Повна версія

Головна arrow Екологія arrow ОЦІНКА ЯКОСТІ ВОДИ ВОДОЙМ РИБОГОСПОДАРСЬКОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ІНДЕКСИ ВИДОВОГО РІЗНОМАНІТТЯ.

В останні час при біологічному аналізі вод велика увага приділяється використанню для цієї мети різних індексів застосовуються в популяційної екології. Оскільки зі збільшенням ступеня забруднення видове різноманіття, як правило, зменшується, для оцінки рівня забруднення можуть бути використані індекси різноманітності, запропоновані різними авторами.

Фішер та ін. (Fisher et al., 1943) знайшли, що логарифмічний ряд добре передає розташування видів по їх чисельності та запропонували константу а як міру різноманітності:

де N - чисельність виду т в ряду видів, ранжируваних за чисельністю;

N t - чисельність першого виду з найвищою чисельністю; т - порядковий номер виду в ряду 1,2,3 ..... т.

Індекс різноманітності Сімпсона (Simpson, 1949):

де N -число видів;

п. - число особин / -го виду.

Тут, чим вище значення індексу, тим менше видове різноманіття.

Надзвичайно широке застосування при вивченні природних спільнот отримали індекси видового різноманіття, серед яких найбільш популярний індекс Шеннона, запозичений з теорії інформації (Shannon, Weaver, 1949):

де п, - чисельність або біомаса / -го виду в співтоваристві;

N -сумарна чисельність або біомаса співтовариства.

Існує, однак, точка зору, що індекс Шеннона і інші індекси різноманітності мало придатні для оцінки стану співтовариств (Воробейчик, Садиков, Фарафонтов, 1994). Виявляється, що «здорової» екосистемі можуть відповідати різні рівні видової різноманітності і в той же час одне і те ж значення індексу може спостерігатися при різних (часом прямо протилежних) станах екосистеми.

Маргалефа (Margalef, 1951, 1960), виходячи з того, що число видів пропорційно логарифму вивченої площі (Gleason, 1922), і вважаючи, що загальне число особин пропорційно площі, запропонував в якості запобіжного різноманітності індекс d:

де S - число видів;

In п - натуральний логарифм числа особин.

Індекс d приймає максимальне значення, якщо все особини належать до різних видів (S = п) і дорівнює нулю, коли всі особи належать до одного виду (S = 1). Цей індекс для оцінки якості води по макробентос використовував Беш (Boesch, 1972), а по деатоме- ям - Балі (Bahls, 1973).

Пізніше Маргалефа (1963) запропонував інший індекс різноманітності:

де N - число видів на даній ділянці;

- чісленносгь окремих видів на даній ділянці.

Абсолютна величина індексу зростає за рахунок видів, чисельність яких найменша, тобто, за рахунок випадкових видів, трофічна значимість яких в даний момент незначна. Ця обставина знижує цінність зазначеного індексу.

Менхінікк (Menhinick, 1964) розраховував видове різноманіття польових комах за формулою:

де п - число особин;

5-число видів.

Широкому впровадженню біологічного аналізу в практику вивчення ступеня забруднення водойм перешкоджає необхідність для його проведення великої кількості кваліфікованих фахівців з систематики гідробіонтів. Для подолання цього утруднення Кернс і Діксон (1971) пропонують обмежитися встановленням кількості видів, які добре помітні за формою тіла, розміром, кольором та іншими ознаками. Тобто ступінь забрудненості визначається за видовою різноманітністю і для цього використовувати так звані індекси видової різноманітності. Підставою для цього послужили матеріали про зменшення видового різноманіття організмів при збільшенні ступеня забруднення водойм.

Їх дослідження показали, що встановлене таким чином кількість «видів» донних макробеспозвоночних приблизно дорівнює істинному кількості видів. Для визначення індексу послідовного порівняння досить, коли в аналізованої пробі знаходиться 200-250 організмів. У незабруднених водоймах індекс має значення 12 і вище, а в забруднених - 8 і нижче (Макрушин, 1974). Кернс і Діксон запропонували індекс послідовного порівняння, який розраховується наступним чином:

  • 1. Безхребетні кожної проби, відібрані з грунту, перемішуються в склянці і виливаються в білу емальовану кювету з плоским дном, на якому нанесені паралельні лінії. Грудки організмів розмиваються водою так, щоб кожна особина лежала окремо з ліній.
  • 2. Порівнюють організми між собою, починаючи з першого на першій лінії. Порівнюють одночасно лише два організму: перший з другим, другий з третім і т.д. Перший організм позначається буквою «X». Якщо другий організм відноситься до того ж «виду», що і перший, його позначають буквою «X», якщо до іншого, то літерою «О». Потім порівнюють другий організм з третім. Якщо третій організм відноситься до того ж «виду», що і другий, його позначають тією ж буквою, що і другий, якщо до іншого виду, то інший буквою. Для запису рядів використовують тільки дві літери - «X» і «О».

Наприклад, є два ряди організмів:

  • • АБВАГДЕ - перший ряд;
  • • АААБААА - другий ряд.

У цих двох рядах кожна буква позначає який-небудь вид, назву якого невідомо досліднику, але види між собою добре помітні. Перший ряд записується літерами.

  • • 1 2 3 4 5 6 7;
  • • ХОХОХОХ.

Другий ряд записується літерами:

  • • 12 3,
  • • XXX Про XXX.
  • 3. Підраховується число пробігів в записаних рядах. Під пробігом розуміється ряд однакових букв ( «X» або «О») стоять поруч. У першому ряду кожна буква - вибільних пробіг, у другому - три пробігу.
  • 4. Підраховується проміжний індекс послідовного порівняння:

П /, = число пробігів в пробі / число особин в пробі.

5. Повторюють визначення DJ X кілька разів (2-6), попередньо кожен раз перемішавши організми, і підраховують середнє значення?> J ,:

де N - число, що показує, скільки разів визначено DJ X .

  • 6. Підраховують остаточний індекс послідовного порівняння DJ ': DJ ' = DJ { X (число «видів» в пробі).
  • 7. Визначають 95% -ний інтервал достовірності DJ для кожної проби. Якщо ці інтервали не перекриваються, значить, є відмінності у видовому розмаїтті порівнюваних проб.

Для визначення індексу послідовного порівняння досить, коли в аналізованої пробі знаходиться 200-250 організмів. Незабруднених річки мають DJ- 12 і вище, в забруднених він дорівнює 8 і нижче.

Нерідко при біологічному аналізі вод велика увага приділяється використанню для цієї мети різних індексів видового різноманіття, що застосовуються в популяційної біології. Оскільки зі збільшенням ступеня забруднення видове різноманіття, як правило, зменшується, для оцінки рівня забруднення можуть бути використані індекси різноманітності, запропоновані різними авторами в різний час.

Відповідно до більшості запропонованих індексів різноманітності, максимум його досягається, коли кожна особина належить до окремого виду, а мінімум - коли все особини відносяться до одного виду. Важливо, щоб індекси різноманітності не залежали від розмірів проби. Індекси повинні передавати не тільки розподіл видів, а й відносне значення видів в співтоваристві і, крім того, бути безрозмірними, чому 'не задовольняють багато запропонованих індекси на відміну від індексів, заснованих на території інформації.

Арчибальд (Archibald, 1972) при вивченні видової різноманітності діатомових водоростей як показника якості води використовував і порівняв між собою п'ять індексів видового різноманіття:

  • • індекс послідовного порівняння Кернса (1968);
  • • індекс, заснований на теорії інформації (Brillouin, 1960);
  • • індекс Сімпсона (Simpson, 1949);
  • • індекс Маргалефа (Margalef, 1951, 1960);
  • • індекс Менхінікка (Menhimick, 1964).

Виявилося, що всі п'ять індексів дають однакову оцінку видового різноманіття. Кращим з п'яти підданих порівнянні індексів Арчибальд вважає індекс послідовного порівняння Кернса (1968), так як він вимагає найменшої кількості часу для свого розрахунку, а розрахунок і тлумачення результатів у цього індексу легше, ніж у чотирьох інших.

Сіммонс (Simmons, 1972), відзначаючи переваги індексу послідовного порівняння (можливість використання його небіоло- гами), вказує на його недостатню точність, так як деякі види і роди може розрізнити тільки фахівець з систематики.

Шреверо (Schroevers, 1973), зустрівшись з необхідністю за короткий термін оцінити стан значної кількості водойм Данії, застосував своєрідний прийом, в основу якого покладені загальні екологічні уявлення. Він брав, що НЕПОРУШЕНИМ розвиток екосистем веде до збільшення їх своєрідності, зокрема, до збільшення видової різноманітності і стабільності, а наслідки антропогенних впливів діють в зворотному напрямку. Шреве- ро за результатами обробки проб фітопланктону за чотирибальною системою (1,2, 3, 4) оцінює чотири величини: D - різноманітність, U - своєрідність (unicity), Т - рівень трофей, S - рівень сапробності, і чотирма різними способами розраховує «біологічну оцінку ». (biolegical value) кожного водоймища, вірніше, взятої з нього проби фітопланктону, за формулами:

Застосувавши свій прийом до проб з 21 водойми Данії, автор прийшов до висновку, що, загалом, все чотири способи розрахунку призводять до подібного розташуванню водойм в ряду зростаючих значень «біологічної оцінки».

Загальним недоліком всіх наведених вище індексів (за винятком індексу Сімпсона) є широкий діапазон одержуваних результатів самого індексу, що в існуючому вигляді робить їх трудносравнімимі між собою. Останнє усунути шляхом приведення їх до виду, де шкала індексу змінювалася б від нуля до одиниці.

Звісно ж необхідним, щоб цій умові відповідали всі індекси, які мають будь-яку екологічну цінність. У такій інтерпретації результати легко представляти в процентах, що зробило б їх зручними в зверненні.

Разом з тим не можна не відзначити, що наведені вище індекси видового різноманіття, за винятком індексу Шеннона, носять фрагментарний характер. У всіх спільнотах є домінантні види, що володіють високою чисельністю особин, субдоминантном і випадкові види, число яких досить велике, а їх чисельність вкрай низька. Крім того, характер домінування зазнає сезонні просторові зміни.

 
<<   ЗМІСТ   >>