CC BY
36
УДК 519.2 + 582.272.7(268.46)
ШиловА Наталья Александровна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной математики Института математики и компьютерных наук Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, ведущий инженер-программист отдела технического обеспечения филиала ФГУ «Северное отделение Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии имени
Н.М. Книповича» (г. Архангельск). Автор 9 научных публикаций
Пронина ольга Алексеевна, заведующая отделом технического обеспечения филиала ФГУ «Северное отделение Полярного научноисследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии имени Н.М. Книповича» (г. Архангельск). Автор 50 научных публикаций
некоторые аспекты корректировки методики оценки запаса литоральных фукоидов белого моря
Приводится метод расчета корректирующего коэффициента к одному из биологических показателей (биомассе) литоральных фукоидов Белого моря в целях уточнения запаса водорослей в зарослях, различающихся плотностью покрытия дна. Определено оптимальное количество проб, необходимое для достоверной оценки распределения литоральных водорослей, для каждой категории зарослей составлено уравнение расчета запаса.
ключевые слова: fucaceae, водоросли, Белое море, оценка запаса, корректирующий коэффициент, методика его расчета.
Фукусовые водоросли Белого моря являются не менее важным сырьевым объектом, чем ламинариевые. В последние годы они находят все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, чем и обусловливается растущий интерес к их изучению.
Точность оценок запасов промысловых скоплений, состав и действенность мер по рациональной эксплуатации ресурсов, определение объемов возможной добычи в каждом районе и на конкретном участке напрямую зависят от точности определения количества водорослей.
Такие изучаемые параметры, как проективное покрытие дна водорослями, плотность поселения в изучаемом скоплении, соотношение доминирующих видов в полидоминантных сообществах на больших площадях, площади пятнистых и сильно разреженных зарослей и др. требуют максимально точных количественных показателей, так как от них в конечном итоге зависит расчет запаса и возможного допустимого улова. Формула для расчета запаса литоральных фукоидов в настоящее время включает три основных показателя: биомассу
© Шилова Н.А., Пронина О.А., 2012
(В) водорослей, плотность покрытия ими дна (PP) и площадь, занимаемую зарослями на донной поверхности (S) [1]. Для уточнения значений плотности покрытия в настоящее время существует следующая градация зарослей: участки с проективным покрытием дна водорослями 30-50 % (сильно разреженные) обозначаются как заросли III категории плотности, 50-70 % (средне разреженные) - заросли II категории, 70 % и более (плотные) - заросли I категории. Эта градация позволяет рассчитывать запас для каждой категории зарослей отдельно, с учетом специфических особенностей состояния сообществ водорослей в ней. Площади, занимаемые зарослями на донной поверхности, рассчитываются автоматически в программе «MapInfo», что сводит к минимуму ошибку в их определении [2]. Поэтому единственным показателем, требующим корректировки на данный момент, является биомасса. Необходимость ее уточнения возникает вследствие того, что для определения биомассы водорослей на гидробиологических разрезах используются рамки различного размера такие, как 25x25 см, 30x30 см, 50x50 см и 100x100 см. Выбор параметров рамки для отбора проб зачастую определяется предпочтениями исследователя и в большей степени размерами исследуемого объекта.
В результате практической деятельности лаборатории прибрежных исследований было выявлено, что использование рамок размера 25x25 см, 30x30 см и 50x50 см дает разный результат при их переводе в стандартные единицы массы, отнесенные к 1 м2 площади. В связи с этим возник вопрос о том, как максимально уменьшить ошибку, которая возникает при пересчете биомассы фукоидов в стандартные единицы, если отбирать пробы рамками меньшего размера. Отбор проб литоральных фукоидов стандартной рамкой размерами 100x100 см затруднителен при выполнении работ на значительной площади.
В настоящее время альгологами в основном применяются рамки 25x25 см и 50x50 см. В СевПИНРО принято применение рамок раз-
мером 30x30 см. В этой связи основной целью проведенной работы явилось выяснение возможности расчета понижающего коэффициента к показателю биомассы фукоидов при переводе его на стандартную рамку 100x100 см.
В 2003 году был поставлен эксперимент, который позволил ответить на ряд вопросов. Во-первых, какие оптимальные размеры рамки требуются для отбора проб. Во-вторых, какое минимальное количество проб необходимо отобрать, чтобы получить устойчивые статистические характеристики. В-третьих, как изменяется величина понижающего коэффициента при пересчете биомасс в зарослях с различной плотностью покрытия дна. В-четвертых, существует ли прямая зависимость между биомассами проб, отобранных рамками 30x30 см и 100x100 см в зарослях с различным проективным покрытием.
Материал и методы. В работе использованы материалы, собранные в период летних экспедиционных работ с 2003 по 2007 год, в следующих районах Белого моря: Поморский берег
- о. Разостров (Сумские шхеры) и губа Нюхча; о. Тапаруха (Кемские шхеры); Онежский берег
- губа Ухта.
Первоначальный этап работы состоял в том, чтобы определить оптимальные размеры рамки для отбора проб без учета плотности покрытия дна. Для этого в однородных зарослях фукоидов выкашивалась трансекта, в которой отбиралось не менее 30 рамок каждой размерности - 100x100, 50x50 и 30x30 см. Выкашивались только те водоросли, которые росли на площади, ограниченной конкретной рамкой.
Для оценки разности биомасс водорослей, отобранных рамками различной размерности, и выделения понижающего коэффициента с учетом проективного покрытия дна водорослями, рамкой 100x100 см выкашивалась трансекта вдоль заросли без пропусков пустых участков. Проективное покрытие исследуемого участка определялось визуально. В рамку 100x100 см закладывалась рамка 30x30 см туда, где присутствуют более плотные скопления растений. По возможности отбиралось максимальное ко-
личество проб рамкой 30^30 см (но не менее 20 рамок на каждом участке). Выкашивались только те водоросли, которые росли в пределах рамки.
Аналитическая обработка полученных данных и статистический анализ были проведены в программе Microsoft Excel. Оценка степени зависимости между параметрами проводилась с использованием регрессионного анализа [3].
Для анализа поведения осредненных величин биомассы водорослей были введены следующие параметры:
- В30 (г/м2) - коэффициент средней биомассы водорослей, полученной при пересчете биомасс, отобранных рамкой 30x30 см, в стандартные величины - 100x100 см;
- В100 (г/м2) - коэффициент средней биомассы водорослей, отобранных рамкой 100x100 см;
- В30- В100 (г/м2) - разность, характеризующая отклонение средней биомассы, найденной по рамке 30x30 см, от средней биомассы, найденной по рамке 100x100 см;
- КС = В100^ В30- коэффициент, отражающий отношение результатов, найденных по рамке 100x100 см, к биомассе, определяемой по рамке 30x30 см;
- g - стандартное отклонение;
- SB - ошибка среднего значения биомасс водорослей, отобранных рамками различной размерности;
- R2 - коэффициент детерминации регрессионных уравнений;
- R2 - объем выборки (количество рамок с отобранными пробами) анализируемых данных.
Анализ данных, полученных на первоначальном этапе работы, выявил, что наиболее точные результаты при пересчете биомассы в стандартные величины, наблюдаются при отборе проб рамкой 50x50 см. Однако выбор такой рамки не снизит трудоемкость процесса отбора проб. В результате дальнейшие эксперименты проводились с использованием рамок 30x30 см, данные из которых затем пересчитывались в стандартные размеры - 100x100 см.
Результаты и их обсуждение. Сравнительный анализ биомасс литоральных водорослей, проведенный по результатам измерений в зарослях различной категории плотности, показал, что при отборе проб рамками 30x30 см и пересчете их в стандартные величины наблюдается завышение биомассы водорослей в среднем в 3-3,5 раза (табл. 1). Поэтому для точного пересчета данных целесообразно рассчитать понижающий коэффициент. При анализе ошибки средней, используемой при оценке средней биомассы, был сделан вывод о том, что она изменяется в зависимости от плотности покрытия дна водоросли на каждом исследуемом участке. Вследствие этого необходимо вводить различный понижающий коэффициент для каждой категории плотности зарослей.
Исследование зависимости между двумя параметрами В100 и В30 проводилось с использованием регрессионного анализа. Для каждого регрессионного уравнения был рассчитан коэффициент детерминации (Я2) и средняя ошибка аппроксимации (А). Данные показатели используются в статистике для оценки качества построенных уравнений регрессии [3]. Чем ближе по модулю значение показателя детерминации к единице или чем ниже средняя ошибка аппроксимации, тем лучше регрессионное уравнение описывает исходные данные. Оценка значимости уравнений регрессии, его коэффициентов и коэффициента детерминации показал, что линейная зависимость не является статистически значимой [3].
Это говорит о том, что поправочный коэффициент будет выводиться как отношение средней биомассы, определяемой рамкой 100x100 см, к средней биомассе, найденной по рамке 30x30 см: КС = В100^ В30 .
Для оценки поведения осредненных величин биомассы водорослей были рассчитаны дополнительные параметры (см. табл. 1). Полученные результаты указывают на наличие большой разницы между средними значениями биомасс, определенных с применением разных рамок. Для зарослей с проективным покрытием дна 30-50 % данное различие в среднем соста-
БИОМАССЫ ВОДОРОСЛЕЙ (г/м2), ИЗМЕРЕННЫЕ НА УЧАСТКАХ ОНЕЖСКОГО ЗАЛИВА С РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ПОКРЫТИЯ ДНА РАМКАМИ 30x30 см И 100x100 см,
И ИХ СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
рр, % Район Размер рамки, Средняя биомасса, кг/м2 Ошибка Статистика віоо взо’ кг/м2 к с
см среднего значения в, с’ кг/м2 в, кг/м2 кг/м2
30-50 г. Нюхча 30*30' 100*1002 (30*30у 2,9 7,7 32,6 1,72 0,54 3,14 32,6 7,7 19,1 3,4 3,0 0,5 -24,9 0,236
г. Ухта 30*30 100*100 (30*30)п 1,6 3,7 18,0 0,70 0,37 1,23 18,1 3,7 39 1,3 0,4 -14,4 0,204
г. Нюхча 30*30 100*100 (30*30)п 2,5 10.7 27.7 0,23 0,70 2,60 27.7 10.7 14,2 3,8 2,6 0,7 -17,0 0,387
50-70 г. Ухта 30*30 100*100 (30*30)п 2,6 10,8 29,6 0,18 0,68 2,03 29,6 10,8 11,1 3,8 2,0 0,7 -18,8 0,365
о. Тапаруха 30*30 100*100 (30*30)п 2,5 11,2 28,0 0,17 0,63 1,87 28,0 11,2 10,2 3,4 1,9 0,6 -16,8 0,399
70-90 о. Разостров 30*30 100*100 (30*30)п 2,4 11,4 27,1 0,15 0,48 1,69 27,1 11,4 Ю чо 76 1,7 0,5 -15,7 0,4
Примечания:
1 Биомасса водорослей, измеренная рамкой 30*30 см.
2 Биомасса водорослей, измеренная рамкой 100*100 см.
3 Биомасса водорослей, измеренная рамкой 30
вило 14-25 кг/м2, для зарослей с проективным покрытием дна 50-70% - 16-19 кг/м2, для зарослей с проективным покрытием дна 70-90%
- 15 кг/м2. Данный факт еще раз подтверждает гипотезу о том, что вводить поправочный коэффициент следует с учетом выделенных категорий плотности зарослей.
Для каждого исследованного участка в зависимости от проективного покрытия дна водорослями был введен поправочный коэффициент К Диапазон изменения коэффициента
30 см, в пересчёте на величины рамки 100*100 см.
для зарослей III категории в среднем составил 0,186-0,249, для зарослей II категории -0,352-0,413, для зарослей I категории -
0,410-0,435. Исходя из полученных результатов, были составлены математические выражения для определения биомассы водорослей с учетом градации зарослей (табл. 2).
Особое внимание было уделено следующему факту: при изменении объема выборки изменяется величина поправочного коэффициента. Поэтому для оценки влияния отдельных изме-
РЕЗУЛЬТАТЫ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСРЕДНЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРА Кс И ФОРМУЛЫ ДЛЯ ПЕРЕСЧЕТА БИОМАСС НА УЧАСТКАХ С РАЗЛИЧНЫМ ПРОЕКТИВНЫМ ПОКРЫТИЕМ ДНА ВОДОРОСЛЯМИ
РР, % Район Среднее значение к с °К тах к с тіп к с N Формула для пересчета
30-50 г. Нюхча 0,267 0,018 0,293 0,236 20 ВШ = (0,267±0,054)В30
г. Ухта 0,174 0,013 0,204 0,136 20 ВЮ0 = (0,174±0,039)В30
г. Нюхча 0,358 0,021 0,388 0,327 15 в100 = (0,395±0,051)В3„
50-70 г. Ухта 0,389 0,026 0,437 0,364 16 ВЮ0 = (0,395±0,051)В30
о. Тапаруха 0,395 0,017 0,413 0,366 16 ВЮ0 = (0,395±0,051)В30
70-90 о. Разостров 0,426 0,007 0,435 0,410 15 в100 = (0,426±0,021)В3„
рений на величину рассчитываемого среднего значения поправочного коэффициента следует исследовать его зависимость от количества собранных данных [4]. Зависимость параметра Кс от количества усредняемых данных была исследована графически (см. рисунок).
Анализ графиков показал, что параметр Кс при возрастании числа осредненных данных достаточно неустойчив. Наиболее ярко колебания поправочного коэффициента проявляются при объеме выборки N<7, в меньшей степени -при N>20. Поэтому говорить об устойчивости
График изменчивости параметра Кс при увеличении числа осредненных данных для участков с различным проективным покрытием
ФОРМУЛЫ для ПЕРЕСЧЕТА БИОМАСС ЛИТОРАЛЬНЫХ ФУКОИДОВ
Проективное покрытие, % Формула для перерасчета
30-50 В100 = (0,220±0,046)Вз0
50-70 ВЮ0 = (0,381±0,064)В30
70-90 В100 = (0,426±0,021)В30
данного параметра можно лишь в том случае, когда объем выборки составит более 25 проб
[5].
Выводы. Результаты исследования позволили ответить на поставленные вопросы и сделать следующие выводы:
- зависимость между биомассами водорослей, полученных с использованием рамки 30^30 см и пересчитанных в стандартные единицы, и с использованием рамки 100x100 см не прослеживается; данный факт свидетельствует о том, что исследуемые параметры независимы друг от друга;
- устойчивость статистических характеристик наблюдается при объеме выборки не менее 30 проб, это говорит о том, что для получения статистически значимых характеристик биомасс водорослей необходимо отбирать минимум 10 рамок на одном исследуемом участке, независимо от категории плотности зарослей.
Проведенные исследования позволили получить соответствующие формулы для перерасчета биомассы водорослей, отобранных на произвольных участках, но с учетом конкретной категории плотности зарослей (табл. 3).
В заключение необходимо отметить, что использование для отбора проб рамок меньшей размерности (30*30 см) позволяет значительно облегчить работу на больших участках. Использование таких рамок обеспечивает не достаточное, а максимально возможное число проб для получения устойчивых центральных характеристик. Это, в свою очередь, отражается на достоверности получаемых оценок. Введение поправочного коэффициента с учетом проективного покрытия дна водорослями позволит снизить ошибку, возникающую при перерасчете биомассы в стандартные единицы и, соответственно, более точно оценить запасы фукусовых водорослей.
Список литературы
1. Барашков Г.К. Распределение, состав промысловых водорослей Белого моря. М.; Л., 1965.
2. Методы ландшафтных исследований и оценки запасов донных беспозвоночных и водорослей морской прибрежной зоны / М., 2005.
3. Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Прикладная статистика и основы эконометрики. М., 1998.
4. УрбахЮ.В. Биометрические методы. М., 1964.
5. Ивантер Э.В., Коросов А.В. Основы биометрии. Введение в статистический анализ биологических явлений и процессов. Петрозаводск, 1992.
Shilova Natalia Alexandrovna
Northern (Arctic) Federal University named after M.V Lomonosov, Institute of Mathematics and Computer Sciences, Pronina Olga Alexeevna Northern Branch of the Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography
SOME ASPECTS OF UPDATING THE PROCEDURE OF EVALUATION OF LITTORAL
FUCACEAE STOCKS IN THE WHITE SEA
The article adduces the method of adjusting factor calculation to one of biological parameters (biomass) of Littoral Fucaceae in the White Sea in order to specify the number of seaweed stocks in thickets with different levels of density of the bottom covering. The optimum number of tests necessary for a reliable evaluation of littoral seaweed distribution was determined; for each category of thickets an equation for calculation of stocks was worked out.
Key words: fucaceae, seaweed, the White Sea, evaluation of stocks, adjusting coefficient, methods of its calculation.
Контактная информация: Шилова Наталья Александровна e-mail: nata_1107@mail.ru Пронина Ольга Алексеевна e-mail: polga@sevpinro.ru
Рецензент - Новосёлов А.П., доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биологических ресурсов внутренних водоемов филиала ФГУ «Северное отделение Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии имени Н.М. Книповича» (г. Архангельск)
