Разумовский Л.В.

Lev V. Razumovskiy

Институт водных проблем РАН (Москва, Россия)

УДК 574.5+561.26

Описывается метод графического анализа, разработанный для пресноводных экосистем. Описаны три сценария их трансформации. Установлены параметры структурообразующих групп гидробионтов, которые определяют их устойчивость. По аналогичной методике проанализированы трансформации, зафиксированные в природных или природно-техногенных системах. Общность сценариев позволяет отнести все рассмотренные системы к системам четвертого уровня сложности.

Ключевые слова: графический анализ; диатомовые комплексы; пресноводные системы.

Первоначально метод графического анализа (МГА) был разработан при пространственном анализе донных комплексов диатомовых водорослей из современных озерных осадков. Автором были исследованы более 120 озер из различных регионов Европейской части России (Разумовский, 1997; Разумовский, Моисеенко, 2009; Разумовский, 2012). Анализ трансформации структуры диатомовых комплексов во времени был изучен по колонкам донных отложений из 15 озер, расположенных в различных ландшафтно-климатических областях (Разумовский, 2012). При применении разработанной методики анализа, озера были разделены по двум категориям размерности: с площадью водного зеркала менее 1 км² (малые) и с площадью водного зеркала от 1 до 4 км² (средние).

Методологической основой МГА является ранжирование относительной численности идентифицированных таксонов. По относительной численности таксоны разделяют на группы: доминирующие (обычно не менее 8–10% от комплекса), сопутствующие (более 1–2%) и редкие (обычно менее 1%). В результате, в линейной системе координат строится исходный график или гистограмма.

Анализ полученных графиков (гистограмм) проводится в линейной и логарифмической системе координат. В логарифмической системе координат анализируются не сами графики, а их тренды, представленные результирующими прямыми линиями. Эти линии образуют генерации определенных очертаний.

В линейной системе координат были выделены два типа графиков естественной, ненарушенной структуры таксономических пропорций в диатомовых комплексах.

Один из них своим очертаниям близок к экспоненциальной зависимости и характерен для малых озер. Для озер среднего размера форма полученных графиков имеет определенное подобие с логистической зависимостью (Шитиков и др., 2005).

Оба типа графиков отражают, в той или иной степени, исходные, прижизненные таксономические пропорции в диатомовых комплексах. Они соответствуют двум из трех основных нециклических форм зависимостей, которые возникают в экосистемах при их ответных реакциях на внешнее воздействие.

При анализе в логарифмической системе координат были выделены три основных сценария пространственно-временной трансформации таксономических пропорций.

Для озер малого размера характерен первый из выявленных сценариев трансформации диатомовых комплексов. При усилении внешнего негативного воздействия происходит «вращение» результирующих линий вокруг некой точки или локальной области. Этот процесс происходит до определенного предела, после чего результирующие линии перемещаются из области гипотетического «вращения», что соответствует стадии деградации экосистемы озера.

В логарифмической системе координат была получена зависимость между значениями Х (порядком каждого таксона) и Y (его относительной численностью) через два коэффициента: Y = kX^a. Первый из них, a определяется линейным параметром: расстоянием до источника генерации негативного воздействия. Зависимость имеет степенной характер, т.к. при продвижении к источнику генерации сила негативного воздействия будет расти нелинейно. Второй коэффициент – k имеет композиционную структуру. Его линейный компонент содержит численные значения X_o и Y_o, которые соответствуют координатам точки «вращения» результирующих линий в логарифмической системе координат. В обобщенном понимании, это необходимое число доминирующих таксонов (X_o) и допустимый нижний порог их относительной численности (Y_o), который может обеспечить трофо-метаболическую целостность малого озера.

Для озер среднего размера характерен второй из выделенных сценариев трансформации, который на начальном этапе выражен в форме веерообразного «разворота» вокруг некой общей области. В этом случае, трофо-метаболическая целостность озер среднего размера поддерживается не только доминирующим комплексом, но и группой сопутствующих видов. При увеличении негативного воздействия происходит фазовый переход, и дальнейшая трансформация происходит по сценарию, характерному для озера малой размерности.

Существует третья модель (сценарий) трансформации, которую нельзя свести к двум первым – параллельное расположение результирующих линий. В этих случаях речь не идет о внешних факторах воздействия — меняются свойства самой среды обитания: t^oC, pH, глубина водоема (Разумовский, Моисеенко, 2009).

Основным результатом многолетних исследований было наглядное подтверждение фазовых переходов экосистем из одного состояния в другое при внешнем воздействии и их достоверное разделение на «простые» и «сложные» по числу видов в структурообразующих группах, которые поддерживают трофо-метаболическую целостность экосистемы.

Закономерности трансформации, которые были выявлены для диатомовых комплексов из озер, имеют аналоги, которые наблюдаются в речных экосистемах России (Разумовский, 2004).

Сходные закономерности были отмечены для других структурообразующих групп из пресноводных экосистем (бактериопланктон, фитопланктон и др.) (Долгоносов и др., 2006; Разумовский, Разумовский, 2017; Разумовский и др., 2018).

Перспективность разработанного метода графического анализа и возможность его междисциплинарного применения была наглядно продемонстрирована при изучении совершенно иных «сложных» систем. Если до этого анализировались «живые» системы, то в нижеописанном случае система была «сложная», но «неживая».

При этом все исходные «правила игры» необходимые для графического анализа были соблюдены: источник воздействия, сама система, правильный выбор параметров трансформации системы в результате воздействия на нее.

Первопричиной исследований стали динамические воздействия работающих гидросооружений Жигулевской ГЭС на акваторию водохранилища, береговую линию, грунты обрамляющих территорий и расположенные там строительные объекты (Разумовский, Шумакова, 2014).

Сходные сценарные трансформации выявлены при оценке долговременных изменений минимального зимнего стока в малых реках бассейна реки Волги (Болгов, Филиппова, 2006).

В любом случае, необходимо отдавать отчет, что те или иные принципы графического построения – это только методологические приемы, преследующие одну цель – наглядно продемонстрировать процессы трансформации, происходящие в системе.

Несомненно, информативность проведенного анализа определяется тем, что все проанализированные «неживые» системы относятся к системам четвертого уровня сложности (Боулдинг, 1969). Иначе говоря, к системам, которые в силу своей многокомпонентности и сложности в значительной степени имитируют «отклик» на внешнее воздействие характерный для экосистем и для сложных самоорганизующихся систем любой природы в целом.

Работа выполнена в рамках Госзадания ИВП РАН тема № 0147-2019--0004, п. 4.2. и при поддержке гранта РФФИ №17-05-00673/19.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1. Болгов М.В., Филиппова И.А. Пороговые стохастические модели минимального стока // Метеорология и гидрология. 2006. №3. С. 88–94.
2. Боулдинг К. Общая теория систем – скелет науки // Садовский В.Н., Юдин Э.Г. (ред.). Исследования по общей теории систем: сборник переводов. – М.: Прогресс, 1969. – С. 106–124.
3. Долгоносов Б.М., Корчагин К.А., Мессинева Е.М. Модель флуктуации бактериологических показателей качества речной воды // Водные ресурсы. 2006. Т.33, №6. С. 686–700.
4. Разумовский Л.В. Биоиндикация уровня антропогенной нагрузки на тундровые и лесотундровые ландшафты по диатомовым комплексам озер Кольского полуострова. – М.: ИРЦ Газпром, 1997. – 92 с.
5. Разумовский Л.В. Оценка качества вод на основе анализа структуры диатомовых комплексов // Водные ресурсы. 2004. Т.31, №6. С. 742–750.
6. Разумовский Л.В. Оценка трансформации озерных экосистем методом диатомового анализа. – М.: ГЕОС, 2012. – 199 с.
7. Разумовский Л.В., Моисеенко Т.И. Оценка пространственно-временных трансформаций озерных экосистем методом диатомового анализа // Доклады Академии наук. Общая биология. 2009. Т.429, №3. С. 274–277.
8. Разумовский Л.В., Разумовский В.Л. Применение графического анализа таксономических пропорций при изучении фитопланктона реки Москва // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т.19, №5. С. 185–191.
9. Разумовский Л.В., Щеголькова Н.М., Разумовский В.Л. Перспективы применения метода графического анализа таксономических пропорций при изучении фитопланктона реки Москва // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2018. Т. XXIX, №1. С. 5–18.
10. Разумовский Л.В., Шумакова Е.М. Метод графического анализа возможных трансформаций территориальных биофонических систем природного и антропогенного генезиса // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т.16, №5(5). С. 1561–1570.
11. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы, критерии, решения. Кн. 1. – М.: Наука, 2005. – 281 с.

Статья поступила в редакцию 1.06.2019
Статья принята к публикации 21.07.2019

Об авторе

Разумовский Лев Владимирович – Lev V. Razumovskiy

доктор географических наук
ведущий научный сотрудник, Институт водных проблем РАН, Москва, Россия (Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia)

lazy-lion@mail.ru

Корреспондентский адрес: 119333, Россия, г. Москва, ул. Губкина, 3; тел. 8-499-135-54-30.

ССЫЛКА:

Разумовский Л.В. Обзор результатов многолетних исследований с применением авторского метода графического анализа // Вопросы современной альгологии. 2019. № 2 (20). С. 69–73. URL: http://algology.ru/1496

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-69–73

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Review of the long term research results using the author's method of graphical analysis

Lev V. Razumovsky

Water Problems Institute of RAS (Moscow, Russia)

The work describes new method of graphical analysis developed for freshwater ecosystems and three scenarios of their transformation were documented. The parameters of the structure-forming groups of hydrobionts, which determine their stability, are established. The transformations recorded in natural or natural-technogenic systems were analyzed using a similar method. The similarity of those scenarios allows us to refer all the considered systems to the systems of the fourth level of complexity.

Key words: graphic analysis; diatom complexes; freshwater systems.

References

1. Bolgov M.V., Filippova I.A. Porogovye stokhasticheskiye modeli minimalnogo stoka [Threshold stochastic models of low flow]. Meteorologiya i gidrologiya. 2006. №3. P. 67‑71. (In Russ.)
2. Boulding K. Obshchaya teoriya sistem – skelet nauki [General systems theory – the skeleton of science]. In: Sadovskiy V.N., Yudin E.G. (ed.). Issledovaniya po obshchey teorii sistem: sbornik perevodov [Studies on the general theory of systems: a collection of translations]. Progress, Moscow, 1969. P. 106–124. (In Russ.)
3. Dolgonosov B.M., Korchagin K.A., Messineva E.M. Model of fluctuations in bacteriological indices of water quality. Water Resources. 2006. V.33, №6. P. 637‑650. DOI: https://doi.org/10.1134/S0097807806060054.
4. Razumovskij L.V. Bioindikatsiya urovnya antropogennoy nagruzki na tundrovye i lesotundrovye landshafty po diatomovym kompleksam ozer Kolskogo poluostrova [Bioindication of the level of anthropogenic load on tundra and forest-tundra landscapes on the diatom complexes of the lakes of the Kola Peninsula]. IRC Gazprom, Moscow, 1997. 92 p. (In Russ.)
5. Razumovskii L.V. Water quality estimation based on the structural analysis of diatomic complexes. Water Resources. 2004. V.31, №6. P. 689–697. DOI: https://doi.org/10.1023/B:WARE.0000046908.35501.88.
6. Razumovskij L.V. Otsenka transformatsii ozernykh ekosistem metodom diatomovogo analiza [Evaluation of the transformation of lake ecosystems by diatom analysis]. GЕOS, Moscow, 2012. 199 p. (In Russ.)
7. Razumovskiy L.V., Moiseenko T.I. Estimation of spatiotemporal transformations of lake ecosystems by the method of diatom analysis. Doklady Biological Sciences. 2009. V.429, №1. P. 514–517. DOI: https://doi.org/10.1134/S0012496609060106.
8. Razumovskij L.V., Razumovskij V.L. Primenenie graficheskogo analiza taksonomicheskikh proportsiy pri izuchenii fitoplanktona reki Moskva [Application of graphical analysis of taxonomic proportions in the study of phytoplankton of the Moscow River]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2017. V.19, №5. P. 185–191. (In Russ.)
9. Razumovskij L.V., Shhegol'kova N.M., Razumovskij V.L. Perspektivy primeneniya metoda graficheskogo analiza taksonomicheskikh proportsiy pri izuchenii fitoplanktona reki Moskva [Prospects for the application of the method of graphical analysis of taxonomic proportions in the study of phytoplankton of the Moscow River]. Problemy ekologicheskogo monitoringa i modelirovaniya ekosistem. 2018. V.XXIX, №1. P.5–18. (In Russ.).
10. Razumovskij L.V., Shumakova Е.M. Metod graficheskogo analiza vozmozhnykh transformatsiy territorialnykh biofonicheskikh sistem prirodnogo i antropogennogo genezisa [Method of graphical analysis of possible transformations of territorial biophonic systems of natural and anthropogenic genesis]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2014. V.16, №5(5). P. 1561‑1570. (In Russ.).
11. Shitikov V.K., Rozenberg G.S., Zinchenko T.D. Kolichestvennaya gidroekologiya: metody, kriterii, resheniya [Quantitative hydroecology: methods, criteria, solutions.]. Book 1. Nauka, Moscow, 2005. 281 p. (In Russ.).

Author

Razumovsky Lev V.

Water Problems Institute, Moscow, Russia

lazy-lion@mail.ru

ARTICLE LINK:

Razumovsky L.V. Review of the long term research results using the author's method of graphical analysis. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2019. № 2 (20). P. 69–73. URL: http://algology.ru/1496

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-69–73

When reprinting a link to the site is required

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147