Изучение виталитета различных популяций клевера при помощи статистических методов обработки информации
ВВЕДЕНИЕ.
Одними из основных актуальных проблем современности являются защита окружающей среды, поддержание и охрана экологически чистых районов.
Чтобы оценить масштабы загрязнения и ущерба, нанесенных людьми, нужно оценить состояние экосистемы.
Зеленые растения испытывают наибольшее отрицательное влияние со стороны негативных факторов окружающей среды. Это связано с тем, что растения выполняют роль производителей органического вещества и в экологических системах их биомасса максимальна.
Для исследования мы выбрали типичного представителя выбранных нами участков – клевер.( Слайд 2)
Существует множество способов изучения экосистем, некоторые из которых представлены на слайде.(слайд 3)
- полевые исследования (изучение популяций видов и их сообществ в естественной обстановке, непосредственно в природе), которые тесно связаны с физиологическими (функции организма и процессы, протекающие в нём, а также влияние на эти процессы различных факторов); экспериментальные исследования (создание искусственных условий для организма, наблюдение за изменениями ); основа научного анализа системной экологии, довольно интересный и распространенный метод - моделирование (создание упрощенной модели, сходной с оригиналом.)
Но представленные способы трудоемки, дорогостоящи и зачастую недоступны. Мы полагаем, что оптимальный вариант решения проблемы изучения состояния окружающей среды должен быть основан на простых и доступных методах получения информации, поэтому, для изучения виталитета (т. е. жизненного состояния растения) нами был выбран статистический метод.
Цель работы: изучить виталитет различных популяций клевера при помощи статистических методов обработки информации для оценки влияния человека на фитопопуляции ( растения одного вида в границах фитоценоза или в границах их обитания) клевера различных экологических систем. (слайд 4)
Задачи исследовательской работы:
Собрать образцы растений клевера на участках пойменного луга, городского парка и пришкольной территории методом пробных площадок. Морфометрически оценить образцы растений клевера с участков пойменного луга, городского парка и пришкольной территории. Освоить принципы работы программы Microsoft Excel для статистической обработки полученной информации. Изучить виталитет различных популяций клевера при помощи статистических методов обработки информации с использованием программы Microsoft Excel. По проведенному исследованию сделать выводы и вынести практические рекомендации.(слайд 5)Также нами была выведена следующая гипотеза:
ЕСЛИ использовать простые статистические методы обработки данных, ТО можно изучить виталитет популяций клевера как показатель жизненного состояния изучаемых растений.( слайд 6)
Особенностью статистического метода изучения популяций растений является возможность оценки особенностей виталитета растений, используя математические формулы и статистические закономерности.(Популяция – важнейшая единица иерархии уровней организации живого вещества, основная форма существования вида.)(слайд 7)
Для изучения популяции нужны исходные данные о состоянии растений, т. е. нужны такие морфометрические показатели клевера - высота, число листьев, число боковых ветвей и число соцветий.
Собрать нужные данные со всех особей популяции клевера невозможно, поэтому мы воспользовались выборочным методом, т. е. случайно выбрали по 20 особей из каждой исследуемой популяции – из городского парка, с пришкольной территории и с пойменного луга.
Изучаемые особи срезались и, чтобы не допустить потери растениями воды, помещались в полиэтиленовый мешок. Все последующие измерения растений проводились в сыром виде. в качестве простого оборудования предлагались линейка и весы, позволявшие проводить взвешивание с точностью до 0,1 грамма. Все результаты изменения и взвешивания заносились в таблицы исходных данных. (слайд 8,9,10).
После получения исходных данных выполнялись их обработка и анализ с помощью статистической программы Microsoft Excel.
Для характеристики популяций, на наш взгляд, достаточно 3 основные показателя, рассчитывающиеся по формулам, представленным на экране.
Среднее арифметическое (слайд 11, ) стандартно занесено в программу Microsoft Excel (слайд 12)
На основании полученных данных по среднему арифметическому показателю (табл. 4, рис. 1) можно сделать вывод, что средние показатели высоты растения, числа листьев, числа соцветий, числа боковых ветвей и веса растений городского парка наибольшие. Значит, на основании данных по средним арифметическим значениям выбранных признаков, можно сделать вывод, что условия обитания для клевера в городском парке наиболее благоприятные. (слайд 13)
Стандартное отклонение - Это показатель того, насколько особи, вошедшие в выборку, не похожи друг на друга по всем параметрам.(слайд 14)
Это значение также стандартно расположено в функциях программы Microsoft Excel.(слайд 15)
Анализируя значения стандартного отклонения исследуемых нами морфометрических признаков клевера (табл. 1, рис. 2), мы заметили, что наибольший показатель стандартного отклонения присутствует на территории городского парка. Поэтому мы можем сделать вывод о том, что на территории городского парка встречаются растения с наибольшей вариативностью признаков относительно по стандартному отклонению, различными показателями морфометрических показателей, а значит с большой степенью приспособленности.(слайд 16)
Третья и последняя формула: коэффициент вариации, характеризует изменчивость значений отдельных признаков растений. Чем выше значение коэффициента вариации, тем выше роль факторов внешней среды в формировании изучаемых признаков. (слайд 17)
Ее нет в бае данных программы Microsoft Excel, поэтому мы вводили её вручную.(слайд 18).
Анализируя показатели коэффициента вариации (слайд 19), который показывает, в какой степени тот или иной признак зависит от условий окружающей среды, мы выяснили, что наибольшими значениями обладают растения городского парка по числу соцветий. Вместе с тем, растения пришкольной территории по признакам числа листьев, числа боковых ветвей, веса растения по сравнению с другими популяциями обладают наибольшими значениями коэффициента вариации. Данные результаты указывают на различность экологических условий в пределах пришкольной территории. Следствием этого является достаточно большие значения коэффициента вариации признаков клевера именно в данной популяции.
Для того, чтобы определить виталитет популяций клевера, мы воспользовались методом оценки виталитета. Он заключается в том, что вычисляется амплитуда значений основного диагностического признака, отвечающего за выживаемость. Для клевера лугового диагностический признак виталитета – размер надземной фитомассы (видимой части растения), т. е. высота, так как он характеризует успешность фотосинтетического процесса (фотосинтез), активность роста и возможность эффективно конкурировать с соседями за основные ресурсы.
Мы ранжировали (распределили) значения размеров особей выборок по возрастанию при помощи соответствующих функций программы Microsoft Excel (слайд 20, 21, 22) для того, чтобы определить «границы» классов виталитета. В получившемся ранжированном ряду самые нижние – крупные, высокого виталитета особи, относятся к классу А(наилучшие показатели жизненного состояния), а самые верхние– мелкие, низкого виталитета относятся к классу С(наихудшие показатели жизненного состояния растений). Между ними находятся растения промежуточного виталитета, относящиеся к классу В. На основании полученных данных можно сделать вывод, что большее количество растений, попавших в класс виталитета А, приходится на выборку из городского парка (слайд 23).
Среди растений клевера из выборок пойменного луга и пришкольной территории (слайд 24) больше всего растений в классах виталитетов В и С оказалось в популяции, собранной на пришкольной территории. Именно для этой популяции нами отмечен наименее удовлетворительный виталитет в исследованных трех выборках.
Таким образом, проведенное исследование позволяет сделать вывод о том, что использованные методы статистической обработки полученных данных обеспечили возможность изучить виталитет различных популяций клевера для оценки влияния человека на фитопопуляции клевера различных экологических систем.
Выводы (Слайд 25)
В ходе исследования собраны образцы растений клевера на участках пойменного луга, городского парка и пришкольной территории методом пробных площадок; морфометрически оценены образцы растений клевера с участков пойменного луга, городского парка и пришкольной территории и освоены принципы работы программы Microsoft Excel для статистической обработки полученной информации.
При теоретическом исследовании оценены виталитеты различных популяций клевера при помощи статистических методов обработки информации с использованием программы Microsoft Excel.
Подтверждена гипотеза научного исследования, поскольку при использовании простых статистические методы обработки данных оценены виталитеты популяций клевера как показатели жизненного состояния изучаемых растений.
Таким образом, выявлена возможность изучения виталитета различных популяций клевера при помощи простых статистических методов обработки данных.
Практические рекомендации (слайд 26):
Исследование указывает на то, что допустимо использовать простые статистические методы как экспресс-методы экологического мониторинга при исследовании виталитета исследуемых популяций растений; Мы считаем, что при изучении виталитета исследуемых популяций растений с помощью статистических методов обработки информации можно оценивать некоторые экологические факторы, влияющие на виталитет исследуемых популяций растений при помощи простых статистических методов обработки информации. Однако необходимо отметить, что в данном направлении необходимо проведение ряда дополнительных исследований; Мы предлагаем использовать данные о состоянии виталитета исследуемых растений как индикаторов влияния факторов окружающей среды на них.