Биологические индексы и коэффициенты, используемые при индикационных исследованиях

Для практических целей следует знать, насколько надежен и эффективен тот или иной индикатор, поэтому было предложено характеризовать индикаторы по двум показателям — достоверности и значимости.
Достоверность — это степень сопряженности индикатора с объектом индикации.

Абсолютно достоверным считается индикатор, которому объект индикации соответствует в 100 % случаев. Для расчета показателя достоверности берут определенное число эталонных участков (или площадок), где обязательно имеется индикатор. Среди них есть такие, где индикатор встречается вместе с объектом индикации. Процентное соотношение этих участков и участков с индикатором, но без объекта индикации служит количественным показателем достоверности индикатора. Например, если из 100 обследованных участков с произрастанием растения-индикатора неглубокого залегания грунтовых вод (1,5—5 м) вода была обнаружена только на 95 участках, а на пяти нет, то достоверность индикатора составляет 95/5 =19. Это довольно большой показатель. Если сопряженность превышает 90 %, а показатель достоверности больше 9, то индикатор считается надежным. Удовлетворительным индикатор будет в том случае, если сопряженность равна 75—90 %, а показатель достоверности находится в пределах 3—9. Сомнительным индикатор считается, когда сопряженность составляет 60—75 %, а показатель достоверности равен 1,5—3. Когда сопряженность менее 60 %, а показатель достоверности менее 1,5, индикация невозможна.
Показатель достоверности еще не дает полного представления о практической значимости того или иного индикатора. Так, если растение является абсолютным индикатором, но редко встречается в природе (например, вид занесен в Красную книгу), то его практическое значение ограничено. Вот почему для индикаторов введен показатель значимости, который дает представление о том, насколько часто индикатор встречается вместе с объектом индикации. За 100 % принимается количество эталонных участков с объектом индикации. Значимость выражается отношением (в %) количества эталонных участков, где объект индикации присут

ствует вместе с индикатором, к общему количеству эталонных участков с объектом индикации. Например, объект индикации обнаружен на 60 эталонных участках, причем на 42 участках он присутствует вместе с индикатором; следовательно, значимость
42
данного индикатора составляет —100% = 70%.
60
Коэффициенты достоверности и значимости являются важными характеристиками индикаторных свойств растения. Если они достаточно высокие, можно начинать фитоиндикацию. Практическое применение см. в гл. 4.
При оценке уровня загрязнения биогеоценозов обычно используют различные критерии, самыми распространенными из которых являются характеристики видового состава, обилия видов и жизненное состояние особей, входящих в сообщество. Первые два критерия тесно связаны между собой, поскольку сравнение сообществ только по составу имеющихся видов без указания на их обилие представляет приблизительную, рекогносцировочную оценку. Для объективного сравнения двух исследуемых площадок в одном биотопе используются различные индексы.
При биоиндикации загрязнения атмосферного воздуха или почвенного покрова применяют коэффициент Жаккара, определяемый как число видов, общих для двух площадок, выраженное в процентах от общего числа видов:

где а — число видов на первой площадке; b — число видов на второй площадке; с — число общих видов для этих двух площадок (см. применение данного индекса в гл. 4).
Обобщением коэффициента Жаккара является индекс биотической дисперсии Коха, служащий для оценки общей степени сходства некоторого числа видовых списков. Если я списков включают соответственно Su S2,..., S„ видов и общее число отличных видов равно S, то индекс Коха

гдеПри п = 2 индекс Коха совпадает с коэф
фициентом Жаккара.
Другой широко используемый коэффициент общности, коэффициент Серенсена Ks, равен числу видов, общих для двух участков с, выраженному в процентах от среднего числа видов на участках а и Ь:

Этот индекс можно применять для регистрации изменений в биогеоценозе за определенный промежуток времени. При этом требуется знать число видов в момент (день, год) начала наблюдений и в момент (день, год), взятый для сравнения. Методика приведена в гл. 4.
Если оценка изменения степени проективного покрытия важнее, чем оценка изменения числа видов, применяют несколько иной коэффициент общности. При этом изменения степени проективного покрытия учитываются с помощью процентного сходства (ПС):

где min (х, ¦ у,) — наименьшая степень покрытия вида, общего для описаний х и у.
Важным требованием при проведении сравнительных оценок биоценозов является использование статистических критериев, поэтому вопрос о числе повторностей сравниваемых площадок или о величине площадей должен быть решен с помощью статистических критериев.
При лихеноиндикации атмосферного воздуха используются индексы, в которых учитывается степень проективного покрытия лишайниками и либо общее число видов на площадке, либо среднее число видов, находящихся на всех сравниваемых площадках. Индекс полеотолерантности вида (ИП) соответствует определенной концентрации газообразных соединений, загрязняющих атмосферу, и по нему можно составить карту среднегодовых концентраций загрязняющих веществ на определенной территории:

где с„ —общее проективное покрытие; а, — класс полеотолерантности /-го вида, определяемый по справочной таблице в соответствии с видом лишайника; с, — проективное покрытие /-го вида. Практическое применение индекса приведено в гл. 4.

Более простым для использования является индекс чистоты атмосферы (ИЧА), не требующий специальных таблиц и сложных расчетов:

где Q, — коэффициент токсикотолерантности вида, равный среднему числу видов, сопровождающих данный вид / по всем пунктам; f — степень проективного покрытия.

Недостаток этих индексов в том, что при их использовании необходимо учитывать площадь исследования, поскольку индекс в значительной степени (хотя и косвенно) зависит от ее величины.
Для оценки уровней загрязнения биогеоценозов могут быть использованы различные индексы видового разнообразия. Максимальным индекс будет в случае, когда каждая особь принадлежит к отдельному виду, а минимальным — когда все особи относятся к одному виду. Преимущество имеют те индексы разнообразия, которые не зависят от размеров пробы, показывают относительное значение видов в сообществе и являются безразмерными. Наиболее широко в биомониторинге используют индекс Шеннона- Винера — индекс Н. Разнообразие Н по Шеннону—Винеру математически характеризует два параметра ценоза — число имеющихся видов и равномерность распределения их популяций (численность особей или их количественную долю):

где
В выборке истинное значение р, неизвестно, поэтому в качестве оценки беретсяотсюда
где S — число видов; л, — количество (численность или масса особей) /-го вида; N — общее количество видов; р, — относительная частота встречаемости /-го вида; А, — частичная мера информации /-го вида или структура доминирования /-го вида.
Величина индекса разнообразия Шеннона—Винера обычно укладывается в интервале от 1,5 до 3,5 и очень редко превышает 4,5. Применение этого индекса для экологического анализа водоема показало, что его величина резко падает в месте сброса сточных вод независимо от того, оценивается ли он на уровне видов, родов, отрядов или классов гидробионтов на разных трофических уровнях. Это значительно расширяет возможности применения данного индекса, причем не только для оценки разнообразия гидробионтов, но и для оценки степени загрязнения, например, городских экосистем.
Индекс видового разнообразия Маргалефа d был предложен для оценки загрязнения водоемов, котооые обычно характеризуются уменьшением биоразнообразия:

где S— количество видов; In TV— натуральный логарифм количества особей.
Коэффициент принимает максимальное значение, если все особи принадлежат к разным видам (5 — TV), и равен нулю, когда все особи принадлежат к одному виду.
Проточные водоемы могут быть оценены с помощью биотического индекса, разработанного в Англии и впервые опробованного на реке Трент. Определение биотического индекса ведется по рабочей шкале, в которой использована наиболее часто встречаемая последовательность исчезновения бентосных беспозвоночных по мере увеличения загрязнения. Метод Вудивиса имеет многочисленных сторонников, которые, однако, признают ряд его недостатков: довольно общий и часто упрощенный с плохой репрезентативностью отбор проб; часто не принимающиеся во внимание трудности идентификации; недостатки стандартной таблицы для расчета" индекса, а именно — различная чувствительность к загрязнению в некоторых группах выделенных видов, недостаточное таксономическое разнообразие.
Обобщенный индекс биологического качества имеет ряд преимуществ: дифференцированный отбор проб с идентификацией разных зон, стандартная таблица благодаря коррекциям и уточнениям, внесенным в списки таксонов и в классификацию, более удобна в пользовании. Вместе с тем рабочая нагрузка, обусловленная большим разнообразием проб, недостаток классов таксономического разнообразия в стандартной таблице делают использование этого индекса сомнительным. Параллельно с обобщенным индексом биологического качества был предложен индекс потенциального биологического качества, удобный для исследования больших глубин. Более совершенным является биологический индекс общего качества, отличающийся тем, что усовершенствованный отбор проб дает мозаичную картину населения зоны; в списке из 135 таксонов 38 являются индикаторами.
Общий уровень загрязнения часто оценивают по индексу сап- робности Пантле и Букка:
%
где S — индекс значимости вида; h — частота встречаемости организмов.
Загрязнение приводит не только к снижению видового разнообразия, но и к увеличению доминирования определенных видов. При этом обилие свойственно небольшому числу видов, которые можно оценить индексом неоднородности Симпсона'.

где я, — число особей /-го вида; N— общее число особей. По мере увеличения D разнообразие уменьшается, поэтому используют его обратную величину l/D. Величина индекса в сильной степени зависит от присутствия в пробе самых обильных видов, но в слабой — от видового разнообразия.
При оценке водоемов, загрязненных органическими соединениями, может использоваться олигохетный индекс, или индекс Гуднайта и Уитлея. В собранной пробе подсчитывается общее количество организмов и отдельно число олигохет: где N — численность (экз./м2).
Значение коэффициента увеличивается по мере ухудшения качества воды. Так, высокую концентрацию загрязнения характеризует олигохетный индекс gt; 80 %; сомнительным загрязнение считается при индексе 60—80%; состояние водной среды хорошее, когда индекс lt; 60 %.
Помимо олигохет в бентосе континентальных водоемов широко представлены личинки комаров-звонцов, принадлежащие к трем подсемействам: Chironominae, Orphocladinae и Tanypodinae. Орфокладины обитают в основном в чистых водах, таниподины — в загрязненных, хирономиды выдерживают относительно невысокие степени загрязнения. Таким образом, по соотношению численности представителей этих подсемейств можно судить о качестве воды. Е. В. Балушкина предложила индекс К, который может служить для этой цели:

где—
выраженные в процентах отношения численности личинок одного из подсемейств к общей численности личинок этого семейства. Величина L0 — верхний предел значений индекса. Нижний предел его равен нулю.

<< | >>

Источник: О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование : учеб, пособие для сгуд. высш. учеб, заведений. 2007

Еще по теме Биологические индексы и коэффициенты, используемые при индикационных исследованиях:

- Геоэкология - Основы экологии - Экологический мониторинг - Экология животных - Экология насекомых - Экология почв и агроэкология - Экология птиц - Экология рыб -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -