Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Анализ колебаний роста, биомассы и численности массовых видов рыб верхневолжских водохранилищ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Шихова, Наталья Михайловна

Введение,,,, .,,,,,,.,,,,,, ■,-,-.,,,.,.,,.,.

Глава 1 . ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. i. i. Цикличности роста рыб.

1.2. Колебания уловов рыб в водоёмах различного типа.

1.3. Динамика разнообразия сообществ рыб в водохранилищах.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА.

2.1. Характеристика района работ и объектов исследования.

2.2. Используемая методика.

Глава 3. АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ РОСТА. РЫБ.

3.1. Стохастичность роста рыб.

3.2. Оценка параметров преобладающих цикличностей роста рыб.

3.3. Оценка точности количественных показателей, используемых в экологии рыб.

Глава 4. АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ ПРОМЫСЛОВЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УЛОВОВ РЫББ ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА.

4.1. Анализ колебаний уловов основных промысловых видов рыб.

4.2. Математическое моделирование динамики численности рыб в процессе формирования водохранилищ.8В

Глава 5. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ВИДОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ СООБЩЕСТВ РЫБ ВЕРХНЕВОЛЖСКИХ ВОДОХРАНИЛИЩ.

5.1. Анализ тенденций изменения индекса Шеннона рыбной части сообщества гидробионтов верхневолжских водохранилищ.

5.2. Анализ колебаний индекса Шеннона рыбной части сообщества гидробионтов верхневолжских водохранилищ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Анализ колебаний роста, биомассы и численности массовых видов рыб верхневолжских водохранилищ"

Одна из важнейших проблем гидроэкологии - организация рациональной эксплуатации и расширенного воспроизводства ресурсов водоёма. Для решения этой проблемы необходимо выявление закономерностей динамики популяций и сообществ рыб, которые основываются, в свою очередь, на анализе их роста, динамики численности и биомассы, видового разнообразия рыбной части сообществ гидробионтов (Меншуткин, 1971; Федоров, Гильманов, 1980; Решетников, 1983; Одум, 1986; Криксунов, 1988; Дгебуадзе, 1998; Лебедев, 1998; Розенберг и др., 1999). Наибольшее распространение при анализе указанных процессов получило жесткое, детерминистское описание, подразумевающее, что изменение параметров популяции подчиняется регулярным и однозначным закономерностям, факторы, влияющие на изучаемые процессы, поддаются достаточно точному измерению или оценке, а случайные вариации параметров популяций либо отсутствуют, либо ими можно пренебречь.

Отмечается (Криксунов, 1988), что попытки выделения ведущего внешнего фактора , изменчивостью которого можно было бы объяснить вариабильность роста и урожайности отдельных генераций рыб, как правило, безуспешны. На рост рыб, численность и биомассу их популяций влияет огромное количество факторов: уровенный режим водоема, температура, химический состав воды, кормовая база, интенсивность промысла и т.д. Точный учет влияния этого комплекса факторов на процессы воспроизводства и смертности рыб часто затруднителен, что вызывает необходимость разработки стохастических моделей, учитывающих, в частности, колебания параметров популяций и сообществ рыб.

Основная цель данной работы - изучение и анализ колебаний параметров популяций рыб (в первую очередь, роста, численности и биомассы) верхневолжских водохранилищ в процессе их формирования. При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

- оценка параметров преобладающих цикличностей роста рыб и выявление их связи с некоторыми факторами среды;

- выявление статистической структуры колебаний промысловых и экспериментальных уловов рыб в Рыбинском водохранилище;

- анализ взаимосвязи колебаний роста, численности, биомассы рыб и факторов среды;

- разработка и исследование математической модели колебаний численности и биомассы рыб в процессе формирования водохранилищ;

- статистический анализ динамики разнообразия сообществ рыб верхневолжских рдохранилищ. 4

В работе впервые выявлена статистическая структура колебаний роста, промысловых и экспериментальных уловов основных промысловых видов рыб в верхневолжских водохранилищах. Предложены формулы для оценки среднеквадратических погрешностей количественных показателей, широко используемых в экологии рыб с учетом нелинейности показателей и коррелированности их аргументов.

Результаты работы являются вкладом в развитие проблемы шпуляционной динамики рыб и могут быть использованы при построении моделей водных экосистем и оценке точности их параметров.

Основные положения настоящей работы были доложены и представлены на: 2-ом Всероссийском совещании «Поведение рыб» (Борок, 1996); на 7 съезде ГБО РАН ( Казань, 1996); на конференции, посвященной 25- летию биофака ЯрГУ (Ярославль, 1996); на конференции «Биологическая продуктивность водоёмов Западной Сибири и их рациональное использование» (Новосибирск, 1997), на I конгрессе ихтиологов России (Астрахань, 1997); на 10 и 11 Всероссийских конференциях молодых ученых «Проблемы экологии^ биоразнообразия, охраны прибрежно - водных и водных экосистем» (Борок, 1997, 1999); на Всероссийском симпозиуме «Возрастная и экологическая физиология рыб» (Борок, 1998), на 7 и 9 Всероссийских конференциях молодых ученых (Сыктывкар, 1998, 2000); на 5 Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 1998); на Международной конференции « Экологические проблемы бассейнов крупных рек » (Тольятти, 1998); на III Международной конференции по устойчивому развитию (Запорожье, 1998); на региональной конференции <Биологические ресурсы, их состояние и использование в бассейне Верхней Волги» (Ярославль, 1999); на международном семинаре, посвященном памяти академика Е.М.Крепса (Апатиты, 1999); ia Всероссийской научной конференции «Развитие идей академика С.С.Шварца в современной экологии» (Екатеринбург, 1999); на международной конференции «Междисциплинарное взаимодействие при исследовании фундаментальных и прикладных проблем ноосферного >азвития:» (Борок, 2000), на международной конференции «Проблемы гидроэкологии на рубеже $еков» (Санкт-Петербург, 2000). По теме диссертации опубликовано 30 научных работ.

Пользуясь случаем, выражаю глубокую признательность своему научному руководителю l-б.н. Ю. М. Лебедеву , к.б.н. М.М. Сметанину за постоянное внимание и помощь, оказанную при !ыполнении данной работы, ведущим инженерам Т.И. Крицыной и Г.В.Фокиной за определение юзраста рыб по регистрирующим структурам, командам э/с "Академик Топчиев" и "Ареал" за |юмощь в сборе ихтиологического материала. 5

Заключение Диссертация по теме "Экология", Шихова, Наталья Михайловна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К настоящему времени накоплен обширный фактический материал об особенностях роста, динамики биомассы и численности массовых видов рыб верхневолжских водохранилищ, найден ряд отдельных закономерностей этих изменений. Выявлено, что рост, изменение численности и биомассы рыб, динамика разнообразия рыбной части сообщества в этих водоемах представляют собой сложные процессы, обусловленные действием целого комплекса факторов.

Наличие разного рода колебаний, неизбежно присутствующих в регистрациях вышеуказанных процессов, приводит к тому, что существующие жесткие, детерминистские модели часто находятся в сильном противоречии с фактическим материалом. Вместе с тем, имеется ряд черт, общих для вышеуказанных процессов, что позволяет рассмотреть их единои точки зрения при использовании аппарата стохастических процессов и теории колебаний.

Изменение параметров популяций и всего рыбного населения в водохранилищах можно рассматривать как реализации случайной функции и использовать статистический подход как наиболее адекватный исследуемым процессам. При этом подразумевается, что значение анализируемых параметров не строго детерминированы, а распределены в некоторой области.

В работе применен ряд вероятностных моделей при использовании разнообразных исходных данных. Выяснено, что изменения параметров популяций рыб в верхневолжских водохранилищах, как правило, представляют собой нестационарные процессы, причем нестационарность часто связана с изменением во времени как среднего значения, так и дисперсии.

Показано, что регистрации роста, динамики уловов, разнообразия рыбного населения имеют сложную, полиритмическую структуру. Исследование указанных изменений позволило выделить три основные составляющие: тренд, характеризующий общую тенденцию изменения, циклическую компоненту, описывающую ритмичность процесса, случайную (шумовую составляющую) и оценить их параметры.

Полученные значения параметров были использованы при построении модели колебаний биомассы и численности массовых видов рыб в процессе формирования водохранилищ. При этом анализируемые исходные регистрации рассматривались как результат суперпозиции вынужденных и собственных колебаний соответствующих параметров экосистемы. На практике не наблюдается строгого постоянства периодов.

110 амплитуд и фаз выявленных преобладающих гармоник, поэтому при моделировании динамики биомассы и численности рыб указанные характрестики трактовались как стохастические величины. Настоящую работу мы рассматриваем как начальный этап разработки единого подхода к анализу колебаний параметров экосистем водохранилищ в процессе их формирования.

В целом, учет колебаний параметров популяций и рыбной части сообществ позволил получить дополнительную информацию о закономерностях популяционной динамики верхневолжских водохранилищ, имеющих существенное значение для разработки теории и практики рыбного хозяйства и рационального природопользования.