В методических рекомендациях рассмотрены пути экологизации естественнонаучного образования в школах нового типа. Излагается методика организации полевого и лабораторного практикума по экологии в профильных классах школы-гимназии. Методические рекомендации предназначены для преподавателей биологии, учеников средних школ и всех, интересующихся проблемами экологии и метематической статистики. Кроме того, рекомендации будут полезны работникам рыборазводных прудов. Практикум содержит атлас-определитель покоящихся стадий гидробионтов, методику экологического мониторинга ForWater, методику определения сапробности водоемов, методику определения рыбопродуктивности прудов а также методики, помогающие получать дополнительную информацию о биологии видов гидробионтов. Методические рекомендации составлены Ведущим учителем, учителем Сороса, Орловым О.И., преподавателем школы-гимназии 102, в соавторстве с учеником Сороса по биологии, учащимся школы-гимназии 102 ,Галкиным А.В.
Научный редактор - доктор педагогических наук, кандидат химических наук, профессор, заслуженный учитель школы РТ, Курамшин И.Я. © ВНИК "Школа-гимназия", 1997 © Орлов О. И.

К числу неотложных требований, связанных с крайним ухудшением состояния окружающей среды, относится формирование у подрастающего поколения экологической культуры, которая включает в себя не только систему знаний о закономерностях функционирования природных систем, но и понимание необходимости сохранения природы, умения прогнозировать, предвидеть последствия вмешательства человека в природные взаимосвязи, сознательное соблюдение норм воздействия на природу.
Несмотря на то, что в настоящее время разработаны временные стандарты экологического образования, издается научная и учебно-методическая литература по экологии, проблема создания системы экологической подготовки, которая эффективно работала бы в общеобразовательных школах, остается нерешенной. Это связано со многими причинами, затрагивающими как содержание экологического образования, так и его структуру и методическое обеспечение, научно-методическую подготовку учителей и учебно-материальную базу школ и др.
Нами выделены и реализованы в практике школы следующие направления экологизации учебных дисциплин, взаимодополняющие друг друга: экологизация учебных дисциплин базисного учебного плана, создание интегративных экологических факультативов, внеклассная экологическая работа.
В предлагаемых ниже рекомендациях излагается методика организации лабораторного практикума по экологии в профильных классах школы-гимназии.
Несомненный плюс данных рекомендаций состоит в том, что они являются результатом сотворчества преподавателя биологии и его ученика. Разделы "К биологии гидробионтов Татарстана", "Методика отбора проб", "Хранение создание эталонной коллекции", "Атлас-определитель", "Методики изучения путей распространения покоящихся стадий гидробионтов", "Камеральная обработка материала", "Методика ФорВатер", Методика постановки лабораторных экспериментов", "Методика определения рыбопродуктивности прудов", "К вопросу о старении культур гидробионтов" подготовлены соро-совским учителем, ведущим учителем биологии школы-гимназии № 102 Орловым О.И.
Разделы "Сапробность", "Репрезентативность выборки", "Методы группировки данных", "Средние величины", "Показатели вариации", "Компьютерная обработка материала", "Словарь некоторых терминов и понятий" написаны учеником 11 класса (химико-биологического профиля) школы-гимназии № 102, Со-росовским учеником, победителем Второй Соросовской олимпиады школьников по биологии Галкиным А.В.
Раздел "Методика построения вариационных рядов" написан авторами совместна Все приведенные в рекомендациях лабораторные работы были успешно выполнены учениками школы-гимназии № 102.

Важное место в системе естественно-научной подготовки пренадлежит лабораторным и практическим работам. Они служат источником знаний, основой для выдвижения и проверки гипотез, средством закрепления знаний и умений, являются методом контроля усвоения знаний и сформированности умений и навыков.
Практика преподавания курса биологии в 8-11 классах свидетельствует о том, что учащиеся испытывают значительные трудности в выполнении работ исследовательского характера, для которых основными требованиями является: умение сформулировать рабочую гипотезу, выбрать удобный модельный объект, пользоваться методами полевых и лабораторных исследований, правильно математически обработать полученные результаты и в завершении оформить работу и доложить ее на конференциях, олимпиадах.
В рекомендациях описывается содержание и методики организации практических работ по экологии гидробионтов, а именно работы с их покоящимися стадиями. Покоящиеся стадии, в отличие от взрослых особей, являются более удобными объектами исследовательских работ для школьников.
Практикум представляет из себя целостную систему, не требующую обращения к дополнительной литературе. Используя методические рекомендации практикума возможно на уровне школы проводить длительный мониторинг водоемов, определять сапробность, биоразнообразие, рыбопродуктивность, находить новые виды и получать сведения об их экологии и т.д.
Авторы выражают глубокую признательность всем, оказавшим посильную помощь в создании практикума:
Ахметзяновой Н.Ш., Зелееву Р.М., Лядовой Т.Ф., Симашеву Р.М., Ефимову В.Н.

Большинство обитающих в водоемах Татарстана беспозвоночных способны образовывать покоящиеся стадии, благодаря которым водные организмы уходят от неблагоприятного воздействия факторов среды, кроме того они выполняют важную роль в расселении вида, подобно тому, как эту роль выполняют семена большинства растений. Среди пассивно перемещающихся в толще воды и по поверхности покоящихся стадий следующих гидробионтов:

• Губки.
  Губки в водоемах Татарстана представлены пресноводной губкой-бадягой. Колонии губок ведут преимущественно прикрепленный к высшей водной растительности образ жизни, заселяя пересыхающие водоемы с относительно чистой водой. Покоящиеся стадии губок - гемуллы - расселяются точно также, как и статобласты мшанок.
• Мшанки.
  Особи данной систематической группы встречаются практически во всех типах водоемов. Среди них есть виды, относящиеся к эпибентосу, т.е. населяющие поверхность дна, есть виды, колонии которых свободно плавают в толще воды (планктон), большинство же ведут прикрепленный образ жизни, чаще всего на высшей водной растительности (перифитон). Покоящиеся стадии - "статобласты"- образуются в большом количестве, иногда составляя более 70 % всех покоящихся стадий гидробионтов водоемов. В практике гидробиологии учет планктонных и эпибентосных мшанок практически не производится, чем незаслуженно принижается их роль в водоемах. Статобласты свободно переносятся по поверхности воды, а также, будучи выброшенными на берег, легко подхватываются ветром и переносятся на большие расстояния, эта их исключительная особенность позволяет мшанкам первыми заселять вновь образованный водоем. Большая индикаторная значимость мшанок, регулярно отмечающаяся в литературе по биоиндикации, по всей видимости явно преувеличина, т.к. они являются одними из немногочисленых организмов, населяющих отстойники промышленных предприятий.
• Коловратки.
  Покоящиеся стадии коловраток в эфиппиальных выбросах встречаются в массе только в водоемах, богатых органикой. В условиях школьной лаборатории определение видовой принадлежности зимовальных яиц коловраток затруднительно, поэтому в атласе-определителе описывается только характерная форма.
• Раковинные амебы.
  Заселяют в водоеме практически все экологические ниши, наиболее часто встречаются на хорошо прогреваемых мелководьях, заросших водной растительностью (форма А), а также на песчанных отмелях (форма В). Используя микроскоп МБС, легко можно различить только две наиболее часто встречаемые формы (А,В см. атлас-определитель), все остальные - трудноопределяемые ввиду небольших размеров.
• Ракушковые рачки.
  Наиболее часто в эфиппиальных выбросах встречаются стадии развития, не достигшие максимального для вида размера. При неблагоприятных условиях среды различные рачки смыкают края створки , которые склеиваются по периметру, и в этом состоянии могут пережидать неблагоприятные условия и расселяться. Кроме данной покоящейся стадии они могут образовывать и истинно покоящиеся стадии, представляющие овальное яйцо, по размеру не отличающееся от обычного яйца, но имеющие темно-коричневый цвет. Покидая выводковую камеру, яйцо покрывается студенистой оболочкой и в этом состоянии переживает неблагоприятные условия. Ракушковые рачки практически всеядны, при недостатке корма могут просто питаться грунтом, пропуская его сквозь кишечник. Встречаются практически во всех водоемах, богатых органикой, со слабым, либо отсутствующем течением. Их способность быстрого ухода от неблагоприятных воздействий и нетребовательность к корму делает их чуть ли не единственными обитателями мелких водоемов, пересыхающих в течение сезона по нескольку раз, соответственно и культивирование их в условиях школьной лаборатории не представляется трудным.
• Циклопы.
  Как и раковинные рачки, циклопы имеют два типа покоящихся стадий. Одна из них - это стадия развития, способная при неблагоприятных условиях покрываться слизью, образуя этим подобие кокона. Эта стадия способна переноситься током воды по дну водоема. Для расселения ветром предназначена другая стадия - циста. При неблагоприятных условиях в яйцевом мешке самки одно или несколько яиц интенсивно заполняется белком, что придает им темно-коричневую окраску. После смерти материнской особи все остальные яйца погибают, а цисты, покрытые тонким слоем загустевшей слизи, остаются неповрежденными, и в этом состоянии способны переносить пересыхание до 10 лет. В эфиппиальных выбросах цисты встречаются довольно редко, что говорит о большем значении в расселении именно личиночной стадии.
• Ветвистоусые ракообразные.
  Данная группа гидробионтов по количеству видов в эфиппиальных выбросах представлены наиболее широко ( 50 - 95 %). Все они имеют только одну покоющуюся стадию - эфиппиум, служащую им как для переживания неблагоприятных условий, так и для расселения.

Схема жизненного цикла ветвистоусых рачков.

Эф - эфиппиум.А1 - самка, вышедшая из эфиппиума.А2 - Аn - самки, размножающиеся партеногенезом.А2 - Аn - самки, размножающиеся партеногенезом.А - эфиппиальная самка.С - самец.

Молодь, вышедшая из эфиппиев, при наступлении благоприятных условий среды, подрастает и приступает к размножению (партеногенез). Число партеногенетических поколений может быть весьма неопределенным ( А - Аn), однако, как нами отмечено в эксперименте, чем больше число партеногенетических поколений пройдено популяцией, тем более чутко популяция реагирует на отрицательные значения факторов среды, образуя эфиппиумы даже на те колебания внешнего фактора, которые во время первоначального роста численности популяции значения не имели(старение популяции). Отрицательное значение фактора среды приводит к появлению в популяции самцов и определенного типа самок (Аэ,С), отличающиеся от обычных, продуцирующих молодь, с достоверно меньшими размерами (см. аналогично с покоящимися стадиями ракушковых рачков и циклопов). После оплодотворения самка образует на спинной стороне специальную камеру-эфиппиум, где и находятся зимовальные яйца. Таким образом предшествующий образованию эфиппиума половой процесс способствует возвращению популяции к первоначальной скорости роста. Важная роль полового размножения описывается в литературе и для многих других беспозвоночных, чьи жизненные циклы включают многочисленные этапы бесполого размножения. У простейших конъюгация возвращает культуру к первоначальной скорости роста численности. (Лемб1984) Массовое появление в планктоне эфиппиальных самок ветвистоусых рачков связано с наступлением неблагоприятных условий, однако эфиппиальные самки в пробах встречаются на протяжении всего времени существования популяции, даже тогда, когда условия для существования популяции самые благоприятные, эфиппиальные самки составляют примерно 20 из 100 половозрелых самок. Тот или иной вид после выхода молоди из эфиппиумов, занимают в водоеме свойственную им экологическую нишу. Место в экологической нише, наиболее благоприятное для размножения называется стацией, выход за пределы которой не грозит особям гибелью, но условия за пределами стации не самые благоприятные - субоптимальные. В субоптимальной зоне и происходит образование эфиппиумов.

Эф - эфиппиум.1.размножение в пределах стации.2.выход за пределы стации.3.эфиппиальные самки.4.эфиппиумы.

В течение сезона происходит многократное изменение условий существования популяции, соразмерно же изменению степени пульсирует и размер стации, что одновременно сказывается как на численности популяции, так и на количестве эфиппиев, производимых популяцией. Одним из основных условий существования популяции является наличие экологических ниш. Экологические ниши водоема можно разделить на 2 группы: В первую групппу входят "стационарные" ниши, т.е. приуроченные строго к определенному участку водоема со специфическим комплексом физикохимических и биологических особенностей. Примером стационарной экологической ниши может служить водоем после весеннего затопления лугов, заросших рогозом. Со сходом воды, т.е. оголением данного участка, исчезает и экологическая ниша, а виды гидробионтов, ее населяющие, образуют зимовальные яйца. Ко второй группе относятся "мобильные" экологические ниши, они не так сильно зависят от подвижек уровня воды. Примером мобильной экологической ниши является ниша обитания ряски (поверхность слабо проточных водоемов), на которую мало влияет уровень воды, ибо она следует вслед за ним. Большинство видов рода Simacephalus обитает в этой нише, и само по себе наличие ряски говорит об их присутствии. В условиях лаборатории микропопуляция Simacephalus vetulus существовала только за счет продуктов разложения ряски, никакой другой корм в сосуд, где находилась популяция, не вносился. Подобно видам рода Simacephalus, отдельные виды рода Ceriodaphnia также приурочены к ряске, однако их экологическая ниша - это столб воды под ряской и дном водоема до глубины 1м. Другим характерным примером мобильной экологической ниши является треугольник литорали, нижний угол которого доходит до глубины 20-30 м. Виды, населяющие стационарные экологические ниши, появляются в пробах только тогда, когда эти ниши заполняются водой, и уходят в эфиппии, когда уровень воды снижается. Виды, заселяющие мобильные экологические ниши, в большей степени зависят не от уровня воды, а от других внешних условий. Есть виды, наличие которых в пробах носит эпизодический характер. К этим относится Moina macrocopa, экологической нишей которой является отмель, не заросшая растительностью и с глинистым дном, стоячего водоема. В реках этот вид встречается в массе в затопленных водой участках поймы (май-июнь), а также в водных линзах ложа водоема, оставшихся после схода воды (октябрь-ноябрь). Как и в первом, так и во втором случае в популяции встречаются особи ( примерно 20 %), несущие эфиппии. Этот же пример показывает, что первостепенным фактором, обуславливающим существование гидробионта, является именно наличие экологической ниши, а не температуры, как удтверждают некоторые литературные источники.
Термин "зимовальные яйца" мало применим к покоящимся стадиям гидробионтов, хотя и широко используется. Покоющимся ста- диям в одинаковой степени приходится переживать как про- мораживание зимой, так и пересыхание летом. На рисунке показаны экологические ниши доминирующих видов гидробионтов р.Казанка (левая сторона рисунка) а также динамика образования их покоящихся стадий, в зависимости от уровня воды по месяцам (правая сторона рисунка).

1. Отбор проб для изучения динамики выброса на берег покоящихся стадий фильтраторов.
2. Отбор проб для изучения водоемов по методике "ForWater"
3. Отбор проб для экспериментальной работы в условиях лаборатории.
4. Отбор проб для определения количества зимовальных яиц, выбрасываемых на условную единицу береговой линии (м,км,дм) за единицу времени.(неделя, месяц, сезон).
5. Отбор проб для изучения смертности покоящихся стадий гидробионтов в зависимомти от факторов среды.

1. Полиэтиленовые пакеты объемом до 500 мл.(можно использовать заранее сшитые шелковые мешочки с завязками)
2. Этикетки из плотной бумаги ( надписи делаются карандашом, где указывается год, число, место и конкретные указания цели взятия проб)
   Пример:

   15.05.96 Озеро Дреничное Урез воды Для "ForWater"

3. Веревка, на которой узелками обозначены метры.

1. Для изучения динамики выброса покоящихся стадий гидробионтов пробы отбирают начиная с ледохода на реках и освобождения ото льда береговой линии на озерах. Для Татарстана время отбора проб - апрель месяц. С повышением уровня воды в пробах появляются не только зимовальные яйца нынешнего года, но и несомненно большей частью зимовальные яйца прошлого года, образовавшиеся тогда, когда уровень воды падал. Это учитывалось при камеральной обработке материала. Пробы отбирают в заранее намеченных местах (точках отбора проб) водоема вдоль уреза воды раз в неделю, при этом берег водоема должен быть пологим. Через каждые 3 метра в 4 точкахсобирают вручную зимовальные яйца с 10 сантиметров эфиппиального выброса в один полиэтиленовый мешок.При этом сами зимовальные яйца специально искать не надо, они чаще всего находятся в тине, ряске, на кусочках растений и соответственно этому в мешок складывается все то, что вода выбрасывает на берег. После взятия пробы в мешок вкладывается этикетка. Отбор проб продолжают до момента замерзания водоема.
2. Для изучения водоемов по методике "ForWater" нет необходимости заранее определять точку отбора пробы. Для отбора пробы заранее намечают лишь водоем, где будут взяты пробы. Пробы отбирают в период времени, когда уровень воды наивысший. Для Татарстана - это время конца мая - начало июня. В это время вода поднимает с берега все зимовальные яйца, осевшие на нем в прошлом году, а пробы получаются интегральные, т.е. в них находятся зимовальные яйца, которые образовали гидробионты за целый год. Если же по каким-то причинам пробы в данном промежутке времени не отобрали, то, тем не менее, пробу можно отобрать, но для этого необходимо определить, на какую высоту поднялась вода во время паводка. Это определить несложно, отыскав на берегу место, наиболее удаленное от воды, но со следами того, что вода поднималась именно до этого уровня (остатки растений, ряска и т.д.) Здесь пробу необходимо брать с двух точек, так как нельзя быть уверенным, что слой, находящийся на небольшом удалении от воды пренадлежит именно этому году. В лабораторных условиях легко отличить эфиппиальные выбросы между собой, по содержанию среди зимовальных яиц тех, которые только что образовались. (см.выше) Саму пробу отбирают путем произвольного сбора (вручную) части эфиппиального выброса, заполняя им полиэтиленовый пакет, куда и помещается этикетка.
3. Для экспериментальной работы в условиях лаборатории отбирают пробы вдоль уреза воды. Лучшее время для отбора проб - апрель, либо сентябрь, т.к. именно в это время можно обнаружить в эфиппиальных выбросах в большом количестве только что всплывшие зимовальные яйца. Пробу отбирают путем произвольного сбора (вручную) части эфиппиального выброса, заполняя им пакет, куда помещают этикетку. В условиях лаборатории их помещают на дно холодильника, где температура +5 градусов Цельсия.
4. Для определения количества зимовальных яиц гидробионтов, выбрасываемых на берег водоема за тот или иной промежуток времени, отбор проб производится аналогично методу отбора проб по изучению динамики выброса покоящихся стадий гидробионтов.
5. Изучая влияние факторов внешней среды на всплываемость покоящихся стадий гидробионтов отбор проб производят по-разному, в зависимости от направления работы :
   • Изучая изначальную смертность - процент мертвых среди только что всплывших покоящихся стадий.
   • Изучая смертность покоящихся стадий, пролежавших на берегу то или иное время.

Атлас-определитель покоящихся стадий
гидробионтов Татарстана.

Атлас-определитель покоящихся стадий составлен для видов, встречающихся в эфиппиальных выбросах. Наиболее часто покоящиеся стадии несут в своих покровах воздушные камеры, что позволяет им всплывать на поверхность воды. Воздушные камеры могут быть первичными, т.е. образовываться непосредственно в несущих покровах, таких как оболочка, могут быть и вторичными - накладываться дополнительным слоем на оболочки. Покоящиеся стадии имеют ряд характерных черт (отличительных характерных признаков), присущих как целым родам, так и отдельным видам.

Отличительные морфологические признаки покоящихся стадий гидробионтов:

1. Размер и форма.
   Размер и форма покоящихся стадий гидробионтов является их видовой характеристикой. Для определения размера покоящихся стадий используют окуляр-микрометр с увеличением х8, при этом объектив устанавливают на х4. 40 маленьких делений будут соответствовать длине покоящейся стадии в 1мм. Для удобства оперирования результатами подсчетов перевод в миллиметры не производится, просто каждое деление окуляра микрометра становится условной единицей измерения (у.е.). При составлении атласа-определителя, на рисунках как по оси абцисс, так и по оси ординат откладывались цифровые значения условных единиц из расчета, что 10 условных единиц на оси занимают 4 см. По этому принципу сделаны все рисунки определителя. Чтобы произвести обратный перевод в миллиметры тех или иных размеров покоящихся стадий, достаточно взять линейку и измерить на рисунке интересующий участок, после чего перевести размеры в условные единицы, а их уже в миллиметры. Например, ширина пигментного пятна Daphnia Cucullata, измеренная линейкой на рисунке, равна 0.9 см., то в условных единицах будет 9/4=2.25 у.е., для перевода в миллиметры - 2.5/40=0.0625 мм.
   В практикуме рисунки перепечатаны с машинописных листов, формат которых наиболее удобен для выполнения эскизов, размер же рисунков стал пропорционально меньшим, но условные обозначения остались неизменными - как для машинописных листов.
2. Цвет.
   Интенсивность окраски покоящихся стадий гидробионтов со временем претерпевают некоторые изменения, а именно : от практически бесцветной (в момент схода эфиппиума с особи), до интенсивной (в момент заполнения воздушных камер и всплытия эфиппиума). Если же покоящиеся стадии лежали на берегу год и более, они просто выцветают на солнце, тем и отличаются от остальных. Наиболее отличается по цвету покоящиеся стадии ветвистоусых рачков - эфиппиумы. В эфиппиуме по цвету выделяются зоны - А,Б,В,Г,Д (рис.1). цветом отличающиеся между собой по интенсивности коричневого цвета, от темно-коричневого, почти черного цвета, до светло-соломенного. Отдельные участки могут иметь матовую поверхность, другие - ровную блестящую. Пигментация эфиппиума имеет назначение только в задержке падающего света, чем обеспечивается дополнительный нагрев яйца.
   
3. Внешние покровы покоющихся стадий гидробионтов могут служить их отличительными признаками. Покровы можно разделить на несколько характерных: ячеистые, бугорчатые, гладкие, несущие выросты. Часто на поверхности одной покоящейся стадии встречаются несколько разных покровов.
   
4. Базисные зоны, точки.
   Базисные зоны (характерные участки) большей частью отличимы на эфиппиумах - покоящихся стадиях ветвистоусых рачков, поэтому их дальнейшее описание будет происходить на примере эфиппима (рис 1).

Зона А - пигментное пятно, находящееся в оболочке эфиппиума, снаружи покрывающее яйцо. У разных видов от одного до двух. Может отличаться морфологически от остальных структур.

Зона Б - пигментное пятно, под покровом которого находится воздушная камера, укутывающая изнутри зимовальное яйцо. Присутствует у большинства видов, но только у некоторых несет в себе пигмент.

Зона В - кайма, образующаяся от склеивания створок. При длительном нахождении эфиппиума на берегу обламывается. Отличается морфологически.

Зона Г - находится на задней стороне эфиппиума может отличаться от зоны Д цветом.

Зона Д - по площади занимает большую часть эфиппиума, отличается как по цвету, так и морфологически от остальных структур.

Базисные точки выделены для того, чтобы иметь возможность различать эфиппиумы разных видов при их одинаковых размерах. Например у Daphnia Pulex расстояние от А до Б, равно расстоянию от Б до Е, у других видов рода Daphnia эти расстояния не равны.

Каждый рисунок практикума сопровождается текстом, где в определенной последовательности описаны:

В тех случаях, когда вид явно отличается от остальных, отдельные пункты перечня опускаются.

Daphnia Magna

Daphnia pulex middendorfiana

Daphnia longispina

Daphnia cucullata

Ceriodaphnia laticaudata

Ceriodaphnia quadrangula

Ceriodaphnia afinis

Ceriodaphnia megallops

Moina macrocopa

Moina microphthalma

Moina

Moina rectirostris

Moina weberi

Moina

Simocephalus vetulus

Simocephalus expinosus congener

Simocephalus n.s.p

Simocephalus n.s.p

Scapholeberis aurita

Scapholeberis micronata

Bosmina

n.s.p.

Hyocryptus sordidus

Alona rectangula

Ракушковые рачки

n.s.p.

Щитень

Пресноводная губка-бадяга

Мшанки

Покоящиеся стадии коловраток

Раковидная амеба

1. Плавучая ловушка.
   Плавучая ловушка позволяет на протяжении всего сезона следить за количеством и качеством пассивно мигрирующих на поверхности воды как покоящихся стадий гидробионтов, так и обитателей поверхностной пленки воды (эпилимниона) (рис 1а). Для изготовления ловушки используют следующие детали (рис 1б)
   
   1. Две доски размерами : 1-1.5 м. длинной и 15-20 см. шириной. Служат "крыльями" ловушки.
   2. Доска 1-1.2 м. Используется как распорка между "крыльями".
   3. Две фанеры, вырезанные в форме трапеции. Крепятся к крыльям сверху и снизу.(по возможности лучше использовать дюраль).
   4. Тонкие деревянные бруски 15-20 см., которыми по периметру снаружи оббивают выходное отверстие ловушки.
   5. Капроновая веревка, необходимая для установки ловушки в стационарное положение.Крепится к крыльям ловушки и к шесту.
   6. Дюралевый шест, удерживающий ловушку на плаву, один конец которого забивается в грунт водоема, другой выступает над поверхностью воды.На мелководье можно использовать деревянный шест.
   7. Мешок, сшитый из мелкого газа, со сдерживающей горловину веревкой. Он надевается на выступающие бруски (4) и фиксируется стягиванием шнура.
   8. Бруски пенопласта, необходимые для придания улавливателю плавучести. Их размер подбирается таким образом, чтобы часть улавливателя постоянно находилась над поверхностью воды.

• газовый сачек с удлиненным конусом.
• пенопласт, обеспечивающий вертикальное положение улавливателя
• леска, соеденяющая сачек с грузом на дне
• груз
• леска, за которую ловушки извлекаются по мере необходимости.

1. Оборудование.
   • Микроскоп бинокулярного типа МБС
   • Препаровальные иглы с уплощенным и загнутым концом.
   • Специальная счетная камера.
   • Чашка Петри
2. Изготовление препаровальных игл.
   Рукояткой препаровальной иглы может служить кусочек дерева, аккуратно обточенный размером с карандаш. В один из концов рукоятки плоскогубцами на 1 см. вставляется швейная игла. На огне острие иглы обжигается, дабы придать металлу эластичность, после чего на бруске острие затачивается таким образом, чтобы оно имело вид плоско заточенного угла. Конец иглы загибается до достижения угла в 20 - 30 градусов. Для удобства работы лучше приготовить несколько препаравальных игл разной длины и диаметров.
3. Изготовление счетной камеры.
   Для изготовления счетной камеры используют предметное стекло, картон, леску #4-6, тушь. На первом этапе изготовления предметное стекло с одной стороны протирается спиртом, после чего наносится тушь. Для закрепления туши наносят слой лака. Из плотного картона, толщина которого не должна быть меньше одного миллиметра, вырезают 2 прямоугольника, длина которых чуть меньше предметного стекла.(рис ). Внутри картона вырезают прямоугольник (рис ). На кромках предметного стекла с обеих сторон точильным бруском делают множество насечек, по которым не должна скользить леска. Завершающим и самым сложным этапом работы является наматывание на предметное стекло лески. Леска наматывается таким образом, чтобы с лицевой стороны предметного стекла (где нет туши) леска была перпендикулярна боковой кромки предметного стекла (рис ), а расстояние между витками должно быть 4 мм. Предварительно наматыванию лески на предметное стекло, картон густо смазывают клеем ПВА. Обмотонное леской предметное стекло стороной, где находится тушь накладывается на смазаннный клеем картон (рис ) и сверху фиксируется грузом. Через час груз снимается, клеем ПВА по периметру смазывают прямоугольник, оставшегося картона и накладывается на предметное, но с лицевой стороны, сверху кладется груз и оставляется на один час. Внешне последовательность наклеивания картона выглядит следующим образом - рис. , конечным результатом чего является создание счетной камеры (рис. ). Микроскоп не позволяет заглянуть в углы счетной камеры, а зимовальные яйца, набившиеся в них, при подсчете могут быть не учтены. Для устранения этого нетостатка клеем ПВА заполняются прямые углы по периметру камеры. ( рис )
4. Подсчет зимовальных яиц.
   
   Подсчет зимовальных яиц гидробионтов в счетной камере производят в следующей последовательности: Из емкости, где хранятся зимовальные яйца, они вручную переносятся в счетную камеру, где пером распределяют покоящиеся стадии так, чтобы их колличество было равномерно размещено в каждом секторе камеры. Необходимо отметить, что лучше производить подсчет, несколько раз помещая в счетную камеру небольшое количество яиц, чем за один раз класть сразу большое количество, т.к. яйца и прошедший сквозь сито мусор накладываются друг на друга, что мешает подсчету. Сам подсчет ведется "змейкой", т.е. начинается с крайней левой ячейки, верхней ее части. После того, как подсчет проведен в одной ячейке, начинают подсчет с нижней части 2-й и т.д. до последней, где стрелками указано направление подсчета. Если целью подсчета является выяснение общего количествапокоящихся стадий в какой-либо единице объема, то результат в рабочую тетрадь заносится при подсчете каждых 20 - 50 шт. Пример :

   р.Казанка урез воды 04.95	Учет на общее количество в куб. дециметре	Сумма
   	20,20,20,20,20,20,20,20,20,14	194

   В случае, когда целью подсчета является выяснение количество одного какого-либо вида, подсчет лучше проводить, используя метод составления счетных квадратов. Если в процессе подсчета обнаруживается один экземпляр, в рабочей тетради ставится одна точка, два - две точки, три - три, четыре - четыре, с пятого экземпляра точки начинают соеденяться линиями и так до десяти:
   Пример:

   р.Казанка урез воды 04.95	Учет на общее количество в куб. дециметре	Сумма
   	      	66

   При заполнении одного квадрата начинают заполнять другой и т.д., а по завершению подсчета легко подсчитать количество заполненных квадратов. Наиболее часто подсчет проводится для выяснения процентного соотношения видового состава покоящихся стадий гидробионтов того или иного водоема (для методики "ForWater"). Для данной методики производят подсчет всех видов и родов покоящихся стадий гидробионтов и результаты заносятся в таблицу. Пример:

   Озеро Дреничное 2-й слой от уреза воды		Сумма	% ветвист. рачков	% губок, мшанок
   Daphnia longispina Daphnia pulex A Daphnia pulex B Daphnia cucullata Simacephalus Ceriodaphnia Moina macrocopa Moina rectirostris Statoblast Gemulla Scapholeberis mucronata Прочие виды	            ... . . . .  	42 18 25 33 8 2 1 1 34 3 2	32,3 13,85 19,23 25,4 6,13 1,6 0,8 0,8 - - +	24,85 10,65 14,8 19,52 4,73 1,18 0,6 0,6 20,12 1,77 1,18
   Общая сумма по всем колонокам		169	n=130	n=169

   
   Последовательность видов, отраженных в таблице, имеет свое обоснование. D.Longispina, D.Pulex, D.Cucullata, как правило, встречаются совместно, хотя и занимают разные экологические ниши и их количественные соотношения друг к другу бывают прямо противоположны в разных типах водоемов. Нами не отмечено домиминирования какого-либо вида из рода Simacephalus, кроме того, сходство их зимовальных яиц по форме говорит о поздней дивергенции этого рода, где экологические ниши видов перекрываются (расположены симпатрически). Аналогично видам из рода Simacephalus, эфиппиумы рода Ceriodaphnia также сходны между собой, и различаются лишь размерами, учет их производится совместно.

   Такие виды, как Moina macrocopa и Moina rectirostris редко встречаются совместно, их эфиппиумы резко отличаются друг от друга. Статобласты мшанок, как и геммулы губок, различаются между собой в основном размерами, но их количество в сравнении с латентными стадиями ветвистоусых рачков бывает столь большим, что процент некоторых ветвистоусых рачков снижается до 5-ти и меньше, поэтому в таблицу заносят данные о процентном соотношении ветвистоусых рачков друг к другу, а в колонке 5 процентные соотношения мшанок и губок к общему количеству зимовальных яиц других видов гидробионтов. Мы полагаем, что данная последовательность видов в таблицах может быть изменена, если учет покоящихся стадий гидробионтов проводится других регионах, где возможно появление в доминантах других видов. Когда необходимости подсчета покоящихся стадий гидробионтов нет, а целью работы являяется обнаружение каких-либо видов, то счетной камерой не пользуются, вместо нее на предметный столик бинокуляра помещается чашка Петри, выступающие края которой не позволяют покоящимся стадиям гидробионтов разлетаться под действием ветра. Перемещая руками чашку Петри под бинокуляром, выявляют необходимые покоящиеся стадии.

5. Установление принадлежности покоящихся стадий гидробионтов к тому или иному роду или виду. Для установления принадлежности покоящихся стадий гидробионтов к тому или иному виду есть 2 пути :
   • Выведение из покоящихся стадий организма с последующим его определением.
   • Обнаружение в водоеме легко определяемой до вида особи, несущей в себе или на себе зимовальное яйцо.
   Методика и последовательность выведения из латентных стадий активных особей будет описана ниже (см. методику проведения лабораторных экспериментов). Во втором случае, когда есть необходимость изъять из водоема особей, несущих зимовальные яйца, необходимо иметь у себя следующее оборудование - это газовый сачок для отлова гидробионтов, тару, куда будут помещены гидробионты и фиксирующая жидкость. Сачок - может быть диаметром от 10 до 40 см., в его конус может быть привязан пеницилиновый пузырек, куда и будут стекаться особи в процессе отлова, после чего из пузырька проба периливается в тару с фиксирующей жидкостью. Если же пеницилмновые пузырек не привязан, конус сачка выворачивается и погружается в фиксирующую жидкость. Тара - может быть совершенно любая, главное, чтобы она была герметична. Объем тары для экономии фиксирующей жидкости должна быть 50-100 мл., в крайнем случае 200 мл. Фиксирующая жидкость. Фиксирующую жидкостью может быть либо формалин, либо спирт. При разборе проб, где фиксирующей жидкостью является формалин, ощущается неприятный запах и жжение глаз, поэтому его лучше не использовать. Наиболее подходящий спирт - это 70% метиловый спирт (можно техничесткий). Нежелательно помещать гидробионтов в чистый спирт, т.к. они могут деформироваться, с другой стороны, если помещать гидробионтов именно в 70% спирт, то происходит разбавление спирта за счет воды из водоема и воды, которую содержат сами гидробионты. Лучшим выходом из положения является помещение гидробионтов в сосуд на 2/3 залитый чистым спиртом, а 1/3 доливают водой из водоема, содержащей гидробионтов. В лабораторных условиях часть пробы выливается в чашку Петри и исследуется под микроскопом бинокулярного типа при увиличении х2. Интересующие гидробионты - несущие зимовальные яйца - препаравальной иглой помещаются на предметное стекло. На самом предметном стекле находится капля фиксирующей жидкости. Фиксирующая жидкость для изготовления препаратов может быть разная - это зависит от целей работы и возможности приобретения самой фиксирующей жидкости. Фиксирующей жидкостью может быть и просто вода, но в таком случае работа с препаратом ограничивается несколькими часами, даже если вода постоянно доливается. Другой фиксирующей жидкостью, самой подходящей для создания постоянного препарата, является "жидкость Фора". В каплю жидкости Фора, находящейся на предметном стекле, переносится препаравальной иглой исследуемый объект и капля, вместе с находящимся в ней объектом сверху накрывается покровным стеклом. Ингридиенты, необходимые для изготовления жидкости Фора, как правило, отсутствуют в школьной лаборатории, поэтому в качестве фиксирующей жидкости можно использовать глицерин. Капля глицерина наносится на предметное стекло, в нее помещается исследуемый объект и сверху капля покрывается покровным стеклом. По периметру покровного стекла наносят клей ПВА, либо "Момент", для придания стеклу устойчивости. В оставщиеся свободными места на предметном стекле наклеивают толстый картон. На картоне с одной стороны от покровного стекла указывается место, число и месяц взятия пробы, с другой стороны пишется название зафиксированного вида. Препараты хранятся стопками, где покровные стекла одних препаратов не соприкасаются с предметными стеклами других, т.к. между предметными стеклами находится слой картона.

В практике гидробиологии достаточно хорошо разработаны методики исследования состояния водоемов и проведение длительного мониторинга. Для этих целей в водоеме с той или иной регулярностью берутся пробы планктона, затем они фиксируются, а результаты получают путем обработки проб в условиях специализированной лаборатории. Определение видового состава гидробионтов на достаточно высоком уровне производится при использовании хороших оптических приборов специалистами в области тех или иных разделов гидробиологии. В условиях же школьной лаборатории проведение подобных исследований трудно выполнимо ввиду отсутствия не только необходимого оборудования, но и сколь-нибудь подходящего определителя. Определение гидробионтов по покоящимся стадиям позволяет обходиться отечественным, простым в работе бинокуляром типа МБС-1, и не требует специальных навыков и знаний даже от школьников. Тот или иной вид гидробионта занимает в водоеме свойственную ему экологическую нишу, характеризующуюся целым комплексом физико-химических и биологических факторов. Наличие вида в водоеме как раз и говорит о том, что в водоеме эти факторы имеют место. Преобладание (доминирует более 5-ти %) в водоеме большого числа видов укажет на большое разнообразие условий в водоеме, и наоборот, доминирование 2-х - 5-ти видов будет говорить об ограниченности числа экологических ниш, следствием чего может быть вывод о небольшом количестве цепей питания. Явное доминирование на фоне других видов одного или двух означает преобладание в водоеме, даже при наличии других экологических ниш, именно тех условий, которые характерны для данных видов.

В основе методики "ForWater" (абривиатура начала английских слов FORmule of WATERsystems(формула водных систем)) заложено определение процентного соотношения покоящихся стадий гидробионтов для водоемов разного типа. Как отбирать пробы и производить первичную обработку данных детально описано в соответствующих разделах практикума. На основании полученных данных строят графики, где по оси ординат отображены проценты встречаемости тех или иных видов гидробионтов в пробе, а на оси абцисс - виды-доминанты, наиболее часто встречающиеся в водемах Татарстана, в форме условных обозначений. Присутствие вида менее одного процента обозначается знаком +. По шкале виды расположены по следующим принципам: близкородственность (L,P,Co) (S,Ce) (Mm,Mr) и схожесть экологии (St,Gm).

1. Daphnia longispina - L
   * Обитает в различных водоемах, предпочитая слабокислые и слабощелочные. Обычный компонент многих солоноватых озер, массовая форма рыбоводных прудов и водохранилищ. Эвритермичен. Встречается при заметном загрязнении. Цикличность варьирует - в литорали является "летней" моноциклической формой и заканчивает цикл в октябре-ноябре, пелагические вариететы круглогодичны с одним или двумя (поздневесенним и осенним) периодами двуполого размножения. В мелких водемах пелагичен. По таблице сапробности - 2.00.
   ** Массовая форма треугольника литорали, доходящего до ложа водоема. Популяция производит эфиппиумы на протяжении всего сезона.
2. Daphnia pulex (форма А) - P
   * Эвритопный вид, В-мезосапроб. Обычно полицикличен с двуполым разножением в осеннее время. Число партеногенетических яиц доходит до 50.
   ** Обитает в водоемах разного типа, предпочитает мелкие, хорошо прогреваемые, со слабым течением, либо отсутствующим. Типичный представитель рыбных прудов. В массе встречается в богатых органикой водоемах с благоприятными условиями для размножения одноклеточных зеленых водорослей. В случаях недостатка водорослей переходит на питание бактериальной взвесью, которая окружает находящиеся в воде либо предметы органического происхождения, такие как листья растений, либо просто держится у поверхности богатой органикой дна водоема. А-мезосапроб, индекс сапробности 2.8.
3. Daphnia pulex tatarica (форма В) - рабочее название.
   ** Типичный представитель олиготрофных водоемов и также рыбоводных прудов с низкой рыбопродуктивностью. Единично встречается в заливах рек и Куйбышевского водохранилища. Вид крупный, в 1.5 раза превышает по размеру D.pulex A. Способен питаться илистыми частичками, которые поднимает со дна путем взмучивания его поверхности.
4. Daphnia cucullata - Go
   * Обитатель пелагических озер и водохранилищ, рек с замедленным течением, иногда прудов. Моноцикличен. В некоторых водоемах, по-видимому, встречается в течение всего года.
   ** Типичный представитель непересыхающих водоемов разного типа. Присутствует при заметном загрязнении, В-О-сапроб, индекс 1.75.
5. Род Simacephalus - S
   Виды рода сходны по своей биологии. По всей видимости дивергенция видов данного рода произошла относительно недавно. Виды рода представлены в Татарстане преимущественно видом us vetulus.
   * Обитает в прибрежье озер и водохранилищ. в прудах, лужах. Эвритермичен. В мелких водоемах полицикличен, в крупных - моноцикличен, встречается в водоемах с ранней весны до поздней осени.
   ** Виды рода cephalus обитатели прибрежной части водоемов разного типа, где присутствует рогоз и ряска. Ведут полуприкрепленный образ жизни, постоянно мигрируя от одного находящегося в воде предмета к другому, способны прикрепляться к поверхностной пленке.
6. Род Cepiodaphnia - Ce
   Виды рода как и виды рода обладают сходной между собой биологией, обитая в прибрежной части водоема, в столбе воды до глубины 1 м., предпочитая водоемы со слабым, либо отсутствующим течением, с высшей водной растительностью, поверхность которой покрыта ряской. Сапробность - 1.6.
7. Scapholeberis micronata - Sc
   * Обитатели мелких стоячих водоемов, луж, прудов, торфяных болот.
   ** Обитатели поверхностной пленки медленно текущих водоемов всех типов. Встречаются постоянно в треугольнике литорали до глубины 20 см.
8. Moina macrocopa Mm
   * Населяет главным образом временные водоемы. Теплолюбивый вид. Полицикличен.
   ** Представитель водоемов любого типа. Обитает на отмелях, в водоемах, лужах, оставшихся после схода воды. Наиболее часто встречается до глубины 10 дм., питаясь бактериальной взвесью у дна. Массовая форма рыбоводных прудов. Индекс сапробности 2.75.
9. Moina restirostis - Mr
   * Обитатель самых разнообразных водоемов, встречается в сильно загрязненной и солоноватой воде. Массового развития достигает при температуре выше 18 градусов Цельсия. Полицикличен.
   ** Обитатель водоемов богатых органикой. В Татарстане встречается единично в водоеме любого типа, но в массе встречается в рыбоводных прудах.
10. Губки - Gm
    В Татарстане этот вид животных представлен пресноводной губкой-бадягой. Ведет прикрепленный образ жизни на высшей водной растительности. Иногда отмечается на каменистом дне. Встречается в водоемах любого типа, где есть высшая водная растительность.
11. Мшанки - St
    Как и губки встречаются и относятся к перифитону, однако встречаются формы, заселяющие дно водоема и свободно плавающие (американская мшанка) формы, более относящиеся к планктону. Встречаются при заметном загрязнении.

Текст, отмеченный "*" взят нами из определителя Мануйловой (1968), а текст, отмеченный "**" написан нами.

Зная процентное соотношение покоящихся стадий, выброшенных на берег, водоема, и биологию видов, к которым они пренадлежат, стало возможным охарактеризовать процессы, протекающие в водоеме, не беря пробы зоопланктона на протяжении сезона.

Прежде чем перейти к примерам описания водоемов по методике "ForWater", необходимо заметить общую зависимость водных систем Татарстана от имеющихся на территории республики двух крупных водохранилищ - Нижнекамского и Куйбышевского, а также от находящегося рядом с республикой Чебоксарского водохранилища. Годы, когда уровень вод водохранилища достаточно высокий и постоянный, повышается уровень вод и малых рек, втекающих в водохранилище, и, как следствие, наблюдается повышение уровня воды в пойменных озерах. Многие пойменные озера ( основной источник воды для малых рек) в этом случае имеют с малыми реками непосредственное сообщение. При высоком уровне водохранилищ наиболее полно реализуются имеющиеся экологические ниши водоемов, отсюда и большая скорость самоочистки, большая кормность рек (трофика). При низком уровне водохранилища, что наблюдается в последние годы, практически полностью отсутствуют экологические ниши в малых реках и водохранилищах для видов рода и многих других. Уменьшилось количество мест для нереста рыб, мест нагула личинок и молоди рыб. Неестественные быстрые подвижки уровня воды приводят к смертности покоящихся стадий в отдельном сезоне (весна 1996 года) до 95 %.

Примеры описания водоемов Татарстана по методике "ForWater":

Отбор проб производили на реке Казанке в одном и том же месте, напротив рогозового залива с различной периодичностью. Пример 1 (рис. 3,4,5)/

На рисунке 3 видно большое разнообразие видов, находящихся на старте (температура воды не способствует выходу молоди из покоящихся стадий). Представлены практически все виды, наиболее часто встречаемые в эфиппиальных выбросах. Рис 4 - видно явное доминирование родов Simacephalus и Ceriodaphnia, что говорит о бурном развитии ряски в прилегающих к реке заливах. Рис 5 - виды родов Simacephalus и Ceriodaphnia составляют 95 % - процесс заполнения водой мест, заросших рогозом, мелководий и других богатых биогенами участков поймы, завершен. Именно на этих участках и происходит нагул личинок и малька рыб. Пример 2 (рис. 6,7) Местом отбора проб служило устье реки Казанки, где пробы отбирались по нескольку раз в разное время.

На рисунках видно, что устье реки не претерпевает по качественному и количественному составу гидробионтов каких-либо существенных изменений. На графиках заметно увеличение вследствие увеличения Daphnia longspina уровня воды и заполнения треугольника литорали. Существенных изменений не происходит и в заливе реки Казанки, заросшем рогозом (рис 8,9)

В устье рек гидробионты, чьи покоящиеся стадии попадают в эфиппиальные выбросы, в основном представлены видами D. longspina и D. cuculata, а доминирование одного из этих видов над другим зависит от уровня воды. Чем уровень выше, тем лучше выражен треугольник литорали - доминирует D. longspina , уровень падает - начинает доминировать D. cuculata.

Описание водохранилищ.

На рисунках видно, что водохранилище является вполне определенной целостной системой, т.к. каких-либо существенных сдвигов в процентном соотношении покоящихся стадий гидробионтов, выбрасываемых на берег, за три года не произошло. Однако если сравнить процентное соотношении покоящихся стадий гидробионтов в устье какой-либо реки, будь то Казанка, Свияга или Меша, то обнаружим почти полное сходство. На наш взгляд водохранилище представляет из себя не самостоятельную биологическую систему, а среднее от суммы устьев рек, впадающих в него, то есть больше устье многих рек. Доказательством этого может служит сравнение процентного соотношения покоящихся стадий гидробионтов в Куйбышевском водохранилище (рис 14) и реки Меши (остров Лисий) (рис 15).

Cамо же по себе устье реки по процентному соотношению покоящихся стадий гидробионтов схоже с озером (рис 16), с этой точки зрения водохранилище можно считать большим озером.

На рисунках 17,18,19 представлены процентные соотношения гидробионтов в водоемах, находящихся в черте города и загрязненных в той или иной степени человеком.

Все три графика объеденяет присутствие D. longspina и видов рода Simacephalus, что подтверждают литературные данные о том, что D. longspina способна жить в грязной воде. Ряска же, находящаяся на поверхности этих водоемов, по всей видимости создает для видов рода Simacephalus, микросреду, которая и защищает их от гибели. С другой стороны, искусственно созданные водоемы, такие как рыборазводные пруды, отличаются от любых других биотопов большим разнообразием видов и служат своего рода микрозаповедниками для многих видов гидробионтов(рис 20)

Обычно, когда речь идет о загрязнении водоемов, рек, озер, водохранилищ биогенными элементами применяются два термина для обозначения этого явления, а именно : сапробность и трофность. Степень загрязненности водоемов биогенами изменяется от слабой до очень сильной, что соответствует переходу от олигосапробности через мезосапробность к полисапробности. Животные и растения, обитающие в водоемах разной сапробности, называют сапробами (олигосапробами, мезосапробами и полисапробами).

Главным образом биоиндикация загрязнения осуществляется путем учета видовой структуры сообщества: нахождения в нем тех или иных организмов с характерной экологией (сапробов). Основателями данного метода в гидробиологии считаются Р.Кольквитц и М.Марссон, которые в 1908г. использовали принцип учета видового состава для оценки степени загрязнения водоемов. Они судили о степени загрязнения по присутствию или отсутствию в водоемах гидробионтов с разной степенью оксифильности, т.е. чувствительности их к концентрации в воде разлагающегося органических веществ и продуктов их распада. По разработанной этими ученными шкале, получившей название "шкала Кольквитца и Марссона" или "шкала сапробности" согласно которой водоемы и делятся на олиго-, мезо- и полисапробные.

1. Полисапробные.
   Характеризуется практически полным отсутствием в воде несвязанного кислорода, большой концентрацией белков, сероводорода и диоксида углерода, восстановительным характером биохимических процессов. Внешне вода выглядит мутной и затхлой, невооруженным глазом видны крупнодисперсные куски органики. В связи с повышенной токсичностью вод, в данных типах водоемов жизнь практически отсутствует, за исключением очень небольшого числа видов из В-мезосапробов, способных некоторое время в полисапробных водах, при повышении сапробности погибающих.(Данное справедливо лишь для тех видов, которые рассматриваются нами).
2. Мезосапробные.
   Загрязнение водоема органикой выражено слабее: неразложившихся белков нет, концентрация сероводорода и диоксида углерода ниже, кислород присутствует в заметных количествах, но в воде присутствуют и слабоокисленные азотистые соеденения, по степени окисленности которых мезосапробные воды разделяются на А-мезосапрбные и В-мезосапробные. А-мезосапробные содержат аммиак, аминои амидокислоты. В-мезосапробные содержат азотистую и азотную кислоты.
3. Олигосапробные.
   Сероводород отсутствует, диоксида углерода мало, количество кислорода близко к норме.

Особо выделяется еще одна группа вод - катаробные воды, особо чистые (пересыщенные кислородом, отсутствует диоксид ушлерода и сероводород).

Через полвека после опробации методики сапробности, под нее была подведена математическая база. В 1955 году английские ученые Р.Пантле и Г.Бук разработали систему вычисления индекса сапробности. Каждой зоне сапробности и сапробам этой зоны было подоюрано особое числовое значение:

Числoвое значение сапробности гидробионта, уникальное для вида и характеризующее особенности его экологии, называется индикаторной значимостью вида и иобозначается SДопустим, если индикаторная значимость вида равна 1.2, то значит вид обитает в олигосапробной-В-мезосапробной зоне, предпочитая все-таки олигосапробные.

Количеству же гидробионтов в пробе было соотнесено свое числовое значение (обознаечается H_i )

случайные находки	1
частая встречаемость	3
массовое развитие	5

Индекс сапробности вычисляется по следующей формуле:

Исходная методика базируется на экологии гидробионтов, учитывая их количество, вычисление же сапробности по методике "ForWater" базируется на процентном соотношении зимовальных яиц. Переход от гидробионтов к их покоящимся стадиям не меняет сути методики, т.к. количество зимовальных яиц в эфиппиальных выбросах прямо пропорционально количеству гидробионтов, населявших данный водоем.

Однако данная математическая модель имеет большое количество недостатков:

1. Относительная численность определяется визуально, "на глаз" и по очень узкой шкале (от 1 до 5), что порожает большие неточности в расчетах.
2. Для эврибионтов невозможно точно вычислить индикаторную значимость вида, т.к. они могут жить практически во всех типах вод.
3. Невозможность гарантирования того, что в отобранную пробу попали представители всех видов, обитающих в данном водоеме и что представленность их в пробе такая же, как и в водоеме. Так при взятии пробы воды из пелагиали, мы не сможем судить о бентосных формах, а при взятии пробы бентоса - о пелагических. при взятии нескольких проб из разных слоев воды мы не сможем судить об относительной численности каждого конкретного гидробионта в водоеме, ведь в каждом слое воды может быть свой доминант.

1. Шкала относительной численности - проценты содержания зимовальных яиц в пробе - от 1 до 100, в отличие от традиционной от 1 до 5, что повышает точность вычисленной величины в 20 раз + неограниченная степень точности, т.к. можно использовать десятые и сотые доли процента.
2. Появляется особая величина - G - характеризующая степень разброса индикаторной значимости вида. Для полных стенобионтов она равна 5, а для эврибионтов может доходить до 1. Через нее вычислятся относительная погрешность полученного индекса сапробности.
3. При взятии проб воды с гидробионтами невозможно полностью охватить все видовое разнообразие, т.к. некоторые виды имеют очень короткую продолжительности жизненного цикла и уходят в эфиппии, прожив в водоеме некоторое время. При взятии проб эфиппиального выброса мы сразу можем судить не только о тех видах, которые сейчас живут в водоеме, но и о тех, которые жили когда-то и которые появится в водоеме лишь спустя некорое время, т.е. появляется возможность длительного мониторинга водоемов не беря пробы ежедневно, а лишь ежегодно отбирая пробы эфиппиального выброса.
4. Для точного определения принадлежности гидробионта к какому-либо виду необходим высокий уровень подготовки и профессионализма, поэтому классическую методику сапробности невозможно использовать в школьной лаборатории. А определение вида по его зимовальным яйцам довольно простое дело, т.к. многие покоящиеся стадии имеют явно выраженные признаки. В условиях школьной лаборатории, используя микроскоп бинокулярного типа и атлас-определитель, индекс сапробности вычисляется по процентному соотношению зимовальных яиц.

Как это ни странно, понятие "сапробность" широко распространено только в нашей стране, в мировой практике гидробиологии оно редко используется, так как является больше химической, нежели биологической характеристкой водоемов, хотя и определяется по гидробионтам. За рубежом в основном используют понятие трофности водоемов, понимая под этим термином насыщенность водоема биогенами. Согласно Б.Небелу (1993) различают олиготрофные, или бедные биогенами, условия, и эвтрофные, соответственно богатые биогенами, условия.

Сапробность и трофность - два термина, характеризующих нарушение экологического равновесия в водоемах вследствие обогащения их биогенами, имеют, тем не менее, разный смысл из-за различного подхода к механизму этого нарушения. Сапробность рассматривается как загрязнение водоемов вследствие разложения органики, привнесенной в водоем с промышленными и бытовыми стоками, в то время, как повышение трофности - эвтрофизация водоемов - естественный процесс обогащения водоемов биогенами, за счет выноса в водоем почвенных частиц, удобрений и естественной эвтрофизации.

Точность проведенных вычислений расчитывается по формуле

Особенностью данного метода является его высокая точность : если в классическом случае частота встречаемости определяется чисто эмпирически исходяя из следующих соображений:
5 - активно размножается
3 - массово встречается
1 - присутствует в "плюсах",
то в нашем же случае частота встречаемости расчитывается математически, на основе формул водоемов.

1. Отбираем пробу : Казанка, устье, Молодежный Центр, 9.04.95.
2. Считаем количество зимовальных яиц в пробе для разных видов.

Расчитываем частоту выборки по формуле:

получаем следующие результаты:

Расчитываем сапробность на основе таблицы сапробности:

Расчитываем сапробность водоемов по формуле, указанной в начале:

S = (2.05 * 40 + 18.3 * 2.8 + 9.66 * 0.5 + 28.6 * 1.7 + 3.31 * 2.1) / 100 = 1.93641

Трактовку результатов проводим по таблице перевода количественных характеристик в качественные:

Сапробность водоемов	Количественная характеристика
Х - сапроб	менее 1
Олигосапроб	1.0-1.5
О-В мезосапроб	1.5 - 2.0
В-мезосапроб	2.0 - 2.5
В-А мезосапроб	2.5 - 3.0
А-мезосапроб	3.0 - 3.5
А-П сапроб	3.5 - 4.0
Полисапроб	более 4

Примеры определения сапробности водоемов Татарстана по методике ForWater

Куйбышевское водохранилище:

Место взятия проб	Дата	Сапробность
1.Куйбышевское водохранилище, о-ва, стационар	08.86	2.0125 (В)
2.Куйбышевское водохранилище, о-ва.(свежий выброс)	08.86	2.025 (В)
3.Куйбышевское водохранилище	17.08.87	1.82 (О-В)
4.Куйбышевское водохранилище	17.08.87	2.5 (А-В)
5.Куйбышевское водохранилище	10.87	2.51 (А)

Река Казанка

Место взятия проб	Дата	Сапробность
1.Река Казанка (озеро)	05.05.88	1.6 (В-О)
2.Река Казанка, пляж	01.04.95	1.52 (В-О)
3.Река Казанка	01.04.95	1.7 (В)
4.Река Казанка	03.04.95	1.811 (В-О)
5.Река Казанка	22.04.95	1.51 (В-О)
6.Река Казанка, рогоз	22.04.95	1.55 (О-В)
7.Река Казанка, рогоз, дача	01.05.95	1.574 (О-В)
8.Река Казанка,пляж, мост	09.05.95	1.52 (В-O)
9.Река Казанка,пляж, Молодежный Центр	25.05.95	1.8 (О-В)

Пруды рыбохозяйства Сакуры

Место взятия проб	Дата	Сапробность
1.Пруд 1	05.87	1.85 (В-О)
2.Пруд 1	07.87	1.64 (О-В)
3.Пруд 2	11.10.86	1.55 (О-В)
4.Пруд 3	05.87	0.96 (Х-О)
5.Пруд 4		2.127 (В)

Другие водные системы:

Место взятия проб	Дата	Сапробность
1.Река Меша,водохранилище, о-в. Лисий	22.08.86	1.3 (О)
2.Озеро Дреничное	10.10.95	2.1 (В)
4.Озеро Ситьково	06.94	1.775 (О-В)
5.Дача.Озеро.	05.05.88	1.68 (О-В)

Данные, полученнные нами по сапробности, полностью совпадают с данными, полученными экспедициями КИБ АН Татарстана.

Методика построения вариационных рядов.

Методикой построения вариационных рядов широко пользуются те, чья работа связана с серией подсчетов, измерений, многократного снятия данных какого-либо параметра в ходе эксперимента, полевых исследований. Методика также находит свое применение в биологии, медицине, химии, физике и т.д.

Измеряемым параметром, который используется для построения вариационных рядов в тематике практикума является размер покоящихся стадий. Размер гидробионта является его видовой характеристикой и колеблется в определенных пределах, применительно к конкрентому региону. Максимальный размер покоящейся стадии может быть у особей, достигших наибольшего размера, т.е. чем больше размер особи, тем крупнее зимовальное яйцо. У планктонных гидробионтов наибольший размер особи достигается в благоприятных условиях, таких как: оптимальная темпиратура, наличие корма, скорости тока воды и т.д. На размер покоящейся стадии гидробионта, относящейся к перифитону, кроме вышеперечисленных факторов также влияет наличие субстрата и его качество.

Оборудование :

1. Микроскоп бинокулярного типа МБС-1, МБС-9, МБС-10.
2. Препаравальная игла.
3. Чашка Петри или счетная камера.

Ход работы:

Первым этапом работы является измерение под бинокуляром 200 экземпляров ( в школьной практике достаточно 100 ) покоящихся стадий одного вида гидробионта. Перед измерением настраивают бинокуляр, в один из тубусов вставляется обычный бинокуляр х8, в другой - бинокуляр х8 с измерительной шкалой. Поочередно каждый экземпляр покоящейся стадии фильтратора помещается под измерительную шкалу, но в центральную ее часть.

Увеличение на штативе равно х4, хотя для удобства поиска объекта в камере можно использовать и х2. Передвигая счетную камеру ( или чашку Петри ) объект устанавливается острием на отмере пересечения прямых, если объект является эфиппиумом ветвистоусых рачков. В случае, когда объектом исследования являются гемулы губок, измеряется их диаметр, если объект - статобласт мшанок, измеряются крайние точки эллипса. Измерение ведется в условных единицах, которые при необходимости можно перевести в мм, однако в практике построения вариационных рядов в этом нет необходимости, т.к. перевод в другие единицы не меняет сам график. Единицей измерения является самое меньшее деление шкалы окуляра микрометра. Результаты измерений могут быть записаны в обычной последовательности - 22,24,26,28,27,n-1,n, либо в виде столбцов цифр, что наиболее удобно для дальнейшей обработки материала. После снятия замеров с необходимого количества зимовальных яиц (выборка) среди цифр находят цифру с наименьшим числовым значением(нижний лимит) и с наибольшим значением(верхний лимит). Они обозначаются соответственно X_min и X_max

Пример: 18, 16, 17, 17, 15, 16, 17, 20, 19, ....

X_min = X₅ = 15
X_max = X₈ = 20

Следующий этап работы - определение шага вариационного ряда. Он определяется по следующей формуле :

Продолжая предыдущий пример получаем шаг вариационного ряда :

i = (20 - 15) / 10 = 0.5

Когда шаг вариационного ряда определен, приступают к составлению шкалы вариационного ряда, где отсчет ведется с самой малой величины ( нулевого класса )

Классы	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Значения	15	15.5	16	16.5	17	17.5	18	18.5	19	19.5	20

Однако если сейчас внимательно присмотреться к нашей выборке и к шкале вариационного ряда, то можно заметить, что предел измерения в выборке составляет 1.00 а у нас получился шаг меньше предела измерения. В этом случае все идет как обычно, только частоты промежеточных классов, где получается 0, берутся не из выборки, а интерполируют методом средней, т.е. берут среднее арифметическое двух соседних классов. Но не надо это путать с тем случаем, когда действительно мало выражен какой-либо класс (об этом говорит то, что шаг вариационного ряда больше предела измерения)

Следующим немаловажным этапом работы является составление рабочей таблицы, где первыми двумя профилями являются шкалы вариационного ряда, в третий профиль заносят частоты.

Пример:

Классы	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Значения	15	15.5	16	16.5	17	17.5	18	18.5	19	19.5	20
Частоты						
Сумма	1	12	23	26	41	34	22	39	8	9	10

Таблица заполняется следующим образом. По порядку в столбце измерений карандашом отмечаются цифры, а их значения заносятся в таблицу в форме точек и черточек. Например, если цифровое значение измерения - 15.1, точка ставится в классе 1, т.к. эта цифра больше 15 но меньше 15.5. Если цифровое значение измерения - 18.7, то точка ставится в класс 8, т.к. она больше 18.5, но меньше 19. Когда в каком-либо классе появляются две цифры, в нем ставятся две точки , три точки четыре точки , когда же заносится пятая величина между точками проводится одна черточка ( ), шестая - две ,седьмая три , восьмая - четыре , девятая пять , десятая величина завершает цикл.

Результат подсчета (Z) для каждого класса определяется количеством заполненных квадратов , находящихся в столбце. Завершающим этапом работы является построение графика вариационного ряда. На оси абцисс отмечаются классы , по оси ординат - цифры немногим более максимальной суммы среди сумм разных классов.

Пример N 4

Вариационным рядом называется ряд чисел, показывающий закономерность распределения единиц изучаемой совокупности по мере возрастания (или убывания) значений вариационного признака. Рабочей гипотезой любого вариационного ряда является кривая Гаусса, т.е. количество особей, несущих среднее значение признака всегда больше особей, отклоняющихся от среднего значения.

Всевозможные отклонения от кривой Гаусса могут подсказать о тех процессах, которые происходят в той или иной биологической системе , например вариационный ряд выглядит следующим образом :

Следовательно, мы имеем на графике не одну кривую Гаусса , а две. В этом случае можно сделать вывод об идущих популяции двух независимых процессов. Так как одним из изучаемых признаков является величина зимовального яйца , а согласно рабочей гипотезе особей со средним значением должно быть больше по численности , значит мы имеем дело с двумя разными видами ( именно благодаря этому методу был обнаружен новый подвид Другой пример - график смещен либо вправо (1), либо влево (2).

Данные графиков говорят о доминировании одной из размерных форм, что позволяет искать причины "выпадения" особей несущих ту или иную крайнюю форму.
Третьим вариантом является тот случай, когда на одной кривой наблюдается два пика.

Репрезентативность выборки.

Объектом изучения в биологии, как правило, является какая-либо совокупность особей (популяция). Научные наблюдения могут проводится как и над всеми членами изучаемой совокупности, так и над какой-либо ее частью. Конечно, наиболее точную информацию о биологическом объекте-популяции можно получить лишь изучая всех ее членов, но, как правило, такая степень точности избыточна, и достаточно подвергнуть наблюдениям лишь какую-то часть исходной совокупности, а затем, проанализировав результаты, обобщить их на всю совокупность (т.е. индуцировать). При этом вся совокупность, часть которой подвергается наблюдениям, называется генеральной совокупностью, а та ее часть, которая отбирается из общего количества для проведения исследований - выборочной совокупностью или выборкой. В биометрии генеральная совокупность обозначается N, а выборочная - n. Однако во многих местах данной книги Вам будет встречаться N там, где по идее должно быть n, в данных случах эти две величины считаются равноправными.

Пример:
Верхний слой эфиппиев некоего пруда содержит 1.3 е+18 эфиппиев (читается : 1.3 на десять в 18-й). Для проведения наблюдений мы отбираем 1000 штук, следовательно, генеральная совокупность N=1.3e+18, а выборка - 1000.

Следует, однако отметить, что зачастую нет возможности точно определить N, так оно либо слишком велико либо постоянно меняется, так, скажем, нельзя точно определить количество живших в течение летнего сезона в водоеме фильтраторов, поэтому N определяется как стремящееся к бесконечности. Метод анализа выборки с дальнейшим обобщением этого анализа на всю генеральную совокупность называется выборочным методом. Характеристики, полученные анализом выборочной совокупности, как правило позволяют нам довольно точно судить о всей генеральной совокупности, однако эти характеристики несколько (все зависит от объема выборки и от степени ее рандомизации (случайности или разбросанности)) отличаются от истинных характеристик объекта. Степень соответствия характеристик выборки истинным характеристикам биологического объекта (генеральной совокупности) и называется репрезентативностью выборки. Мы придерживаемся следующего ее обозначения Rp, затем в виде префикса, внизу строки, параметр, по которому расчитывается репрезентативность, и в скобочках величина выборки (n).

Пример :
В аквариуме некоторое время жил Simacephalus vetulus. К осеннему сезону общее число эфиппиев, образованное популяцией, было 2417 штук. Проанализировав 100 штук мы нашли, что их средний размер был равен

x = 20.04154369
условных единиц. Проанализировав 1112 штук
x = 20.1118124.
Затем была подсчитана средняя арифметическая для генеральной совокупности, она составляла
x = 20.10001.
Найдем репрезентативность по среднему арифметическому

при x_n< x_N
и

при x_n> x_N

Rp (n=100) = (20.04154360 / 20.100011)*100 % = 99.711 %

Rp (n=1000) = (1 - (20.111824 - 20.100011) / 20.100011) * 100 % = 99.94123 %

Аналогичным образом вычисляется репрезентативность и других характеристик. В принципе, для достаточно точной характеристики достаточно Rp=98 %. В научной работе как правило, репрезентативность не вычисляют, а лишь ссылаются на нее, говоря, что "репрезентативность выборки была достаточной" или используют ошибку репрезентативности (см. ниже).

Методы группировки данных.

Любые статистические данные очень трудно подвергаются визуальному анализу, если они представлены в хаотическом виде. Для того, чтобы данные были удобочитаемы и наглядны, применяют группировку данных. Если для группировки берутся непосредственно входные данные какого-либо эксперимента, то они называются первичными, если результаты первого эксперимента - вторичными, второго - третичными и т.д. Вторичные, третичные и другие рода данных, расположенные выше в иерархической лестнице мы будем называеть результатами.

1. Группировка первичных данных.
   
   1. Векторная группировка.
      Является разновидностью табличной группировки и применяется в тех случаях когда таблица имеет вид 2хN.

      Пример: При анализе эфиппиальных выбросов с разных точек на озере Раифском( Раифское отделение Волжско-Камского заповедника) выборка составляла 1230 штук, на острове Лисий - 1134 штуки, на острове Церковный - 1452 штуки, на берегу реки Казанки около ж/д моста - 1324. Составляем таблицу- вектор :

      Место взятия пробы	Выборка
      Озеро Раифское	1230
      Остров Лисий	1134
      Остров Церковный	1452
      Река Казанка	1324

   2. Табличная группировка.

      Наиболее часто данные объеденяют в таблицы - матрицы MxN, в которых в самом верхнем горизонтальном поле записано название колонок, а в самом первом вертикальном столбике - названия строк.

      Пример: В дополнение к первой таблице-вектору добавляем колонку о времени взятия пробы (таблица все еще остается вектором), и средней величине эфиппий.

      Место взятия пробы	Время отбора	Выборка	Средн.
      Озеро Раифское	20.05.87	1230	25.12
      Остров Лисий	12.08.87	1134	24.11
      Остров Церковный	14.08.87	1452	24.03
      Река Казанка	22.05.95	1324	20.00

2. Группировка вторичных данных (результатов).

   После группировки первичных данных и их анализа, получают, как правило, большое количество результатов ( вторичных данных ). Поэтому после проведения научной работы проводят группировку результатов. Здесь существует несколько различных методов, в зависимости от типа результатов.

   1. Построение круговых диаграмм.
      Применяется, когда полученные данные сами образуют какую-либо совокупность.
      
      а. Находится сумма результатов
      б. Определяется угловой коэффицент каждого из полученных результатов как отношение каждого из них к общей сумме и умноженный на 360.
      
      в. Чертится окружность произвольного радиуса, от центра ее проводится так называемый нулевой радиус, относительно которого отсчитывается первый угол g₀ ,а затем уже от g₀ отсчитывается g₁ и так далее.
   2. Прямоугольная диаграмма.
      Применяется в тех же случаях, что и круговая.
      
      а. Подсчитывается сумма результатов.
      б. Рисуется прямоугольник размером a x b (а - большая сторона)
      в. Расчитываются ребра прямоугольников по формуле :
      
      г. Измерение а разбивается на n отрезков (по количеству результатов) и весь прямоугольник разбивается на n прямоугольников
      
3. Построение столбчатых диаграм (гистограмм).
   Применение аналогично двум предыдущим.
   
   а. Подсчитывается сумма результатов.
   б. Расчитываются высоты прямоугольников как отношение каждого результата к общей сумме.
   
   в. Чертятся оси координат, по оси абцисс откладываются названия результатов, а по оси ординат - проценты ( от 0 до 100), в которых строятся прямоугольнички размером соответственно d_i x a.

   При использовании метода построения круговой диаграммы об отношении результатов судят по отношению прощадей секторов получившейся диаграммы или по углу шарового сектора, используя прямоугольную диаграмму анализируют отношение площадей получившихся отдельных прямоугольников к друг другу. В случае гистограммы результатаы относятся друг к другу как высоты прямоугольников.

Пример:
В результате анализа пробы реки Казанки 15.06.94 были обнаружены следующие виды :

Вид или род	Количество
Daphnia longispina	258
Daphnia cucullata	112
Daphnia pulex	218
Simacephalus	102
Ceriodaphnia	68
Moina macrocopa	11
Общая сумма	769

Находим отношение каждого результата к общей сумме:

Вид или род	Количество
Daphnia longispina	258
Daphnia cucullata	112
Daphnia pulex	218
Simacephalus	102
Ceriodaphnia	68
Moina macrocopa	11
Общая сумма	769

Вид или род		Количество
Daphnia longispina	258/769 = 33.55 %	258
Daphnia cucullata	112/769 = 14.56 %	112
Daphnia pulex	218/769 = 28.34 %	218
Simacephalus	102/769 = 13.26 %	102
Ceriodaphnia	68/769 = 8.84 %	68
Moina macrocopa	11/769 = 1.45 %	11
Общая сумма	100 %	769

Как вы уже могли заметить ранее у всех трех методов много общего, вот мы и пришли к развилке, дальше идет лишь построение по данной таблице всех видов диаграмм.

Средние величины.

1. Средняя арифметическая.

   Для сравнения различных выборок используют различного рода статистические характеристики, вычисляемые путем математического анализа. Одной из наиболее изпользуемой статистической характеристикой, использукмых в биометрии, является средняя арифметическая. Она показывает, в частности, какой средний размер имеют особи в изучаемой совокупности, что позволяет судить об условиях их местообитания, и особеностей жизни.

   По определению Гаусса. истинной среднеей , обозначаемой X служит такая величина. скмма квадратов отклонений от которой наименьшей, но на практике используют более простые формулы.

   X = (X₁+X₂+X₃+ . . . +X_i ) / N =
   

   В тех случаях, когда вы уже построили таблицу частот повторяемости того или иного признака, то можно провести расчет взвешенной средней арифметической.

   Пример:
   При анализе эфиппий со Стационара (Куйбышевское водохранилище) были получены следующие данные для Ceriodaphnia :

   17,19,21,18,19,18,18,17,19,20,21,20,20

   Вычисляем среднюю арифметическую (17+19+21+18+19+18+18+17+19+20+21+20+20)/13=19
2. Средняя квадратичная.
   

   Когда в качестве исходных величин используются квадраты неких чисел (например для площадей) используется средняя квадратическая, расчитываемая как :
   

   
   
3. Средняя гармоническая

   Используется, когда в качестве исходной совокупности используют обратные величины.

   
   
4. Средняя кубическая
   

   Используется для определения средней, когда в качестве исходных данных используются кубы чисел (при расчете среднего объема).

   
   
5. Средняя n-ой степени.
   

   Общая для всех средних, используется, когда в качестве исходной совокупности используется ряд степеней n-го порядка другой совокупности. Общая формула:

   
   

   При n = 1 получается средняя арифметическая
   n = 2 - средняя квадратичная
   n = 3 - средняя кубическая
   n = -1 - средняя гармоническая.

6. Средняя геометрическая.
   При увиличении средних размеров или численности популяции за определенный промежуток времени используется средняя средняя геометрическая - для вычисления которой существует 2 формулы:
   
   

   Пример:
   В аквариум посадили Daphnia Magna в количестве 3 штук. После этого экспоненциальный рост численности популяции продолжался согласно следующей таблице. Какая в среднем скорость прироста в день ?
   Сначала находим относительную величину прироста в день:

   Время	Кол-во	Относит. величина
   1 день	3шт.	-------
   2 день	6шт.	6/3=2
   3 день	18шт.	18/6=3
   4 день	41шт.	41/18=2.27
   5 день	114шт.	114/41=2.78
   6 день	256шт.	256/114=2.245

   X_g = 2.45 (раз)

Показатели вариации.

1. Лимиты.
   Какой бы однородной не была выборка, в ней всегда присутствуют какие-то крайние варианты - X_min и X_max, которые в биометрии и называют min max лимитами.
2. Размах вариации -
   разность между максимальной и минимальной величиной выборки. R = X_max - X_min используется при построении вариационных рядов, когда вычисляется количество необходимых классов.
   Пример: В пруду 3 рыбохозяйства Сакуры размер Daphnia Pulex (из 20 измеренных штук) составлял : 25,25,28,24,26,25,25,27,26,25,28,26,25,25,24,26,28,27,24,26 а в пруду 1 того же рыбохозяйства Сакуры : 22,26,23,28,22,25,24,26,28,24,22,23,23,26,27,28,27,26,26,27
   Для первого случая:
   X_min = 24 X_max = 28
   R = 28 - 24 = 4
   Для второго случая:
   X_min = 22 X_max = 28
   R = 28 - 22 = 6
   Значит во втором случае признак сильнее варьирует.
3. Дисперсия.
   

   Зачастую бывает так, что у на вариационном ряду явно прослеживаются два пика, и среднее арифметическое попадает в "провал" между ними. При этом могут имеються две выборки, имеющие абсолютно одинаковые лимиты, размах вариации и среднее арифметическое, но вариационные ряды которых резко отличаются : у одной может быть только один пик, на который и приходится среднее арифметическое, у другой же - два пика, и среднее арифметическое приходится на провал. Каким же образом определить насколько близко к истинному пику средняя арифметическая, не строя вариационный ряд ? Для этого вычисляют : насколько каждая из величин выборки отличается от средней, и чем больше получается полученная величина, тем сильнее рессеяние выборки. Если руководствоваться данными умозаключениями, то формула для вычисления отклонения должна была бы быть

   

   Однако полученная величина не будет точно отражать степень варьирования признака, так так при увиличении объема выборки, будет неизменно расти, поэтому разумнее было бы привязать эту величину к объему выборки таким образом, чтобы она не зависила от объема выборки. Самое простое - разделить полученную величину на объем выборки.

   

   Данная формула как раз и используется в социологии, когда анализируются данные различного рода демографические показатели, а в биометрии в основном используется в качестве знаменателя не N, а N-1, так называемое число степеней свободы вариации (впервые этот термин ввел в биометрию Фишер). Понять его довольно сложно. Допустим у нас имеется некая выборка и мы расчитываем расброс ее вариант. Первая величина этой выборки может быть любой, вторая тоже, третья... и так до последней. Последняя величина строго определена таким образом, чтобы средняя арифметическая, вычисленная по данной выборке, не изменилась.

   Пример: У нас имеется выборка : 5,10,15. Средняя арифметическая : (5+10+15)/3=10 Попытаемся составить вторую выборку имеющую другие значения вариант, но обладающую той же средней арифметической. Возьмем первое число 20, второе 40. Следующее число мы уже не можем взять просто так, так как от этого может изменится среднее арифметическое. Так как в сумме все три числа должны составлять 30 ( среднее арифметическое, умноженное на объем выборки), то последнее число будет равно 30-40-20=-30. Таким образом свободно можно выбрать только N-1 величин, где N - объем выборки. Это и есть число степеней свободы. Исходя из всего этого у нас получается следующая формула:

   

   Так как заранее неизвестно сколько классов находится левее или правее средней арифметической, т.е. сколько чисел в выборке меньше средней арифметической, а сколько больше, но точно известно, что некоторые из них меньше средней арифметической, то часть слагаемых будет отрицательными и величина отклонения будет неправильной. Поэтому суммируют не разности между каждой отдельной вариантой и средней арифметической, а их квадраты, которые всегда положительные. Получилась формула :

   

   Данная величина называется в биометрии средним квадратом отклонений, или дисперсией, или вариансой. Дисперсия выборки обозначается S_X2, O_X2 - дисперсия генеральной совокупности.

4. Среденквадратичное отклонение.

   Т.к. в результате вычисления дисперсии получилась величина, представляющая собой некие квадраты, данные величины можно сравнивать только между собой, но нельзя судить об отношении дисперсии к средней арифметической. Поэтому из полученной диспервии извлекают квадратные корень, чтобы размерность полученной величины совпала с размерностью средней арифметической.

   
5. Коэфицент вариации.

   Степень варьирования признака очень зависит от средней арифметической. Допустим среднеквадратичное отклонение S_X= 5.0255 при средней арифметической равной X = 7. Должно насторожить, так как очень большой размах вариации, а при среднем арифметическом X = 40 это не так сильно выражено, так как сама по себе средняя арифметическая представляет собой большое число. Поэтому наряду с средним арифметическим вычисляют и коэфицент вариации, который представляет собой процентное соотношение среднеквадратичного отклонения к средней арифметической.

   V=	SX	* 100 %
   	--------
   	X

   В первом случае коэфицент вариации будет равен 5.0255/7*100=71.792857143 , а во втором случае - 5.0255/40*100=12.56375%. Как видно, во втором случае признак менее варьирует.

Методика определения рыбопродуктивности прудов.

Ветвистоусые рачки рода Daphnia в рыбоводных прудах представлены четыремя видами: D. pulex tatarica, D pulex pulex, D longspina,, D cuculata. (на рисунках изображены их покоящиеся стадии - эфиппиумы). Каждый из перечисленных видов обитает в свойственных для него условиях трофности (кормности) водоема. Населяющие водоем гидробионты на протяжении всего сезона образуют покоящиеся стадии, которые остаются на берегу после схода воды. По покоящимся стадиям можно определить: какие гидробионты населяли водоем и, как следствие - условия трофности. На практике установлено, что процентное соотношение двух видов: D.pulex pulex и D pulex tatarica является показателем трофности водоема.

D. pulex pulex (а) - населяют мезотрофные (кормные) водоемы,
D. pulex tatarice (б)-населяет олиготрофные водоемы(малокормные).
а/б = 3/1 - кормность хорошая,
а/б = 1/1 - кормность средняя,
а/б = 1/3 - кормность низкая.
(3/1,1/1,1/3 - показатели трофности (кормности))

Для расчета показателя трофности необходимо проделать следующее:

1. Сбор эфиппиумов.

   Осуществляется путем сбора с берега (лучше с угла водоема) покоящихся стадий гидробионтов в полиэтиленовые пакеты (собирается выброшенный на берег шлак - остатки растений, ряска и т.д.) В условиях лаборатории содержимое пакетов сушится, после чего просеивается сквозь сито с размером ячеи 2.5 мм. Прошедшие сквозь ее покоящиеся стадии складываются в любую тару и хранятся.

2. Камеральная обработка материала.

   Часть собранных покоящихся стадий выкладывается на предметное стекло и просматривается под микроскопом МБС-1, при этом количество встреченных эфиппиумов "а" и "б" отмечается в следующей таблице (пример). Для достоверности результатов достаточно обнаружить 300 штук "а" и "б" в сумме. При должном навыке эфиппиумы сразу помещаются под стекло и подсчитываются (экспресс-метод).

D.pulex pulex а	D.pulex tatarica б	а/б
223	77	223/77 = 3/1

В случае регистрации в водоеме низкой трофности проводят обычные мероприятия, такие как:

• внесение органики (навоз,солома)
• внесение минеральных удобрений.

Настоящая методика составлена по результатам 3-х летней работы в р/х Сакуры Лаишевского района Республики Татарстан

Орлов О.И.
Ахметзянова Н.Ш.
Богаткин Ю.Н.

Автор рисунков Ефимов В.С.

К вопросу о старении культур гидробионтов (Cladocera)
(Из доклада на научной конференции (1986) КИБ КФАН СССР
Орлов О.И. Ахметзянова Н.Ш. )

При благоприятных условиях существования ветвистоусые рачки размножаются путем амейотического партеногенеза. Сведения о возможном количестве партеногенетических поколений Cladocera - противоречивы. М.Майр (1974) отмечает, что в результате амейотического партеногенеза происходит накопление рецессивных мутаций и возможны различные хромосомные нарушения. Старение культуры Simacephalus показано в эксперименте А.Исаковичем (1905), однако A.M.Banta(1939) проследил у Moina 1600 партеногенетических поколений. С целью изучения последствий длительного культивирования Cladocera (Daphnia pulex), прошедших более 12 партеногенетичских поколений, нами был поставлен лабораторный эксперимент, где фиксировалась смертность и плодовитость особей. Контролем служила культура, выведенная из латентных стадий, набранных в том же водоеме через 7 месяцев. Результаты эксперимента показали, что плодовитость контрольной группы достоверно выше опытной (Р<0.001), и составляла 8.29 +/- 0.3 молоди на самку в сутки, а в опыте 5.6 +/- 0.3. Величина смертности молоди в опытной культуре была в два раза выше, чем в контрольной (Р<0.001). Общая скорость накопления биомассы опытной культуры была ниже контрольной. Аналогичную картину старения культуры мы наблюдаем применительно к простейшим (Лемб.1984,Набашов.1914), где половое размножение - "конъюгация" - рассматривается как процесс, возвращающий культуру к первоначальной скорости роста. На основании данных эксперимента, мы предлагаем для промышленного разведения Cladocera в нуждах рыбоводства использовать метод постоянного подсева в маточные емкости рачков, вышедших из зимовальных яиц, являющихся результатом полового размножения.

Список литературы.

справки по e-mail -