Hudson din Vest sunt diferențiate genetic de stocurile vecine din Golful Hudson și de populațiile de belugă mai îndepărtate [21]. Mărimea stocului de belugas care utilizează estuarele din sudul golfului Hudson (râurile Churchill, Nelson și Seal) a fost estimată dintr-un sondaj aerian în 1987 de 31.124 (SE = 6967) și în 2014 de 51.761 (15.875), ambele fiind corectate pentru prejudecată de disponibilitate [ 22], iar stocul este considerat îngrijorător special [23]. În râul Churchill, Watts și colab. [24] a înregistrat abundența de belugă cu un regim de eșantionare care a inclus un tampon temporal în jurul mareei, iar studiile anterioare din râul Churchill au stabilit o legătură între temperatura apei și abundența de belugă [25].

Materiale și metode

Zonă de studiu

Apa marină arctică, aporturi mari de apă dulce și acoperirea de gheață sezonieră aproape completă caracterizează Golful Hudson și împreună oferă sprijin pentru o rețea alimentară marină arctică complexă, la sud de ceea ce se așteaptă. În bazinul principal al golfului Hudson, fundul se extinde bine în larg, ca un raft larg de coastă 3/s) de curgere a apei dulci din barajul de calcar (Manitoba Hydro, unpub. Date) a fost calculat în medie pe an în perioada 14 iulie - 31 august 1991 –2006 Folosind seriile temporale de 16 ani, fiecare an de studiu (2002-2005) a fost comparat cu debitul mediu și exprimat ca procent de abatere de la medie (tabelul S1). Anii cu un debit mai mare decât media au fost considerați „umezi”. Anii cu debit mai mic sau aproape mediu au fost considerați „uscați”, dar au inclus ani cu rata medie a debitului de apă.

Captură de belugă și telemetrie prin satelit

Fc = femeie cu formate de fișiere brute pentru vițel (® dispune (.ds) și diagnostic (.diag). Datele despre locație au fost apoi filtrate ulterior pentru a include doar locații de precizie „garantate”, (între 250 m și 1,5 km precizie) cu o rată de deplasare din Tabelul 2. Rezumatul a 17 sondaje aeriene beluga efectuate în estuarul râului Nelson în timpul mareelor ​​în 2003 și 2005.

Sondaje sistematice cu transect de bandă (100-450 m pe parte) au fost zburate peste zona de studiu la o altitudine de 305 m folosind un Cessna 337 Skymaster. Zece transecte, orientate perpendicular pe țărm și care se extind până la 40 km în larg, au fost amenajate ca. La o distanță de 3,7 km (Fig. 1), o distanță care limitează probabilitatea ca belugele care înot perpendicular pe transecte să fie numărate de mai multe ori în timpul unui sondaj. Aceasta a asigurat o acoperire directă a eșantionării de cca. 19% din suprafața anchetei. Amploarea sondajelor a variat cca. 70 km nord-est de Port Nelson și a inclus aproximativ jumătate din suprafața habitatului estuarului derivată din date de telemetrie. Numărul total de belugas observat a fost însumat pentru fiecare interval de 15 secunde care a acoperit aproximativ 1 km de lungime a transectului și o bandă de 350 m pe fiecare parte a aeronavei. Un observator de fiecare parte a aeronavei a fost instruit să-și limiteze vederea la mai puțin de 500 m și să se concentreze aproape de linia de cale. Datele au fost tratate ca un recensământ de bandă, deoarece acoperirea în banda de 100-450 m de pe fiecare parte a aeronavei a fost distribuită uniform [37]. Numărul sondajului a fost tratat ca un indice de densitate, fără corecții pentru percepție sau tendință de disponibilitate. Covariabilele meteo nu au fost înregistrate.

Analize statistice spațiale și temporale

În zona de studiu și în intervalul de timp, când belugele marcate au prezentat mișcări „locale”, distanțele lor de localizare până la țărm și gura estuarului (variabile de răspuns) au fost examinate în raport cu anul, nivelul mareei [38], tipul de balenă ( bărbat sau femeie adultă cu vițel), an și identificare belugă (PTT). Estuarul râului Nelson în formă de pâlnie se extinde la aproximativ 60 km în larg și este de aproximativ 75 km de-a lungul liniei de coastă de fiecare parte. Un beluga adult ar putea traversa întreaga zonă de studiu într-o perioadă de 24 de ore, prin urmare am folosit locații mediane zilnice, mai degrabă decât toate locațiile, pentru a minimiza auto-corelația spațială și temporală. Seriile temporale de reziduuri minime pătrate obișnuite au fost utilizate pentru a testa autocorelația și parțial-autocorelația în datele de telemetrie și alegerea structurii de corelație (corelație = corARMA) potrivită cu erorile procesului din R [39]. Testele raportului de probabilitate (Durbin Watson) au fost utilizate pentru a confirma că autocorelația a fost restricționată în model. Alegerea modelului selectat a fost ghidată de o abordare teoretică a informației (AIC).

Pentru datele sondajului aerian, transectele sondajului au fost împărțite în 1 km cu 0,7 km. blocuri (cca. 700 m 2) reprezentând unități de eșantionare. Densitatea a fost comparată între 2003 și 2005 utilizând un model liniar generalizat (semi Poisson cu funcție log-link) cu variabile explicative: an, sondaj, distanță până la țărm și distanță până la gură pentru a evalua posibilele diferențe în densitatea belugii între anii normali și umezi . Criteriul de informații Akaike pentru dimensiuni mici ale eșantionului (AICc) a fost utilizat pentru a ajuta la selectarea modelului, unde cea mai mică rată ICAICc a fost utilizată pentru a selecta cel mai parsimonios model folosind MuMIn v1.15.1 [41] în R.

Apoi, pentru a evalua posibila redistribuire spațială a belugelor cu descărcare de apă ca tratament, am ponderat valorile distanței în funcție de densitate (numărare într-un bloc de sondaj) și am folosit modele de efecte mixte (distribuție Gamma) pentru a testa efectele anului în timp ce controlam pentru efectul aleatoriu al sondajelor individuale (ziua anchetei). Spre deosebire de datele de telemetrie, sondajele aeriene au inclus un an uscat (2003), eliminând astfel cerința de grupare a datelor pe mai mulți ani. Sondajele au acoperit aria de studiu în mai puțin de 2 ore, iar sondajele repetate au fost controlate în funcție de dată, astfel am presupus că densitatea blocurilor de sondaj a fost independentă. Nu am făcut nicio comparație directă între datele de telemetrie și cele de sondaj aerian datorită diferitelor scale spațiale și temporale ale celor două metode.

Rezultate

Definirea utilizării estuarului spațial și temporal

Debitele medii de apă dulce de la barajul de calcar pentru perioada 14 iulie - 31 august în 1991-2006 au variat de la 2167 m 3/s în 2004 la 5176 m 3/s în 2005 cu un debit mediu de 3331 m 3/s ( S1 Tabel). Procentul de abateri de la debitul mediu global pentru fiecare an de studiu (2002-2005) a fost de -6%, -35%, -15% și + 55%. Astfel, 2002-2004 au fost ani „uscați”, iar 2005 a fost un an „umed”. Debitele pentru 2002-2004 grupate au fost cu 19% mai uscate decât media din seria temporală de 16 ani. A existat o creștere de 83% a debitului din 2004 până în 2005 (Fig. 2).

Linia întunecată solidă este descărcarea zilnică medie, 1991-2006, care a fost utilizată pentru a defini anii „umed” (2005) și „uscat” (2002-2004) în compararea distribuției belugilor.

Belugele se distribuie din nou în anii de descărcare a râului

Pentru a determina asociațiile de habitat ale belugelor urmărite, a trebuit să luăm în considerare faptul că, deși longevitatea transmițătorului diferea pentru fiecare belugă (Tabelul 1), acestea au durat până la sfârșitul perioadei de studiu sezoniere pentru toate animalele, cu excepția unuia. Eticheta 10927 a avut cea mai scurtă durată dintre cele 21 de etichete și a încetat să transmită la 3 august 2002. Valoarea absolută a semnului cumulat pentru datele de distanță cumulate a atins un maxim în ziua calendaristică 221, care corespunde cu 9 august (sau 8 august pentru 2004, un salt an). Acest lucru sugerează o schimbare comportamentală de la ocuparea estuarului local la mai multe mișcări migratoare în jurul acelei date. Limitele habitatului estuaric au fost obținute prin limitarea datelor de localizare a telemetriei belugei dinainte de 9 august (Fig. 3). Acest habitat estuaric include 150 km de țărm și se întinde la aproximativ 60 km în larg de la intrarea râului Nelson (tabelul S2). Belugas a folosit habitatul estuarului până pe 9 septembrie, dar cu succesiv mai puține beluga după a doua săptămână din august.

Linia continuă este rezultatul testului punctului de schimbare care utilizează distanța medie zilnică de la gura râului Nelson (linie punctată). Observații istorice ale sondajului aerian pentru râurile Seal și Churchill estimate dintr-o cifră din Sergent [12] în scopuri ilustrative care arată că momentul scăderii numărului de belugă observate în râurile Seal și Churchill coincide cu rezultatele testului punctului de schimbare pentru un comportament schimbarea mișcărilor de beluga în estuarul râului Nelson.

Distribuțiile de utilizare sunt afișate ca distribuție de utilizare a nucleului roșu, triunghi portocaliu = Port Nelson, cruci negre = locații mediane zilnice pentru fiecare belugă.

(A) Două seturi de modele de efecte mixte generalizate cu autocorelație (AR1) din beluga marcată prin satelit din estuarul râului Nelson 2002-2005. Combinațiile unui număr de variabile explicative au fost testate pentru diferențele dintre Log (distanța până la gura râului) și log (distanța până la cel mai apropiat mal). Variabilele explicative au inclus anul (uscat versus umed), nivelul mareei și clasa de sex (bărbați sau femele cu vițe) cu efect aleatoriu al belugei individuale (PTT). (B) Modelul cu efecte mixte se potrivește cu prezicerea distanței de la țărm (Dsh) a belugii marcate.

Apoi, am determinat asociațiile de habitat ale belugelor aerodinamice folosind rezultatele generalizate ale modelului mixt liniar (tabelul S3). Cel mai bun model include Distanța până la gura râului, anii seci/umezi și sondajul (Tabelul 4). În timpul anului umed față de anul uscat, densitatea belugelor a fost mai mare (2005; 13,7 + 0,38/km2, n = 1764 față de 2003; 11,3 + 0,26, n = 2183), belugele erau mai departe de gura râului (26,9 ± 1,38 față de 25,8 ± 1,21 km) și mai aproape de țărm (8,65 ± 0,139 față de 10,25 ± 0,121 km; Tabelul 4b). Densitatea de beluga a fost mai mare în estuar în anul umed (2005), dar datorită formei pâlniei a estuarului, acestea au fost concentrate în mod similar față de țărm în timpul anului uscat (2003) (Fig. 5). Comparativ cu 2003, densitatea belugii a fost mai mare de-a lungul canalului de pe malul vestic. Mai multe belugas au folosit zona de anchetă în 2005 (medie = 9.355, n = 7 replici ale sondajului) comparativ cu 2003 (medie = 7.365, n = 10 replici ale sondajului).

Densitate (km 2): roșu => 40%, portocaliu = 20-40%, galben = 10-20%, galben pal Fig 6. Densitatea medie a belugelor (a, d), distanța până la țărm (b, e), și distanța până la gura râului (c, f) în funcție de ziua iuliană de inspecție aeriană în anul uscat din 2003 (rândul superior) față de anul umed din 2005 (rândul inferior).

Discuţie

Definirea utilizării estuarului spațial și temporal

Zona de estuar Nelson folosită de belugas a fost delimitată prin delimitarea locațiilor de etichete de dinainte de 9 august cu un poligon. Aceasta este o abordare conservatoare a delimitării utilizării habitatului, deoarece poligoanele convexe sau alte metode similare ar include regiuni în afara locațiilor de animale înregistrate, eventual supraestimând zona estuarului. Am folosit un test al punctului de schimbare pentru a defini momentul migrării și această tehnică poate fi aplicabilă altor specii migratoare. Cercetările viitoare ar beneficia de utilizarea modelelor spațiale de stare pentru a testa dacă analiza punctelor de schimbare rezultă în constatări temporale similare care indică o schimbare comportamentală de la persistentă la mișcare [43]. Analizele noastre au indicat faptul că locațiile de beluga marcate au fost influențate de maree și potențial de vreme și alte tulburări, dar ora din zi nu a fost semnificativă. Cu toate acestea, s-a găsit o relație semnificativă între maree și distanța până la gura râului, sugerând că scurgerea apei dulci din râul Nelson influențează distribuția belugelor.

Analiza noastră a identificat a doua săptămână a lunii august ca momentul în care etichetate belugas s-au schimbat de la ocupația locală a estuarului la un comportament mai asemănător cu cel migrator. Sergentul [12] a trasat numerele de belugă observate până la dată pentru inspecțiile aeriene ale estuarelor râului Seal și Churchill efectuate din 1948 până în 1967 (toți anii la un loc). Scăderea numărului de belugas numărate după prima săptămână a lunii august este similară cu rezultatele noastre ale estuarului râului Nelson, care crește distanța zilnică a belugelor marcate de râul Nelson după începutul lunii august. Aceste rezultate sugerează că momentul utilizării intensive a estuarului și deplasarea în afara acestor estuare au rămas în mare parte neschimbate începând cu anii 1950-1960 (Fig. 3), în ciuda efectelor schimbărilor climatice asupra mediului [44]. Învățarea comportamentului matrilineal ar fi putut „bloca” aceste belugas în utilizarea tradițională a habitatului și, prin urmare, le poate limita plasticitatea comportamentală la schimbarea mediului [45].

De ce să folosim estuarele

Beluga poate ocupa estuare pentru un avantaj termic, iar apele mai calde din estuare pot fi importante pentru toate segmentele unei populații de beluga, nu doar pentru mame și viței [13,17,19,21]. Vânătorii de inuți au sugerat, de asemenea, că apa mai caldă oferă habitatul primar al estuarului belugii [7]. Belugele etichetate în estuarul râului Nelson s-au găsit în principal în căldura cu apă dulce. Grupurile mari de belugă observate în studiile noastre aeriene dincolo de zona de amestecare a apei sărate și dulci pot profita, de asemenea, intermitent, de apa dulce mai caldă în imediata apropiere. Multe alte specii de cetace migrează, de asemenea, în masă către ape de fătare mai calde [66,67].

Belugele, spre deosebire de alte cetacee, par să sufere o năpârlire sezonieră care coincide cu ocuparea lor estuarină [15,25,68]. La fel ca unii pinipedi, beluga poate beneficia atunci când temperaturile ridicate coincid cu o năpârlă sezonieră [25,69]. Cu toate acestea, nu toate belugasele ajung în estuare în fiecare an, iar unele pot rămâne în apele offshore cea mai mare parte a verii [55,69,70]. Temperaturile oceanice mai scăzute aparent nu stresează metabolic vițeii nou-născuți [20,24]. Pielea majorității celor 13 belugă marcate din râul Nelson a apărut gălbuie și frecarea pe substratul de fund aspru al estuarului poate ajuta la îndepărtarea epidermei vechi de îngălbenire și poate explica fidelitatea locului lor [7,24,51]. Amplasarea belugelor marcate în zona de amestecare a estuarului râului Nelson ar putea fi explicată prin intenția lor de a regla expunerea lor la apă proaspătă și/sau mai caldă și, prin urmare, rata de proliferare epidermică.