Методы экологических исследований. Рубрика в журнале - Принципы экологии
Статья научная
Предложен новый подход к оценке микропластикового загрязнения пляжных и донных отложений береговой зоны моря, основанный на изучении их гранулометрического состава. Описана процедура проведения полного гранулометрического анализа отложений в лабораторных условиях с применением ситового метода с промывкой и без промывки водой, адаптированного для условий их возможного загрязнения микропластиком. В настоящее время данный метод проходит апробацию, в ходе которой будут отработаны и усовершенствованы приемы обработки пляжных и донных отложений.
Бесплатно
Изучение траекторий сезонной динамики планктона с помощью метода двойного сглаживания
Статья научная
Для исследования сезонных процессов в зоопланктоне Онежского озера и изменения его величин был проведен анализ данных методом двойного сглаживания. Серия сглаженных кривых описывает траектории изменения численности и биомассы зоопланктона и его основных групп в течение вегетационного периода (с мая по октябрь). Они отражают основные закономерности динамики сообщества, форму траекторий сезонной динамики, фенологию или даты важных явлений, периоды и скорости роста и снижения количества планктеров, сезонные изменения в структуре сообщества.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается семейство параметрических показателей видового и таксономического разнообразия, основанное на оценках «эффективного количества видов» или числах Хилла. Обсуждаются их отличия от других индексов разнообразия, использующих формулу энтропии Шеннона или иное выражение. Приводится способ разделения общего γ-разнообразия на α- и β-компоненты. Описана методика расчета матрицы таксономических расстояний и формирования филогенетического дерева на основе линнеевской систематики. Рассматривается динамика изменения индексов видового и таксономического разнообразия по продольному профилю водотока на примере донных сообществ средней равнинной реки Сок (приток Саратовского водохранилища). Описаны алгоритмы проверки статистической значимости отличий индексов разнообразия при сравнении двух или более групп местообитаний, основанные на рандомизационных процедурах.
Бесплатно
Статья научная
Зоопланктон Онежского озера рассматривается как удобный и надежный индикатор состояния озерной экосистемы. В качестве формальной основы для консолидации накопленной информации по биоте Онежского озера предлагается создание экспертной системы для зоопланктона как прототипа интеллектуальной компьютерной среды по всем биотическим компонентам. В этом контексте предлагается пересмотреть организацию мониторинга состояния зоопланктона для увеличения числа и расширения географии отбираемых проб, упрощения и автоматизации процедуры их разборки.
Бесплатно
Как долго длится лето для зоопланктона Онежского озера?
Статья научная
Для описания реакции водных экосистем на возможные изменения климата требуется исследование фенологии сообществ. Ранее для зоопланктона Онежского озера в безледный период были выделены четыре сезона, но сезонные границы между ними, принципиально не наблюдаемые в озере, были обозначены очень приблизительно. Известно, что структура зоопланктона по сезонам закономерно изменяется, что позволило с помощью дискриминантного анализа по численности и биомассе основных групп зоопланктона выделить формальные признаки структуры сезонных состояний. Были определены границы между сезонами. Летний период для зоопланктона в Онежском озере длится 40 суток и состоит из двух сезонных фаз: ранне- и позднелетней. Лето не совпадает с календарным периодом (июль - август), начинается в первой декаде июля (190 суток с начала года) и заканчивается в середине августа (230 суток).
Бесплатно
Логические аспекты выделения и классификации трофических групп животных
Статья научная
В работе обсуждаются преимущества использования сущностного подхода к построению классификации трофических групп животных (на основе вариации признака, лежащего в основании классификации – объекта питания) по сравнению с описательными подходом (группируются наблюдаемые явления). Проанализирован пример построения классификации трофических групп жуков. Предложено раздельное использование (на разных уровнях единой или в трех самостоятельных классификациях) таксономического, мереологического, экологического оснований.
Бесплатно
Метод изучения некрофильных насекомых на трупах крупных животных
Статья научная
В работе описывается устройство для изучения некрофильных насекомых на трупах крупных животных. Устройство состоит из металлической клетки с крышкой, размеры клетки 120 х 80 х 60 см, размер ячеи сверху и сбоку 10 см, снизу 20 см, прутьев для ее фиксации. Также используется пирамидальная ловушка из капрона и с пластиковыми бутылками для отлова летающих насекомых. Пирамидальная ловушка устанавливается на высоту 1.5 м с помощью шеста, зафиксированного в землю. Она полностью закрывает клетку с приманкой и натягивается с четырех сторон. В верхнем углу ловушки находится округлое отверстие, через которое насекомые попадают в ловчий стакан с жидкостью для фиксации. В поимке почвенных видов используют почвенную ловушку-банку, вкопанную в землю.
Бесплатно
Методические подходы для определения возраста деревьев
Статья научная
В ходе выполнения разнообразных экологических исследований часто необходимо определение возраста древесных растений. Этот вопрос может иметь прямое практическое значение в лесоводстве, лесной таксации, в рамках ухода за деревьями в урбанизированной среде и при выполнении судебно-ботанических экспертиз. Хорошо известно, что использование информации годичных колец может дать точные оценки возраста, однако исследователи не всегда правильно информированы о допустимых рамках использования такого подхода. В статье рассматриваются методические особенности и ограничения в оценке возраста деревьев разными способами. Рассмотрены такие подходы, как оценка возраста деревьев по диаметру, определение возраста хвойных пород по мутовкам, определение возраста деревьев по внешнему виду, определение возраста деревьев в посадках по документам. Основное внимание уделено методическим подходам, основанным на анализе информации годичных колец. Подробно рассматриваются два разработанных авторами методических подхода для определения возраста деревьев - памятников природы.
Бесплатно
Методы оценки параметров терморегуляции рептилий (на примере обыкновенной гадюки, Vipera berus L.)
Статья научная
Представлен анализ многолетних исследований термобиологии обыкновенной гадюки, в том числе с использованием логгеров, минидатчиков регистрации температуры тела живой особи. Рассматривается серия традиционных и оригинальных показателей, характеризующих способности обыкновенной гадюки регулировать температуру своего тела. Показано, что так называемые термоэкологические показатели в большей мере характеризуют условия пребывания животных, но не их способности к терморегуляции. В число термофизиологических показателей входят параметры как с хорошими, так и с неудовлетворительными статистическими свойствами (по величине изменчивость и устойчивость). Наибольшей устойчивостью обладает показатель, характеризующий физиологические способности особи или группы особей, - максимальная типичная температура, оцененная регрессионно-квантильным методом. Максимальная типичная температура трактуется как верхний порог толерантности, т. е. истинная видовая максимальная температура тела. Основной параметр терморегуляции гадюки - максимальная добровольная температура, которая фиксируется в момент избегания животным перегрева. Для фиксации максимальной добровольной температуры необходимы непрерывные наблюдения как за температурой тела, так и за поведением рептилии, что делает расчет параметра максимальной добровольной температуры достаточно сложным и трудоемким. Самым простым для оценки основного параметра терморегуляции (максимальной добровольной температуры) оказался показатель медианной активной температуры для выборки выше 30 °С (близкий к температуре «полной активности»). Для сопоставления разных групп животных категорически не рекомендуется использовать статистические показатели, оценивающие диапазон изменчивости обычных дневных температур или их усреднение.
Бесплатно
Нейронные сети для экологии: введение
Статья научная
Рассмотрен вариант объяснения состава и структуры нейронной сети, отталкиваясь от понятия «уравнение регрессии». Ориентируясь на метод, более привычный экологам (регрессионный анализ), показаны структурные и функциональные особенности «нейрона» и искусственной нейронной сети. Поэтапно углубляются и расширяются представления о линейной и криволинейной регрессии, логите, нейроне, нейросетевом моделировании, об алгоритмах настройки структурных и количественных параметров моделей. Определены ключевые термины рассматриваемой технологии (ковариат, смещение, нейрон, слой, функция активации, обучение, переобучение). На конкретных примерах показаны некоторые области применения этого метода в экологии животных. С помощью нейронной сети рассмотрено решение типичных для экологии животных задач диагностики статуса (пола) животных по количественным признакам, оценка пригодности тех или иных биотопов для обитания животных. Дан список литературы с примерами использования сетей для решения экологических задач. Приведены листинги расчетов, выполненных в среде программы R с использованием функций из пакета neuralnet. Прикреплены файлы с данными для выполнения тренига по представленным кодам.
Бесплатно
Новый принцип определителя млекопитающих
Статья научная
Построен определитель фауны млекопитающих Карелии по признакам нижней челюсти (у найденных в природе скелетов эта часть обычно сохраняется целой). Определитель не рассматривает никакие таксоны, кроме низшего, видового. Структура определителя соответствует сбалансированному «бинарному дереву». В нем реализован принцип равновероятного альтернативного выбора. Признаки для характеристики видов подобраны таким образом, чтобы на каждом шаге определения каждая теза и антитеза делили группу возможных видов пополам. При этом общее число шагов равно двоичному логарифму от числа видов, т. е. для определения любого вида местной фауны требуется всего около 6 шагов. Определитель получился очень компактным и удобным для использования в полевых условиях.
Бесплатно
Статья научная
Использован неинвазивный волоконно-оптический метод измерения характеристик сердечного ритма пресноводных двустворчатых моллюсков Anodonta anatina, Unio pictorum и Dreissena polymorpha. Рассчитана достоверная логарифмическая зависимость сердечного ритма от температуры воды (R = 0.92, p = 0.00) и обратная (R = – 0.90, p = 0.00) от размера раковин беззубки. Повышение содержания соли NaCl в воде до 3 г/л сопровождалось повышением частоты сердечных сокращений (ЧСС) моллюсков, а концентрации более 5 г/л приводили к снижению ЧСС. Низкая температура воды снижает чувствительность моллюсков к химическому составу воды. Достоверные изменения ЧСС после добавления 3–8 г/л NaCl не обнаруживались при температуре воды менее 7 ºС.
Бесплатно
О применении алгоритмов Maxent в экологии
Статья научная
В статье рассматриваются логические и вычислительные основы метода максимальной энтропии, который использует программа MaxEnt, позволяющая строить модели размещения разных видов животных и растений. Предметом анализа служит метод максимальной энтропии как критерий успешности подбора модельных параметров. Принципы его работы показаны на серии усложняющихся количественных примеров из экологии. Расчеты проиллюстрированы программами на языке R, которые могут быть выполнены читателями для глубокого усвоения смысла процедуры. Сделан акцент на отличии технологии MaxEnt от других классификаторов (дискриминантный анализ, нейронные сети и пр.): вместо использования контраста между группами объектов, MaxEnt стремятся уловить и усилить однообразие объектов одной группы. Это почти автоматически приводит к отделению объектов одного изучаемого статуса от другого. Такой прием позволяет в условиях дефицита информации эффективно выполнять классификационные построения. Рассмотрены некоторые подходы для назначения «точки разрыва», порога бинарной классификации, в т. ч. элементы ROC-анализа, использование процентилей и квантилей. Статья служит практическим введением в технологию построения классификаций с использованием принципа максимальной энтропии.
Бесплатно
О противоречии между статистическими параметрами динамики популяций
Статья научная
Построена модель, имитирующая динамику численности темной полевки (Microtus agrestis) в течение одного года. Цель моделирования состояла в том, чтобы воспроизвести значения популяционных характеристик, осредненных за длительный период натурных наблюдений. Оказалось, что многолетние средние значения популяционных характеристик не могут наблюдаться ни в один год жизни популяции. Модельная популяция со средней многолетней динамикой возрастного состава не может поддерживать среднюю многолетнюю динамику численности. Многолетние средние значения популяционных показателей противоречат друг другу, поскольку получены при усреднении данных для разных фаз динамики численности и состава популяции.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается новый подход к определению допускаемых объемов пользования древесиной (расчетной лесосеки) для спелых и перестойных эксплуатационных лесов и разработанные на его основе компьютерные программы, которые позволяют вычислять параметры расчетной лесосеки, обеспечивающей непрерывное неистощительное лесопользование в этих лесах, на протяжении заданного числа лет. Предлагаемый подход к определению «расчетной лесосеки» для эксплуатационных лесов базируется на имитационной модели динамики всей возрастной структуры насаждений – от начальных классов возраста («молодняки») до старших классов («спелые»). Достоинством предлагаемого подхода является независимость процедуры и результатов моделирования от каких-либо заранее задаваемых формул для расчета допускаемого объема изъятия древесины, что позволяет использовать его для вычисления расчетной лесосеки в эксплуатационных лесах с различной исходной возрастной структурой и различной интенсивностью лесопользования. В отличие от применяемых ныне формул расчетных лесосек, основанных на мысленной модели истощения запасов перестойных, спелых, приспевающих и других насаждений через то или иное время, имитационная модель рассчитывает этот процесс во всех деталях относительно всех разновозрастных групп деревьев. По существу в числовой форме (виртуально, в недрах компьютера) воссоздается вся возрастная структура древостоя на протяжении любого отрезка времени. Вырубки рассматриваются как скачкообразное и территориально локализованное изменение возрастной структуры древостоя, и модель призвана рассчитать их последствия, а также дать возможность решать задачи расчета оптимальной величины расчетной лесосеки при задаваемых ограничениях на данной территории. Предлагаемый новый подход рассмотрен на примере сплошных рубок спелых и перестойных насаждений в Республике Карелия.
Бесплатно
Обработка результатов токсикологических исследований в статистической программе R
Статья научная
Представленная статья посвящена анализу экспериментальной ценности и приемлемости результатов токсикологических исследований в статистической среде R. Эта свободно распространяемая программа обладает большими функциональными возможностями и алгоритмической продуманностью, что делает ее «…безусловным лидером среди свободно распространяемых систем статистического анализа…». Данными служили результаты экспериментов по оценке токсичности образца высокоминерализованных отходов промышленного производства. Оценивали две тест-функции: изменение прироста численности клеток и уровня флуоресценции лабораторной культуры морских диатомовых водорослей Phaeodactylum tricornutum. В статье представлен подробный алгоритм анализа, а именно: инициализация данных, оценка выборочных параметров описательной статистики, оценка токсичности, однофакторный дисперсионный анализ, множественные сравнения Тьюки и Даннета, оценка корреляции наблюдаемых переменныx (коэффициенты Пирсона и Спирмена). Полный перечень скриптов позволит воспроизвести подобный анализ.
Бесплатно
Статья научная
Показаны возможности использования мультиспектральных данных дистанционного зондирования Земли для целей изучения растительного покрова. В статье рассмотрено использование открытых данных видимого и инфракрасного диапазонов. Представлены возможные пути бесплатного получения космических снимков разного разрешения, их характеристики и область применения. Изложены основные методы анализа космических снимков. Информация конкретизирована литературными данными, а также на примере проектов, выполненных в Гринпис России.
Бесплатно
Статья научная
Современное фаунистическое исследование помимо составления списка видов предполагает оценку ряда экологических параметров, в частности их встречаемости и обилия. Такие оценки обычно субъективны. Мы предлагаем унифицировать методики, используя 10-балльные логарифмические шкалы. В качестве примера использовали данные учетов дневных бабочек в Финляндии за 1991–2011 годы. Все виды были дифференцированы по встречаемости и относительному обилию. Стохастичность в распределениях можно уменьшить подгонкой эмпирических частот под теоретическую модель.
Бесплатно
Статья научная
Предложены варианты оценки численности разных видов ящериц в естественных популяциях. В том или ином смысле речь идет об учетной площадке известной площади. Но в зависимости от биологии разных видов ящериц сами учетные показатели могут быть различными: либо это фиксация общего количества обитающих на учетной площадке ящериц (что возможно для ушастой круглоголовки Phrynocephalus mystaceus), либо это фиксация числа встреч ящериц на учетных маршрутах определенной длины и ширины, т. е. определенной площади (что возможно для разноцветной ящурки Eremias arguta). В результаты учетов нужно вводить поправочные коэффициенты, которые должны учитывать, что: 1) распределение ящериц по территории неравномерно из-за микробиотопических различий (К1); 2) каждый день на поверхности почвы могут быть активны не все живущие на данной территории ящерицы (К2); 3) при использовании разных методик работы первичные данные учетов позволяют регистрировать различную долю ящериц из общего их числа, населяющего данный участок (К3). После такой корректировки результатов учета для любых отдельных участков целых территорий можно рассчитать плотность поселения ящериц и абсолютное количество обитающих там ящериц. В результате нашей работы мы пока определили состав этих коэффициентов. Последующие исследования должны привести к разработке стандартизированных методик определения этих коэффициентов. По нашим расчетам, плотность популяции ушастых круглоголовок в местах их наиболее компактного обитания на большом Сарыкумском бархане может быть до 125 особей/га, а общее количество круглоголовок на большом Сарыкумском бархане можно оценить примерно в 7-7.5 тыс. особей. Для разноцветных ящурок плотность их популяции в местах компактного обитания в окрестностях малого Сарыкумского бархана может составлять 18.0-23.4 особей/га, а общее количество ящурок на участке площадью около 9 га, где мы проводили исследовательские работы, могло составлять 180-220 особей. Сделав такие способы оценки разных видов ящериц стандартными, можно организовать корректный многолетний мониторинг состояния их популяций.
Бесплатно
Перспективы мониторинга состояния зеленого фонда города с помощью датчиков интернета вещей
Статья научная
Потребность в автоматизации и интеллектуальном принятии решений становится все более важной при разработке и внедрении современных технологий во всех сферах жизни человеческого общества. Под термином "интернет вещей" понимается концепция вычислительной сети физических предметов ("вещей"), оснащенных встроенными технологиями для взаимодействия и обмена данными друг с другом и внешней средой. Не является исключением и сфера ухода за древесными растениями в урбанизированной среде, ухода за озелененными территориями в городах. В мониторинге состояния древесных растений в урбанизированной среде могут иметь большое значение датчики хода роста по диаметру, фиксирующие камбиальную активность в течение вегетационного сезона. Дендроклиматическая информация содержит значительный потенциал для использования в городском зеленом хозяйстве и, в частности, в сочетании с методами визуальной оценки состояния насаждений, уже может использоваться в практике диагностики неблагоприятного водного режима почвы в городских насаждениях, а впоследствии стать надежным компонентом в системе интеллектуального контроля на базе концепции интернета вещей. Помимо древесных растений, важнейшим компонентом озеленения городских зеленых территорий являются газоны. «Правила создания, содержания и охраны зеленых насаждений города Москвы» подчеркивают необходимость поддержания должного уровня влажности почвы под газонами путем регулярных поливов, которые необходимо достаточно быстро назначать в зависимости от состояния погоды, не допуская иссушения почвы и поддерживая ее постоянную умеренную влажность.
Бесплатно
