Wegen voor visserijwetenschap en marien onderzoek op zee

Waarom gewichtsdata van belang zijn in de visserijwetenschap

Gewicht is een van de kernmetingen achter visbestandsbeoordeling: vangstgewichten uit surveys, individuele visgewichten en orgaangewichten worden omgezet in abundantie-indices, gewicht-op-leeftijd, maturiteit en conditie, die op hun beurt vangstadviezen onderbouwen. Een onderzoeksvaartuig is daarom een drijvend meetlaboratorium, en de weegschalen aan boord zijn meetinstrumenten waarvan fouten helemaal doorwerken tot in wetenschappelijk advies.

In Europa zijn het verzamelen van biologische gegevens over commerciële bestanden en het uitvoeren van onderzoekssurveys op zee georganiseerd onder het EU-gegevensverzamelingskader, Verordening (EU) 2017/1004. Veel van deze surveys worden internationaal gecoördineerd via de International Council for the Exploration of the Sea (ICES), die surveyhandleidingen publiceert zodat vaartuigen uit verschillende landen op dezelfde manier bemonsteren. De North Sea International Bottom Trawl Survey (IBTS) wordt bijvoorbeeld sinds de jaren zestig uitgevoerd in het eerste kwartaal van het jaar, en de huidige ICES-surveyhandleiding specificeert hoe vangsten worden gesorteerd, gemeten en bemonsterd.

Gewichten komen op verschillende niveaus in de data terecht:

• Vangstgewichten per soort en categorie, gebruikt om vangstpercentages te berekenen en subsampels op te schalen naar de hele vangst.
• Subsampelgewichten, die de opschalingsfactor bepalen tussen de vis die is gemeten en de vis die is gevangen.
• Individuele visgewichten, die lengte-gewichtrelaties, gewicht-op-leeftijd en conditie-indices voeden.
• Orgaan- en weefselgewichten, zoals gonaden, levers en maaginhoud, gebruikt voor studies naar maturiteit, energiereserves en dieet.

De ICES DATRAS-database, die trawlsurveydata van veel landen bevat, slaat vangstgewichten, subsampelgewichten en individuele gewichten op in grammen (DATRAS-eenheden). Een waarde die tot op de gram nauwkeurig wordt geregistreerd, is niet beter dan de weegschaal en de procedure die deze heeft geproduceerd.

Wat wordt gewogen aan boord van een onderzoeksvaartuig

Een onderzoeksvaartuig weegt objecten die vijf ordes van grootte of meer omvatten, van maaginhoud van enkele grammen tot vangsten van enkele honderden kilo's, en geen enkele weegschaal dekt dat bereik met bruikbare resolutie. Onderstaande tabel groepeert de typische weegtaken op een visserijsurvey en geeft aan welk kennisartikel elke taak diepgaand behandelt.

Weegtaak	Typisch massabereik	Waarvoor de waarde wordt gebruikt	Typisch weegschaaltype	Meer lezen
Bulkvangst of grote soortcategorieën	10 kg tot enkele honderden kg	Vangstpercentages, opschaling van subsampels	Tafelweegschaal met groot platform of hopper; dekplatformweegschaal	Werkstroom voor biologische bemonstering
Manden en subsampels	0,5–30 kg	Opschalingsfactoren voor aantallen-per-lengte	Bewegingsgecompenseerde tafelweegschaal	Werkstroom voor biologische bemonstering
Individuele vis	1 g tot meer dan 10 kg	Lengte-gewichtrelaties, gewicht-op-leeftijd, conditie	Wetenschappelijke marine weegschaal bij het meetstation	Lengte-gewichtrelaties
Gonaden, levers, maaginhoud	Minder dan 1 g tot meer dan 1 kg	Maturiteit, gonadosomatische en hepatosomatische indices, dieet	Hoge-resolutie wetenschappelijke marine weegschaal met windkap	Precisiewegen van kleine monsters
Otolieten	Milligrambereik	Ondersteuning van leeftijdsbepaling, studies naar otoliet-massa	Analytische balans in een laboratorium aan wal	Precisiewegen van kleine monsters
Benthos en marien zwerfvuil	Grammen tot kilo's	Monitoring van ecosysteem en zwerfvuil	Tafelweegschaal	Deze pagina

De weegwerkstroom van een survey in het kort

Bij een bodemtrawlsurvey wordt de vangst gesorteerd op soort, wordt elke soort of grootteklasse gewogen, wordt een representatief subsampel gemeten op lengte, en worden geselecteerde vissen individueel bemonsterd op gewicht, geslacht, maturiteit en otolieten. De IBTS-handleiding stelt dat de vangst van alle geldige trekken zoveel mogelijk volledig moet worden gesorteerd, en dat zeer talrijke soorten of grootteklassen mogen worden gesubsampeld.

De subsampelstap is waar wegen het meest van belang is. Aantallen-per-lengte gemeten in een subsampel worden vermenigvuldigd met de verhouding tussen categoriegewicht en subsampelgewicht. Als één van beide gewichten fout is, wordt elke lengteklasse in die categorie geschaald met dezelfde fout. De handleiding geeft ook praktische richtlijnen voor subsampelgrootte: minstens 75 vissen wanneer er meer dan 75 zijn gevangen, oplopend tot 150 vissen bij vangsten boven 1.000 individuen, en aparte grootteklassen wanneer kleine en grote vis duidelijk gescheiden zijn.

Individuele vis die wordt bemonsterd voor leeftijd, wordt ook bemonsterd op geslacht, maturiteit en gewicht. Elektronische gegevensvastleggingssystemen op surveyvaartuigen kunnen deze gewichten rechtstreeks uitlezen van marine weegschalen: het Cefas-gegevensvastleggingssysteem voor onderzoeksvaartuigen, beschreven door Silva et al. (2013), registreert gewichten van vangstelementen van gekoppelde marine weegschalen en vraagt de bediener om otolieten te nemen wanneer een bemonsteringsdoel nog niet is bereikt.

De volledige stapsgewijze werkstroom, inclusief opschalingsfactoren, taraomgang en veelvoorkomende foutbronnen, wordt beschreven in Biologische bemonstering aan boord van onderzoeksvaartuigen: het weegproces.

Lengte-gewichtrelaties en conditie

Een lengte-gewichtrelatie voorspelt het gewicht van een vis op basis van zijn lengte, en de parameters ervan worden geschat op basis van individuele vissen die zowel gemeten als gewogen zijn. Omdat lengte sneller te meten is dan gewicht, registreren surveys en commerciële bemonsteringsprogramma's vaak veel lengtes en minder gewichten, en gebruiken vervolgens de relatie om biomassa te schatten op basis van lengtefrequenties.

Gewicht neemt ruwweg toe met de derde macht van de lengte, omdat een vis zowel in hoogte en breedte als in lengte groeit: een vis die 10% langer is, is ongeveer een derde zwaarder, en een vis die twee keer zo lang is, is ongeveer acht keer zo zwaar. In een meta-analyse van 3.929 relaties voor 1.773 soorten bevestigde Froese (2006) dat de gefitte exponent naar verwachting tussen 2,5 en 3,5 ligt, met een mediaan van 3,03. Waarden buiten dit bereik verdienen nader onderzoek naar problemen zoals een smal lengtebereik, gemengde lengtetypen of weegfouten.

Weegresolutie heeft een zichtbaar effect op de kwaliteit van deze relaties. Silva et al. (2013) vergeleken twee sprotdatasets van verschillende surveys en jaren: één, geregistreerd tot 0,5 cm en 1 g, gaf een fitkwaliteit (r²) van 0,70, terwijl een andere, geregistreerd tot 0,1 cm en 0,1 g, 0,865 gaf, en de auteurs adviseerden dat surveys de gebruikte resolutie voor kleine soorten herzien. Hoe de relatie wordt gefit, een uitgewerkt voorbeeld met gepubliceerde kabeljauwparameters en het gebruik van conditiefactoren komen aan bod in Lengte-gewichtrelaties bij vis: wat ze wetenschappers vertellen.

Precisiewegen van kleine monsters

Kleine biologische monsters vormen de moeilijkste weegtaak op zee, omdat de foutbronnen op een bewegend vaartuig in absolute termen ongeveer gelijk blijven terwijl de monstermassa krimpt. Een fout van 0,2 g is verwaarloosbaar bij een kabeljauw van 2 kg, maar bedraagt 10% van een gonade van 2 g.

Een praktische regel is om een afleesbaarheid te kiezen van niet meer dan ongeveer 1% van het lichtste monster dat u wilt registreren. Dit is onze werkrichtlijn en geen formele norm, maar ze koppelt de keuze van de weegschaal rechtstreeks aan de datakwaliteit die u nodig heeft. Als u deze volgt, is een weegschaal met een afleesbaarheid van 0,1 g geschikt voor monsters vanaf ongeveer 10 g; lichtere monsters worden beter ingevroren en aan wal gewogen.

Drie soorten monsters komen steeds weer terug:

• Gonaden, gewogen voor de gonadosomatische index (gonadegewicht als percentage van het lichaamsgewicht), die maturiteitsbepaling ondersteunt.
• Maaginhoud, waarbij de ICES-maagbemonsteringshandleiding vraagt om het totale prooigewicht en het gewicht van elke prooigroep; het minimale bemonsteringsniveau kan aan boord worden geanalyseerd, terwijl het uitgebreide niveau wordt ingevroren en in het laboratorium geanalyseerd (ICES-maaghandleiding).
• Otolieten, waarvan de massa in het milligrambereik ligt en die normaal gesproken aan wal worden gedroogd en gewogen op analytische laboratoriumbalansen in plaats van op zee.

Afleesbaarheidseisen per monstertype, het effect van wind op kleine platforms, en een stapsgewijs protocol staan in Precisiewegen van kleine monsters op zee.

Beweging, wind en trilling: de natuurkunde van wegen op zee

Een weegschaal meet kracht, geen massa, dus elke verticale versnelling van het vaartuig verandert de aanwijzing. Wanneer het platform naar boven versnelt, drukt het monster harder op de loadcel, hetzelfde effect dat iemand zwaarder doet voelen in een versnellende lift (schijnbaar gewicht). Een opwaartse versnelling van 0,5 m/s² verhoogt de aanwijzing daarom met ongeveer 5%, en een neerwaartse versnelling verlaagt deze met hetzelfde bedrag.

Op een vaartuig komen deze versnellingen van deining, stampen en rollen, en van trilling die wordt overgebracht door motoren, lieren en pompen. Marine weegschalen compenseren voor scheepsbeweging zodat een stabiele, bruikbare waarde wordt getoond op een bewegend dek, maar geen enkele compensatie verwijdert elk effect onmiddellijk. Er is altijd een afweging tussen hoe snel een stabiele waarde wordt getoond en hoeveel ruis overblijft, wat de reden is waarom prestaties moeten worden beoordeeld aan de hand van tests bij realistische versnellingen en helling.

Twee bijkomende effecten zijn van belang voor wetenschappelijk werk:

• Luchtbeweging. Bewegende lucht oefent een druk uit die toeneemt met het kwadraat van de windsnelheid (NASA); bij 1 m/s is dat ongeveer 0,6 Pa. Werkend op een platform van 120 × 120 mm komt die druk overeen met een kracht van ongeveer 0,9 g als deze volledig verticaal zou werken, en een tocht die twee keer zo snel is, geeft ongeveer vier keer zoveel. Slechts een deel doet dat daadwerkelijk, maar bij een weegschaal die tot 0,1 g afleest, zijn tochtstromen van deuren, ventilatoren en dekwind duidelijk relevant.
• Helling en zwaartekracht. Een hellend platform verandert de krachtcomponent op de loadcellen, en de lokale waarde van de zwaartekracht varieert met de breedtegraad met ongeveer 0,5% tussen de evenaar en de polen. Beide zijn het meest van belang voor grote platformweegschalen en voor vaartuigen die over een breed breedtegraadbereik werken.

De technische achtergrond van bewegingscompensatie en het ontwerp van marine weegschalen komt aan bod in de hub Wegen op zee.

Wetenschappelijke weegschalen kiezen en integreren

Kies een onderzoeksweegschaal door te beginnen bij de monsters: maak een lijst van elke weegtaak, het massabereik ervan en de resolutie die de data vereisen, en selecteer vervolgens capaciteiten, platforms en interfaces die daarbij passen. Een typische demersale-vissurvey heeft minstens drie weegpunten nodig: een sorteerstation voor manden en categorieën, een meetstation voor individuele vis, en een positie in het natlab voor kleine monsters.

Naast capaciteit en afleesbaarheid zijn de eisen die het vaakst bepalen of een weegschaal op zee werkt: de prestaties van bewegingscompensatie onder realistische omstandigheden, stabilisatietijd, platformafmetingen in verhouding tot de vis, waterbestendigheid en reinigbaarheid, en directe gegevensvastlegging. Handmatige overschrijving van gewichten is traag en introduceert fouten, dus verbinden de meeste surveyinstituten weegschalen met hun gegevensvastleggingssoftware via seriële, USB-, Ethernet- of draadloze verbindingen.

Een volledige eisenchecklist, inclusief gegevensvastlegging en integratie met surveysoftware, staat in Een wetenschappelijke marine weegschaal kiezen voor een onderzoeksvaartuig. Integratiepatronen voor weegdata in het algemeen komen aan bod in de hub Gegevensintegratie.

Kwaliteitsborging: kalibratie, controles en metadata

Wetenschappelijke gewichtsdata zijn geloofwaardig wanneer drie dingen kunnen worden aangetoond: de weegschaal is traceerbaar gekalibreerd, de prestaties zijn tijdens de survey gecontroleerd, en elke waarde kan worden gekoppeld aan de weegschaal en de omstandigheden die deze hebben geproduceerd.

1. Kalibreer voorafgaand aan de survey. Kalibratie van niet-automatische weegwerktuigen wordt beschreven in EURAMET Calibration Guide No. 18, die testladingen, excentriciteit, herhaalbaarheid en meetonzekerheid behandelt.
2. Controleer op zee. Weeg aan het begin van elke wacht en na het verplaatsen of reinigen van een weegschaal een testgewicht met een massa vergelijkbaar met de monsters, en registreer het resultaat.
3. Registreer metadata. Sla weegschaalidentificatie, afleesbaarheid, datum en tijd, en een notitie over zeegang of ongebruikelijke omstandigheden samen met de gewichtswaarden op.
4. Screen de data. Zet gewicht af tegen lengte voor elke soort na elk station; uitschieters zijn vaak het eerste teken van een probleem met de weegschaal, tarra of overschrijving.

Wetenschappelijk survey-wegen is meestal geen commerciële transactie, dus de wettelijke metrologische regels die gelden voor handelsweging zijn hier over het algemeen niet doorslaggevend. Waar gewichten uit onderzoeks- of waarnemersprogramma's worden gebruikt voor controledoeleinden, kunnen andere regels gelden; zie de hub Wettelijke metrologie.

Meer dan vis: benthos, zwerfvuil en andere monsters

Onderzoeksvaartuigen wegen ook niet-vismateriaal, en dezelfde principes van resolutie, beweging en gegevensvastlegging gelden. Twee voorbeelden uit de IBTS-handleiding:

• Benthische ongewervelden die in de trawl worden gevangen, kunnen worden geregistreerd als aanwezig/afwezig of als gewichten en aantallen, naar goeddunken van het nationale instituut. Gepubliceerde lengte-gewichtrelaties voor benthische ongewervelden, zoals die voor 216 Noordzeesoorten van Robinson et al. (2010), maken het mogelijk biomassa te schatten op basis van groottemetingen.
• Marien zwerfvuil dat in de trawl wordt verzameld, wordt sinds 2011 geregistreerd tijdens Noordzee-IBTS-surveys; items binnen een categorie worden individueel geteld en gewogen in plaats van gegroepeerd.

Multidisciplinaire surveys en ecosysteemsurveys voegen verdere taken toe, zoals het wegen van sediment- of planktonmonsters, wat gewoonlijk dezelfde voorzorgsmaatregelen voor kleine monsters vereist als maaginhoud.

Hoe WPL onderzoekswegen aanpakt

WPL Industries ontwerpt bewegingsgecompenseerde marine weegschalen en heeft deze geleverd aan vissers- en onderzoeksvloten in Europa, Amerika en daarbuiten. Voor wetenschappelijk werk is de M3-serie wetenschappelijke marine weegschaal gebouwd in 316L roestvast staal op een platform van 120 × 120 mm of 270 × 270 mm, met capaciteiten van 300 g (afleesbaarheid 0,1–0,2 g) tot 6.000 g en een optionele windkap voor het kleinere platform. Manden en vangstcategorieën worden afgehandeld door de M2-serie marine weegschaal, en de ingebouwde WeightControl-software logt elke weging en exporteert data als CSV of JSON via de API.

Artikelen in deze hub

• Biologische bemonstering aan boord van onderzoeksvaartuigen: het weegproces – vangstsortering, subsampling, opschalingsfactoren en individuele visbemonstering.
• Lengte-gewichtrelaties bij vis: wat ze wetenschappers vertellen – de derdemachtswet in eenvoudige taal, fitting, uitgewerkt voorbeeld en conditiefactor.
• Precisiewegen van kleine monsters op zee: otolieten, gonaden en maaginhoud – afleesbaarheid, windkappen en beweging.
• Een wetenschappelijke marine weegschaal kiezen voor een onderzoeksvaartuig – eisenchecklist en gegevensintegratie.
• Weegapparatuur voor visserijonderzoeksvaartuigen – een praktisch overzicht van apparatuur per station.