Лекция Л.В.Разумовского для аспирантов ИВП РАН

1. Определения и классификация
систем мониторинга окружающей среды
Основная задача экологических исследований состоит в накоплении,
систематизации и анализе информации о количественном характере
взаимоотношений между живыми организмами и средой их обитания с
целью получения следующих результатов:
1. оценка качества изучаемых экосистем (в конечном итоге – с точки
зрения возможности их использования человеком);
2. выявление причин наблюдаемых и вероятных структурно-
функциональных изменений биотических компонентов и адресная
индикация источников и факторов негативного внешнего воздействия;
3. прогноз устойчивости экосистем и допустимости изменений и нагрузок
на среду в целом;
4.оценка существующих резервов биосферы и тенденций в их
исчерпании (накоплении).

2. Мониторинг окружающей среды – комплексная система :
наблюдений (1), оценки (2) и прогноза (3)
изменений природных сред, природных ресурсов, растительного и животного
мира, позволяющие выделить изменения их состояния и происходящие в них
процессы под влиянием антропогенной деятельности
У «НИХ»:
Мониторинг - система непрерывных наблюдений одного или нескольких
компонентов окружающей среды с заданной целью и по специально
разработанной программе.
ДВЕ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ
У «НАС»:
Мониторинг- такая система наблюдений, которая позволяет выделить
частные изменения состояния биосферы, происходящие только под
влиянием антропогенной деятельности [Израэль, 1974] (т.е. мониторинг
антропогенных изменений окружающей природной среды).

3. Юрий Антониевич Израэль

4. Блок-схема системы мониторинга [Израэль, 1984]

5. Общая классификация систем мониторинга [Израэль, 1984]

6. Подсистемы экологического мониторинга

7. Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях:
1. импактном (изучение сильных воздействий в локальном масштабе,
направленное, например, на оценку сбросов или выбросов конкретного
предприятия);
2. региональном (проявление проблем миграции и трансформации
загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов,
характерных для экосистем в масштабе региона);
3. фоновом, осуществляемом в рамках международной программы
"Человек и биосфера" на базе биосферных заповедников, где исключена
всякая хозяйственная деятельность (имеет целью зафиксировать фоновое
состояние окружающей среды, что необходимо для дальнейших оценок
уровней антропогенного воздействия).
«МЫ» и «ОНИ»

8. Функции
Задачи Цели
Наблюдение Выявление Анализ Моделирование Оценка Прогноз
За состоянием
окружающей
среды
Изменений
окружающей среды,
связанных с
деятельностью
человека
Наблюдаемых
изменений
Изменений
экологической
ситуации
Состояния
окружающей
среды
Предполагаемых
изменений
состояния
окружающей среды
Функции мониторинга состояния окружающей среды [Бурдин, 1985]

9. Биологический мониторинг, под которым понимают систему
наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических
компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения
[Федоров, 1974; Израэль, 1977] и проявляемых на организменном,
популяционном или экосистемном уровнях.
Биологический мониторинг – определение состояния живых систем на
всех уровнях организации и отклика их на загрязнение среды
[ Николаевский,1981] .
Мониторинг биологический – слежение за биологическими объектами
(наличием видов, их состоянием, появлением случайных
интродуцентов и т.д.) и оценка качества окружающей среды с помощью
биоиндикаторов [ Реймерс, 1990] .

10. МАЛАЯ РЕКА
СТВОР
БОЛЬШАЯ РЕКА
ВОДОХРАНИЛИЩЕ
БОЛЬШОЕ ОЗЕРО

11. Биоиндикатор: группа особей одного вида или сообщество, по наличию,
состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде, в том числе о
присутствии и концентрации загрязнителей…
Сообщество индикаторное – сообщество, по скорости развития, структуре
и благополучию отдельных популяций микроорганизмов, грибов, растений и
животных которого можно судить об общем состоянии среды, включая ее
естественные и искусственные изменения [ Реймерс, 1990] .
Биоиндикация – это определение биологически значимых нагрузок на основе
реакций на них живых организмов и их сообществ. В полной мере это
относится ко всем видам антропогенных загрязнений [Криволуцкий и др.,
1988].

12. Биоиндикация – это совокупность методов и критериев,
предназначенных для поиска информативных компонентов
экосистем, адекватно отражающих уровень воздействия
среды, позволяющих диагностировать ранние нарушения
в наиболее чувствительных компонентах сообществ,
оценивать и прогнозировать их значения для экосистемы в
целом [Шитиков В.К.,Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д.,2005].
Информация - Диагностика - Оценка - Прогноз

16. хищники
планктофаги детритофаги
планктонные
зоофаги
планктонные
фитофаги
фитопланктон фитобентос перифитон
зообентос
подвижный
зообентос
прикрепленный
бактериипростейшиеI
II
III
IV
V
VI
I
II
III
IV
V

17. Выделяется один или несколько исследуемых факторов
среды. собираются полевые и экспериментальные данные.
некоторым образом (путем простого визуального сравнения, с
использованием системы предварительно рассчитанных
оценочных коэффициентов) делается вывод об индикаторной
значимости какого-либо вида или группы видов.
Делаются практические попытки оценить лимитирующий
уровень рассматриваемого фактора загрязнения, т.е.
выполнить так называемый "анализ биологически
значимых нагрузок" (с применением математических
методов первичной обработки данных) .
Выполняется собственно операция "индикации", когда с
использованием биоиндикаторных показателей
прогнозируются неизвестные факторы среды и
оценивается их значимость для всей экосистемы в
ближайшем и отдаленном будущем.

18. Иван Иванович Шмальгаузен
(1884-1963)
Николай Владимирович
Тимофеев-Ресовский
(1900-1981)

19. Сапробность (от греч. saprós — гнилой) –
“это комплекс физиологических свойств
данного организма, обуславливающий его
способность развиваться в воде с тем
или иным содержанием органических веществ,
с той или иной степенью загрязнения”
4 классические зоны
сапробности
были предложены
Р. Кольквитцем и М. Марссоном
[Kolkwitz, Marsson, 1902]

20. Рихард Кольквиц (1873-1956)

21. Основные признаки зон сапробности
Зона
Баланс кислорода и органического вещества Преобладающие виды гидробионтов
Олигосапроб
ная
зона
Практически чистые водоемы: цветения не бывает, содержание
кислорода и углекислоты не колеблется.
На дне мало детрита, автотрофных организмов и бентосных
животных (червей, моллюсков, личинок хирономид).
Встречаются водоросли Melosira itallica, Draparnaldia glomerata и
Draparnaldia plumosa, коловратка Notholka longispina, ветвистоусые рачки
Daphnia longispina и Bythotrephes longimanus, личинки поденок, веснянок,
рыбы стерлядь, гольян, форель.
b -мезо-
сапробная
зона
Содержание кислорода и углекислоты колеблется в
зависимости от времени суток: днем избыток кислорода,
дефицит углекислоты; ночью – наоборот.
Нет нестойких органических веществ, произошла полная
минерализация.
Ил желтый, идут окислительные процессы, много детрита.
Много организмов с автотрофным питанием, высокое биоразнообразие, но
численность и биомасса невелика.
Наблюдается цветение воды, так как сильно развит фитопланктон.
Сапрофитов - тысячи клеток в 1 мл, и резко увеличивается их количество в
период отмирания растений.
Встречаются: диатомовые водоросли Melosira varians, Diatoma, Navicula;
зеленые Cosmarium, Botrytis, Spirogira crassa, Cladophora; много
протококковых водорослей. Впервые появляется роголистник Ceratophyllum
demersum. Много корненожек, солнечников, червей, моллюсков, личинок
хирономид, появляются мшанки. Встречаются ракообразные и рыбы.
a -мезо-
сапробная
зона
Протекают окислительно –восстановительные процессы,
начинается аэробный распад органических веществ, образуется
аммиак, углекислота;
Кислорода мало, но сероводорода и метана нет.
БПК5 составляет десятки милиграмм в литре.
Железо находится в окисной и закисной формах.
Ил серого цвета и в нем содержатся организмы,
приспособленные к недостатку кислорода и высокому
содержанию углекислоты.
Преобладают растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным
питанием.
Количество сапрофитных бактерий определяется десятками и сотнями
тысяч в 1 мл.
Отдельные организмы развиваются в массе: бактериальные зооглеи,
нитчатые бактерии, грибы, из водорослей – осциллатории, стигеоклониум,
хламидомонас, эвглена.
Встречаются в массе сидячие инфузории (Carchesium), коловратки
(Brachionus), много окрашенных и бесцветных жгутиковых. В илах много
тубифицид (олигохеты) и личинок хирономид.
Полисапробн
ая
зона
Дефицит кислорода: он поступает в поверхностный слой только
за счет атмосферной аэрации и полностью расходуется на
окисление.
В воде содержится значительное количество нестойких
органических веществ и продуктов их анаэробного распада, в
основном, белкового происхождения, а также сероводород и
метан.
Процессы фотосинтеза угнетены. На дне кислорода нет, много
детрита, идут восстановительные процессы, железо
присутствует в форме FeS, ил черный с запахом H2S.
Очень много сапрофитной микрофлоры.
Хорошо развиты гетеротрофные организмы: нитчатые бактерии
(Sphaerotilus), серные бактерии (Beggiatoa, Thiothris), бактериальные
зооглеи (Zoogloea ramigera), простейшие - инфузории (Paramecium putrinum,
Vorticella putrina), бесцветные жгутиковые, олигохеты Tubifex tubifex,
водоросль Polytoma uvella.

22. Индекс сапробности по Р. Пантле и Г. Букку [Pantle, Buck, 1955; Pantle, 1956].
Было введено (предложено) условное численное значение:
– индикаторная значимость si
или
– индивидуальный индекс сапробности i-го вида.
N – число выбранных видов-индикаторов; hi – относительная численность i-го вида.
Зона сапробности для биоценоза оценивается по S так же, как si – числом от 1 до 4 с
округлением до ближайшего значения.

23. Р. Пантле и Г. Букк предложили следующие относительные градации:
1 – случайные находки, 3 – частая встречаемость, 5 – массовое развитие
В. Сладечек в своей модификации метода прибег к более дробной детализации:
1 – очень редко (< 1 %)
2 – редко (2 – 3 %)
3 – нередко (4 – 10 %)
5 – часто (10 – 20%)
7 – очень часто (20 – 40 %)
9 – массовое (40 – 100%)
развитие
Н.А. Дзюбан и С.П. Кузнецова [1981] считают, что наименьшие искажения будут,
если включать в формулу вместо относительных баллов h фактическое
количество особей.

24. Владимир Сладечек (1934-2010)
0
2
4
полисапробная зона(р)
α-мезосапробная зона
β-мезосапробная зона
олигосапробная зона (0)
ксеносапробная зона (χ)

25. Раймонд Лаурель Линдеманн (1915-1942)
… автор всего шести публикаций,
определивших трофико-динамическое
направление исследований в экологии

27. Ориентировочное сравнение некоторых бактериологических и химических показателей
с отдельными ступенями сапробности по В. Сладечеку [1967М,1969М]
Категория
вод
Степень сапробности
Индекс
сапробности
Психро-
фильные
бактерии,
в мл
Кол-во
бактерий
Концентрация, в мг/л
Специфические
вещества и
показателиБПК5 О2 H2S
Катаро-бная Катаробность < 5× 102 0 Разное 0 Остаточный хлор
Лимно-
сапробная
Ксеносапробность 0 – 0.5 103 104 1 > 8 0
Олигосапробность 0.51 – 1.5 104 5× 104 2.5 > 6 0
b -мезосапробность 1.51 – 2.5 5× 104 105 5 > 4 0
a -мезосапробность 2.51 – 3.5 25× 104 106 10 > 2 0
Полисапробность 3.51 – 4.5 2× 106 3× 107 50 > 0.5 Следы Eh< 200 mV
Эусап-
робная
Изосапробность
4.51 – 5.5 107 3× 109 400 Следы < 1
Eh от 50 mV до 200
mV
Метасапробность 5.51 – 6.5 108 1010 700 0 < 100 Eh< 50 mV
Гиперсапробность 6.51 – 7.5 109 106 2000 0 < 10 Птомаины
Ультрасапробность 7.51 – 8.5 10 0 120000 0 0
Транс-
сапробная
Антисапробность
0 0 Разное 0
Токсические
вещества
Радиосапробность
Разное Разное Разное 0
Радиоактивные
вещества
Криптосапробность Разное Разное Разное 0 Физические факторы

28. 7-и балльная оценочная система:
1 - единично, 2 - мало, 3 - от мало до средне, 4 - средне, 5 - от средне до много, 6
- много и 7 - массово.
Раздельно подсчитываются суммы баллов олиго-, b -мезо-, a -мезо- и
полисапробных видов.
Найденные суммы откладываются на вертикальной оси, причем суммы баллов
олиго- и b -мезосапробов принимаются за положительные, а a -мезо- и
полисапробов – за отрицательные величины. На горизонтальной оси
откладывается расстояние между станциями.
Графо-аналитический
метод Г. Кнеппе
[Knopp, 1954, 1955].

29. Графическое изображение “системы координат” осей и границ сапробного спектра по С. Головину [Golowin, 1968]
Зона сапробности Угол сектора Угол биссектрисы
Полисапробная зона От 0 до p /4 p /8
a -мезосапробная зона От p /4 до p /2 3/8p
b -мезосапробная зона От p /2 до 3/4p 5/8p
Олигосапробная зона От 3/4p до p 7/8p

30. Cymbella cesatii
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x o b a p i
Increase of water pollution
Abundance
Обилие вида-индикатора загрязненных вод

31. Navicula perpusilla
Cymbella cesatii
Pinnularia nobilis
Stigeoclonium tenue Euglena spathirhyncha
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x o b a p i
Increase of water pollution
Abundance
Экологическая динамика сообщества

32. Pinnularia nobilis
Stigeoclonium tenue
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x o b a p i
Increase of water pollution
Abundance
Смена индикаторных видов
при увеличении загрязнения

33. Модификация расчета индекса сапробности М. Зелинкой и П. Марваном
[Zelinka, Marvan, 1961, 1966]
Пусть к = {1,2,…,n} – множество классов сапробности, i = {1,2,…,m} – множество
индикаторных видов. Если для каждого вида определены значения коэффициентов aik
(сапробные валентности), Ji (индикаторные веса), а для произвольной
гидробиологической пробы измерены значения количества видов hi , то можно
предположить, что средневзвешенная сапробная валентность сообщества Ak,
рассчитанная как
Сапробные валентности - оценка распределения вероятности встречаемости вида
в каждой из зон сапробности (Σ =10).
Индикаторные веса Ji предлагается вычислять, ориентируясь на характер
распределения сапробных валентностей по классам. Например, индикаторный вес
J = 5 присваивается хорошим индикаторам

34. Извлечение из описка индикаторов сапробности М. Зелинка и П. Марвана
(закрашено) и пример расчета средневзвешенных сапробных валентностей

35. Петр Марван (1929)

36. Т. Ватанабе [Watanabe, 1962]
Индекс загрязненности
А – число видов, устойчивых к загрязнению,
В – безразличных
С – встречающихся только в загрязненных водах.
индекс р. Трент (и расширенный индекс р. Трент),
в отечественной литературе чаще называемый
индексом Ф. Вудивисса [Woodiwiss, 1964, Вудивисс, 1977].

37. Индексы загрязненности

38. - индексы обилия;
-индексы структуры;
-индексы сравнения.

39. индексы обилия

40. ИНДЕКСЫ
СТРУКТУРЫ

41. ИНДЕКСЫ
СТРУКТУРЫ

42. ИНДЕКСЫ СРАВНЕНИЯ

43. ИНДЕКСЫ СРАВНЕНИЯ

44. Классификация биологических проб по Ф. Вудивиссу [1964М]
Группы организмов
Присутствие или
отсутствие вида
Биотический индекс при общем количестве
присутствующих ”групп”
0 - 1 2 - 5 6 - 10 11 - 15 > 15
Чистая вода

Часто
наблюдаемая
последователь-
ность
исчезновения
организмов из
биоценозов по
мере
увеличения
степени
загрязнения

Грязная
вода
Личинки веснянок
Больше одного вида 7 8 9 10
Только один вид 6 7 8 9
Личинки поденок,
исключая Baetis
rodani
Больше одного вида 6 7 8 9
Только один вид 5 6 7 8
Личинки
ручейников и/или
Baetis rodani
Больше одного вида 5 6 7 8
Только один вид 4 4 5 6 7
Гаммарус
Все вышеназванные
виды отсутствуют
3 4 5 6 7
Азеллус
Все вышеназванные
виды отсутствуют
2 3 4 5 6
Тубифициды и/или
красные личинки
хирономид
Все вышеназванные
виды отсутствуют
1 2 3 4
Виды,
нетребовательные к
кислороду (Eristalis
tenax)
Все вышеназванные
виды отсутствуют
0 1 2

59. Фридрих Хустедт (Густедт) (1886-1968)

60. ацидобионтическая – оптимальное развитие при рН ниже 5,6;
ацидофильная (кислотная) – широкое (диффузное) распространение при рН менее 7;
циркумнейтральная (малоизменчивая) – равномерное развитие при рН около 7;
алкалифильная (щелочная) – широкое (диффузное) распространение при рН выше 7;
алкалобионтическая- оптимальное развитие только при рН выше 7;

61. Гуннар Нигаард (1903-2002)

62. кислотные единицы = 5 (ациобионтическая категория) + ацидофильная категория (%)
щелочные единицы = 5 (алкалобионтическая категория) + алкалифильная категория (%)
кислотные единицы
α =
щелочные единицы
кислотные единицы
ω =
число кислотных таксонов
щелочные единицы
δ =
число щелочных таксонов

63. Логарифм индекса Нейгарда α для совокупностей диатомей в поверхностных донных отложениях в зависимости от рН
озерных вод :
1- Дания , 2-Финляндия , 3-Норвегия 4-Горы Андирондак, США,] 5-север Новой Англии, США].

64. Ингемар Ренберг
нейтральная, % +
+ 5 (ацидофильная, %)+
+ 40 (ациобионтическая, %)
Индекс β = _________________________
квазинейтральная,%+
+3,5(алкалифильная,%)+
+108(алкалобионтическая, %)

65. Зависимость прогнозированных значений рН в озерах, рассчитанных по диатомовуму
анализу
(соотношение категорий рН) от результатов прямых измерений в 37 озерах в горах
Андирондак. Штриховые прямые ограничивают 95-% доверительный интервал .

66. Средневзвешенное индикаторных значений, равно:
xo = ( y1u1 + y2u2 + …+ ymum) / ( y1 + y2 + …+ ym)
где:
y1, y2,…ym - значения откликов в точке,
u1,u2…um - их индикаторные значения
Регрессионный анализ выражает реакцию видов в виде функции одного или более
факторов окружающей среды (в данном случае одного фактора – рН).
При калибровке рассматривается обратная задача: как выразить значение рН в
виде функциональной зависимости от характеристик видов. Такая зависимость
именуется переходной функцией или биотическим индексом.
Обратная задача (калибровка) отличается от прямой (регрессии), поскольку
статистические связи между видами и факторами среды асимметричны.
При калибровке связь между видами и объясняющей переменной (фактором среды
х) обобщается при помощи одного количественного показателя - индикаторного
значения. Исходно задается условие, что индикаторное значение является
оптимумом, т.е. значением, которое наиболее предпочитаемо совокупностью
таксонов. Значение (хо) фактора среды в точке наблюдения, вероятно, близко к
индикаторным значениям для тех видов, которые присутствуют в конкретных
местообитаниях.
Метод взвешенного осреднения дает способ нахождения средних индикаторных
значений. Располагая данными по обилию видов, можно рассчитать
средневзвешенные величины с весами, пропорциональными обилию видов (при
их отсутствии вес равен нулю).

67. Соотношение Са++ и валового отложения S в осадкх на исследованных площадях в
Соединенном Королевстве. Ацидификационный статус основан на результатах
диатомового анализа: не закрашенные кружки – не закисленные озера, закрашенные -
закисленные [].
канонический анализ соответствия
(canonical correspondence analysis – CCA).

68. Исторические тренды рН реконструированные при помощи «MAGIC model» (толстые линии) и
совокупности диатомей (тонкие линии со звездочками): (a) оз. Pаунд Лох в в Гленхэде, (b) оз.
Лохан Уэйн, (c) оз. Лох Тинкер, (d) оз.Лох Чон, (e) оз.Лох Долет и (f) оз.Лохан Дубх.

69. В книге «Кислотные выпадения: долговременные тенденции», Д.Ф.Чарльз и
С.А.Нортон задают, пока, риторические вопросы: “Каковы физиологические
механизмы, обеспечивающие сильную зависимость между распределением
диатомей и факторами, связанными с уровнем рН озерной воды?”
“Какие взаимосвязи существуют между факторами, относящимися к рН, и
параметрами трофического состояния (например, концентрации фосфора и
азота)?”
Нам остается только присоединиться к заданным вопросам. Разумеется, это
не означает, что определение рН - среды по диатомовым комплексам не
имеет информационной значимости, однако надо отдавать отчет, насколько
эта информация условна.

70. УНИФИКАЦИЯ
БИОИНДИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ
Одним из основополагающих
принципов биоиндикации является
различная численность (абсолютная и
относительная) таксонов-индикаторов
входящих в любую биоиндикационную
шкалу.
Поэтому таксоны-индикаторы
пропорционально представлены во
всех трех группах относительной
численности (доминирующие,
сопутствующие и редкие). Из этого
следует, что характер распределения
таксонов-индикаторов (по любому
параметру гидросреды) идентичен
характеру распределения всего
биотопического спектра таксонов.
Именно этот вывод лег в основу
унификации биоиндикационных
методов - расчеты необходимо
проводить на основе единых
методологических принципов.
таксоны- индикаторы рН
таксоны-индикаторы S
таксоны-индикаторы to

72. 1. при наличии данных представленных в виде численного интервала,
рассчитывалось его среднее значение.
2. при отсутствии численных значений, с указанием только
принадлежности к одной из экологических групп, расчет численного
значения для данного таксона проводился путем расчета среднего
значения для всех таксонов из той же экологической группы.
3. для ацидофилов и ацидобионтов расчет численных значений
проводился только в интервале от 0 до 7, а для алкалофилов и
алкалобионтов в интервале от 7 и выше.
4. всем индифферентным формам, не имеющим численных значений,
присваивалось значение равное 7.0.
1. при наличии данных представленных в виде численного интервала,
рассчитывалось его среднее значение.
2. всем холодноводным формам, руководствуясь литературными
источниками, был присвоен средний показатель (численное значение)
равный 10оС, а тепловодным, соответственно, 20оС.
toC
pH

73. Реконструкция и корреляция 100-летних температурных циклов

74. Реконструкция и корреляция 100-летних температурных циклов

75. 1
10
100
1 2 3 4 5
№ цикла
длина
циклов (см)
оз.Валдайское
оз.Борое
оз.Глубокое
Оценка темпов уплотнения озерных осадков
по выделенным температурным циклам

76. Реконструкция численных значений рН и их трендов в озерах
Хмелевском, Кардывач и Борое.

77. Реконструкция численных значений рН и их трендов в озерах
Глубоком и Галичском.

78. Ряды значений рН и их тренды, рассчитанные для озер Чуна-Озеро и
Сердцевидное: А – по унифицированной методике ;
В – по индексу a (Merilainen, 1967).

80. В Ы В О Д Ы
• 1. На основе реконструкции температурного режима исследованных озер для
новейшей эпохи трансформации водоемов выявлены температурные циклы
различной длительности: ~ 100 лет (для озер Борое, Валдайское, Глубокое).
Эти циклы определяются периодами изменениями солнечной активности, а
возможность их выявления зависит от скорости осадконакопления в озере.
• 2. Колебания температурного режима в озерах вызывают регулярные
изменения других параметров гидросреды, в первую очередь уровня
концентрации растворенных органических веществ, и, опосредованно,
численных значений рН.
• 3. На основе выделяемых температурных циклов возможны
межрегиональные корреляционные построения, существенно дополняющие
общие тенденции трансформации пресноводных экосистем в новейшую
эпоху.
• 4. С помощью нового методологического подхода можно достоверно
определять озера с устойчивым катионно-анионным балансом и озера
имеющие тенденции к закислению;

81. Концепция
 Диатомовый комплекс рассматривается как
биотопическая совокупность таксонов
низшего ранга.
 Их численность преимущественно
определяется набором абиотических
параметров оптимальных для распространения
и развития конкретного таксона.

82. КАРТА-СХЕМА ОТБОРА ПРОБ

83. Терминология
Малые озера : < 1 км2 = (простые экосистемы)
Средние озера : 1−4 км2 = (сложные экосистемы)
Таксоны низшего ранга :
(виды, формы, вариететы) = таксоны
По относительной численности таксоны разделяют на группы:
− доминирующие (обычно не менее 8-10 % от комплекса);
− сопутствующие (более 1-2 %);
− редкие (обычно менее 1 %).

84. 1. В комплексе определяется относительная
численность всех идентифицированных таксонов
видового и более низких рангов (при выборке не
менее 200 створок).
2. По оси X откладывается число
идентифицированных таксонов; по оси Y -
относительная численность, присущая данному
таксону в комплексе. При этом таксоны ранжируются
по изменению показателя относительной
численности в сторону его уменьшения: начиная с
самого массового таксона и кончая последними,
самыми редкими из них.
3. По относительной численности таксоны
разделены на три группы: доминирующие ( 8-10 % от
комплекса), сопутствующие (более 1-2 %) и редкие
(менее 1 %).
4. В результате, в линейной системе координат
получается график (или гистограмма) соотношения
общего числа таксонов и их относительной
численности (процентных пропорций) в сторону
убывания последней.

85. малое озеро
озеро средних
размеров
Три основные формы нециклических «отликов»
экосистемы Y на воздействующие факторы среды X
[по В.К.Шитикову, Г.С.Розенбергу и Т.Д. Зинченко, 2005 с сокращениями]
Три основных формы распределения
таксономических пропорций
в диатомовых комплексах.
малые озера
озера среднего размера

86. ЛИНЕЙНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ
ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ
ПОЛУЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ
МЕТОД ГРАФИЧЕСКОГО СОПОСТАВЛЕНИЯ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ПРОПОРЦИЙ

87. порядок таксонов
%
ВРАЩАТЕЛЬНОЕ
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ
ВЕЕРОБРАЗНОЕ
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

88. Усиление
антропогенной
нагрузки
1
10
19
28
37
46
55
64
73
82
№45
№31
№44
№33
№34
0
5
10
15
20
25
30
35
порядок таксонов
%
Типовой ряд трансформации структуры диатомовых комплексов
в малых озерах (< 1 км2 ) при увеличении негативной нагрузки.

89. 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67
№53
№40
№41
№49
№60
№36
№32
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45%
порядок таксонов
Усиление
антропогенной
нагрузки
Типовой ряд трансформации структуры диатомовых комплексов в озерах
средней размерности (1-4 км2) на начальных этапах усиления негативной нагрузки.

90. 1
10
19
28
37
46
55
64
73
82
№45
№31
№44
№33
№34
0
5
10
15
20
25
30
35%
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67
№53
№40
№41
№49
№60
№36
№32
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45%
порядок таксонов
Усиление
антропогенной
нагрузки
Совмещение рядов трансформации структуры диатомовых комплексов
в средних и малых озерах при усилении негативной нагрузки.

91. озеро средних
размеров малое озеро

92. 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 11 21 31 41 51 61 71 81
A B C
D
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 11 21 31 41 51 61 71 81
А В C
D
Композиционный характер
распределения
относительной численности
в озерах среднего размера:
«реальный вариант».
Композиционный характер
распределения
относительной численности
в озерах среднего размера:
«идеальный вариант».

93. 1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
Генерация полученная для малых озер затронутых незначительным уровнем
антропогенного воздействия («вращение» результирующих линий
вокруг единого центра).

94. 1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
Генерация полученная для озер среднего размера затронутых незначительным
уровнем антропогенного воздействия («вращение» и «разворот» результирующих
линий). Анализируется только доминирующие и сопутствующие таксоны.

95. 1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
Трансформация структуры диатомовых
комплексов в Бабинской Имандре под
воздействием подогретых вод поступающих
из сбросового канала Кольской атомной
электростанции.
Трансформация структуры диатомовых
комплексов в Бабинской Имандре под
воздействием подогретых вод
вдоль температурного градиента.

96. 0,1
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
А
0,1
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
Б
0,1
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
В
0,1
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
Г
Трансформация диатомовых комплексов в оз. Глубокое
(логарифмическая система координат).
А – в интервале 1.0−40 см; Б − в интервале 41−67 см; В − в интервалах 63−100 и 103−104 см;
Г – в интервалах 99−102 и 104−106 см.

97. 0
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
ОЗЕРО ВЕРХНЕЕ ХМЕЛЕВСКОЕ
ОЗЕРО КАРДЫВАЧ
Сравнение двух озер в логарифмической системе координат
Трансформации во времени диатомовых комплексов
из оз. Кардывач описывается единым сценарием,
который сводится к процессу вращения
результирующих линий вокруг центра. Для
экосистемы озера характерен очень высокий уровень
стабильности.
В верхней и средней части колонки
(интервалы 0-16 и 18-26 см) имеются две генерации
в которых результирующие линии расположены
параллельно (А, Б). В самом нижнем интервале
колонки (28-40 см) генерация линий формирует
центр «разворота» (В). который в дальнейшем
был утрачен. На более ранних этапах в озере
существовал доминирующий комплекс видов,
обеспечивающий трофо-метаболическую целостность
экосистемы озера (В). Утрата статуса целостной
экосистемы произошло вследствие уменьшения
глубин и обусловлено процессами естественного
осадконакопления в озере (А, Б)

98. Обобщенная модель трансформации диатомовых комплексов из озер малого
размера.
1
10
100
1 10 100
число видов
%
доминирующий комплекс
видов
сопутствующий
комплекс видов
Y = a2X + b2
Y = a1X + b1
Y
X
ТРАНСФОРМАЦИЯ

99. В общей форме две прямые можно описать следующими уравнениями:
y = a1x + b1
y = a2x + b2
Если у этих прямых есть общая точка пересечения
(в нашем случае это точка или локальная область разворота),
то для её конкретных координат (xo, yo) уравнения примут вид:
yo = a1xo + b1
yo = a2 xo + b2
Преобразуем полученные уравнения:
b1 = yo – a1 xo
b2 = yo – a2 xo
Подставим полученные для b1 и b2 значения в исходные уравнения:
y = a1x + yo – a1 xo
y = a2x + yo – a2 xo
Проведем дальнейшие преобразования:
y = a1(x - xo) + yo
y = a2(x - xo) + yo
В общей форме это можно записать следующим образом:
y = ai(x - xo) + yo
Однако, наши прямые построены в логарифмической системе координат.
Следовательно:
y = lnY
x = lnX

103. Рис.6. Трансформация перифитонных комплексов р.р. Сестра, Лутосня и Яхрома в летний
период.
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%

104. Трансформация
планктонных
комплексов

105. 0,1
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
Б
0,1
1
10
100
1 10 100порядок таксонов
%
Б
1
10
100
1 10 100
порядок таксонов
%
Увеличение глубин Обмеление
Температурное
воздействие
Высокая проточность

106. Соотношение интегрального биоиндикационного «отклика» всех таксонов (индекс видового
разнообразия) и их общей абсолютной численности (первичная продукция).(Алимов,2000)
Смещение катионно-анионного
баланса (рН).

107. Экологические модуляции
Экологический регресс
Экологический прогресс ? ?
Теория экологических
модификаций
(по В.А.Абакумову, 1992) «простые» экосистемы «сложные» экосистемы
Сценариии трансформации пресноводных экосистем

109. Распределение вероятностей численности организмов. По оси ординат отложено обратное
нормальное распределение. 1–распределение в области низких и 2–высоких значений [по
Долгоносову и др., 2006].