Анализ гидробиологического материала. Обработка первичных данных
Водный эколог изучает водоём в двух направлениях:
· качественный состав гидрофауны (Кто населяет водоём?);
· количественный состав гидрофауны (Сколько организмов обитает в том или ином водоёме? Какую массу органического вещества они создают?).
На первом этапе исследования проводится сбор и определение гидробиологического материала. Затем исследователь заполняет карточку обработки проб, в которой указываются таксономический состав животных, их численность в пробе, масса. Численность животных в пробе определяется путём прямого подсчёта. Данные о массе животных могут быть получены следующими способами:
· взвешиванием организмов на весах;
· по таблицам стандартных весов в зависимости от размера животного;
· рассчетом по формулам зависимости массы отдельных животных от их длины.
Для перевода количественных данных пробы на единицу площади определяются коэффициенты численности и биомассы: 
, 
, где 10000 – площадь дна в 1 м2, выраженная в см2, Sпробы – площадь пробы (см2), 1000 – коэффициент перевода миллиграммов в граммы.
Рассмотрим конкретный пример. Для сбора проб зообентоса используется дночерпатель Экмана–Берджа с площадью захвата 10х10 см или 100 см2. Если для одной пробы поднимается один дночерпатель, то коэффициенты перевода численности и биомассы донных животных в пробе на метр квадратный составляют соответственно:
, 
.
При сборе проб скребком площадь пробы рассчитывается как длина ножа скребка, умноженная на длину протяга скребка. Если длина ножа скребка 20 см и длина протяга – 20 см, то Sпробы =20*20=400 см2.
Тогда коэффициенты перевода численности и биомассы составят: 
, 
.
Практическая работа Вторичный анализ гидробиологического материала. Подсчет средних арифметических численности и биомассы зообентоса в пруду с учетом площадей биотопов
Донные сообщества пруда, формирующиеся на разных биотопах, как это видно на рисунке 1, занимают разные площади.
|
| Рисунок 1 – Картирование биотопов на схеме водоема |
Точками показаны песчаные грунты (открытые мелководья), веточками – заросли макрофитов (зарослевые мелководья), незакрашенное пространство – илистые грунты (глубоководная зона пруда). Представим полученные данные в виде таблицы (см. таб. 1).
| Таблица 1 | ||||||||
| Средние численность (N, экз./м2) и биомасса (B, г/м2) донных сообществ пруда и относительная площадь (S, м2) занимаемых ими биотопов | ||||||||
| Донное сообщество | N | B | Биотоп | S | ||||
| Пелофильное | 34,06 | Глубоководная зона | 70% или 0,7 | |||||
| Псаммопелофильное | 7,94 | Открытые мелководья | 10% или 0,1 | |||||
| Фитофильное | 6,89 | Заросшие мелководья | 20% или 0,2 | |||||
Рассчитаем среднюю взвешенную величину численности: 
экз./м2, и биомассы зообентоса пруда: 
г/м2.
Задание для самостоятельной работы. Сравните результаты расчета средней арифметической и средней взвешенной величин численности и биомассы бентофауны пруда. Сделайте выводы.
Практическая работа Вторичный анализ гидробиологического материала. Определение ошибки средней для численности и биомассы зообентоса пруда
Используя величины средних арифметических и стандартных отклонений рассчитаем ошибки средней для численности и биомассы зообентоса. Вместе вычислим ошибку средней арифметической для численности и биомассы зообентоса глубоководной части пруда и численности зообентоса открытых мелководий. Они составят соответственно: 
экз./м2, 
г/м2, 
экз./м2.
Вывод: численность зообентоса глубоководной зоны пруда определена более точно, чем та же величина для открытого мелководья.
Задание для самостоятельной работы. Сделайте аналогичные расчеты ошибки средней для численности и биомассы открытых и зарослевых мелководий пруда.
Практическая работа №5 “Вторичный анализ гидробиологического материала. Определение величины генеральных средних для численности и биомассы зообентоса пруда.”
Определим величины генеральных средних для численности и биомассы зообентоса глубоководной части пруда и численности зообентоса открытых мелководий. В биологических исследованиях зачастую достаточно вероятности 95% или 0,95. По таблице стандартных значений критерия Стьюдента находим, что при n =5 (количество степеней свободы ν = n - 1 = 5 - 1 = 4), tst=2,8. 
экз./м2,
г/м2,
экз./м2.
В результате вторичного анализа получается некоторый массив данных, характеризующих разные биоценозы, который удобно представить в виде следующих таблиц:
| Таблица 2 | ||||||
| Показатели варьирования, ошибки, доверительные вероятности средних величин и генеральные средние численности (экз./м2) биоценозов пруда | ||||||
| Донное сообщество | M | σ | CV | m | ± tm (95%) | 
|
| Пелофильное | 2017,43 | 30,3 | 1008,72 | 9478 3830 | ||
| Псаммопелофильное | 6090,79 | 101,1 | 3045,40 | 14549 0 | ||
| Фитофильное | 202,81 | 9,6 | 101,40 | 2388 1820 |
| Таблица 3 | ||||||
| Показатели варьирования, ошибки, доверительные вероятности средних величини генеральные средние биомассы (г/м2) биоценозов пруда | ||||||
| Донное сообщество | M | σ | CV | m | ± tm (95%) |
|
| Пелофильное | 34,04 | 7,80 | 22,9 | 3,90 | 10,92 | 44,98 23,14 |
| Псаммопелофильное | 7,94 | 9,16 | 115,4 | 4,58 | 12,83 | 20,77 0 |
| Фитофильное | 6,89 | 0,25 | 3,6 | 0,12 | 0,34 | 7,23 6,55 |
Выводы. С вероятностью 95% генеральная средняя биомассы зообентоса в глубоководной части пруда будет находиться в пределах от 23,14 до 44,98 г/м2. Генеральная средняя численность зообентоса в глубоководной части с вероятностью 95% составит от 3830 до 9478 экз./м2, на открытых мелководьях - от 0 до 14549 экз./м2. Вспомним, что 
, отсюда величину ошибки можно существенно снизить, если увеличить объём исследований - брать больше проб или чаще собирать материал.
Практическая работа Вторичный анализ гидробиологического материала. Определение ошибки репрезентативности разности средних арифметических численности и биомассы разных биоценозов пруда
Определим, различаются ли средние арифметические величины численности и биомассы зообентоса на разных биотопах исследованного пруда. Мы выяснили, что средние арифметические численности зообентоса глубоководной части и открытых мелководий достаточно близки, но значительно различаются степенью варьирования. Разность между этими средними будет равна d = 6654 - 6022 = 632. Ошибка репрезентативности первой средней арифметической (определяется по формуле ) m1 = 1008,72. Ошибка репрезентативности второй средней арифметической m2 = 3045,40. Отсюда md равно: 
.
Рассчитаем достоверность разности: 
. Определим количество степеней свободы: ν = n1 + n2 - 2 = 5 + 5 - 2 = 8, и по таблице найдём соответствующее стандартное значение критерия Стьюдента для вероятности 95%. Сравним полученное значение t и tst: 0,2 < 2,3.
Выводы: С вероятностью 95% сравниваемые параметры не различаются. Другими словами, численность зообентоса глубоководной части пруда и открытых мелководий относятся к одной генеральной совокупности и различия между ними недостоверны.