Фітоіндикаційні шкали та їх аналіз Типи шкал

Для оцінки екологічних факторів, таких як кліматичні або едафічні, застосовуються фітоіндикаційні шкали. Методика їх побудови базується на тому принципі, що кожен вид флори може зростати лише в повному діапазоні екологічних умов, обмежених максимальним і мінімальним значеннями фактора, і завдяки цьому розглядатися як індикатор умов середовища.

Сьогодні існує багато шкал, які дають характеристику або екоморфи за допомогою порядкового номера режиму в шкалі фактора (однозначні виміри), або амплітуду толерантності видів, охарактеризовану її крайніми значеннями (двозначні виміри). Найповніші фітоіндикаційні шкали опубліковано у спеціальних монографіях (Раменский і ін.; 1956; Цаценкін, 1967, 1970; Цаценкін та ін., 1974; Цаценкін, Касач, 1970; «Екологическая оценка ...», 1965; Циганов, 1978 ,1983;Ellenberg, 1979;Zólyomi et al., 1966; Landolt, 1972;Zarzycki , 1984; Frank, Klotz , 1990 та ін.). Загальна характеристика цих шкал наведена в табл.2.

Таблиця 2.

Загальна характеристика екологічних шкал

Автор	Екологічний фактор
	Hd	pH	Tr	Rc	Nt	Gm	Ar	Tm	Om	Kn	Cr	Lc	Dg
	Кількість балів у шкалі
Елленберг	12		3	9	9			9		9		9
Ландольт	5	4	2	5	5	5	5	5		5		5
Зойомі	11			6				7		2
Франк і Клотц	12	2	3	9	9			9		9		9
Зажицький	6		3	6	5	5	5	5		5		5
Циганов	23	11	19	13	11			17	15	15	15	9
Раменський	120	20	30				10						10
Цаценкін	120		30										10

Як видно з табл.2, крім різних принципів побудови, шкали різних авторів поділяються ще й на неоднакову кількість ступенів. Звідси й виникає питання як про можливість порівняння шкал, так і про ціну одного бала у шкалах різних авторів. Це вимагає окремого розгляду питання типізації та математичних маніпуляцій зі шкалами.

У строгому розумінні шкала — правило, за яким кожному емпіричному об’єкту присвоюється певний математичний об'єкт (звичайно число або символ). Існує кілька типів шкал, які більшою чи меншою мірою поширені в біологічних науках.

Це абсолютні шкали, які використовуються для виміру кількості елементів у скінченній множині. Такою шкалою може виступати, наприклад, натуральний числовий ряд.

Шкали найменувань є єдиними з точністю до взаємно однозначних перетворень. Сама їх назва вказує на те, що шкальні значення в цьому випадку відіграють роль лише назв класів еквівалентності. Прикладом подібних шкал можуть бути номери квартир в будинку, гравців у спортивній команді, автомобілів тощо. Г. Елленбергом запропонована шкала біоморф, у якій кожній біоморфі відповідає; певний буквений символ ( Р — дерева, N — чагарники, X — чагарнички, С — напівчагарники, і т.д.) . Зрозуміло, що над цими шкалами не можна здійснювати жодних математичних операцій, крім підрахунку кількості біоморф.

Шкали порядку застосовуються до таких об'єктів або явищ, елементи яких можна пронумерувати у порядку їх наростання, а саме це наростання є нерівномірним (нелінійним). Одиницями виміру в них, як правило, є бал, іноді вживаються буквені символи. Такою шкалою є, наприклад, шкала рясності Друде, в якій рослини характеризуються таким чином: sос — змикаються надземними частинами; cор₃ - дуже рясні; сор₂ — рясні; сор₁ — досить рясні; sр — рослини розріджені; sol — одиничні. Деякими дослідниками ступінь sр підрозділявся на два —sp₁ i sp₂ , іншими виділялися ступені rr — дуже розріджені рослини і un - для рослин, які зустрічаються в єдиному екземплярі. Шкалами порядку є також шкала сили вітру Бофорта, сейсмічна шкала, шкала твердості мінералів Мооса, спортивні, шкільні, психологічні оцінки тощо.

Майже завжди можна знайти приблизні абсолютні оцінки, які відповідають одиницям шкал порядку. Так, відносно шкали Друде О.О. Уранов (1935) вважає, що її ступеням рясності відповідають такі середні найменші віддалі між рослинами: сор₃ — не більше 20 см, сор₂ —^: 20 — 40, сор₁ — 40 — 100, sol — більше 150 см. У сейсмічній шкалі мірою загальної енергії хвиль служить магнітуда — деяке умовне число, пропорційне логарифму максимальної амплітуди змішення часток грунту. У нотному ряду висота звуку наростає паралельно з його частотою, хоча й нелінійно.

Шкали інтервалів застосовуються для вимірювання температурі часу, положення точки на прямій тощо.

Шкали відношень служать для вимірювання всіх екстенсивних властивостей (довжина, площа, вага, об'єм, сила, маса і т.п.). Д вимірів, виконаних за цими двома останніми типами шкал, можна застосовувати всі можливі математичні операції (додавання, віднімання, множення тощо) і методи статистичного аналізу. До шкал найменувань або порядків коректно застосовувати тільки деякі методі варіаційної статистики, тому що вони не є адитивними, тобто не до пускають емпіричну операцію додавання. Більшість же геометрична і фізичних властивостей є адитивними(довжина, вага, площа швидкість, температура і т.п.). Всі властивості адитивного типу вимірюються у шкалах відношень.

Універсальну шкалу екологічної оцінки зволоження екотопів опрацював Л.Г, Раменський (1956). У ній враховані всі можливі в природі градації фактора — від пустельного до водоймищного режиму зволоження; шкала містить 120 ступенів (балів), розбитих на 12 класів зволоження. До речі, Раменському часто закидали уявну точність його шкали, ніби шкали, які складаються з 5 або ступенів, є більш точними.

Відомо, що число ступенів у шкалах Раменського визначається реакцією рослинності на той чи інший фактор (Самойлов, 1986), а не бажанням автора. Методика виділення ступенів логічна і чітка. Фітоіндикаційні шкали базуються на побудованих Раменським екологічних рядах рослинності за градаціями екологічних факторів. Суть методики полягає у визначенні функціонального середнього групи об'єктів (описів). В її межах амплітуда факторів, що визначають властивості об'єктів, настільки вузька, що їх вплив виражається монотонними кривими, близькими до прямої, без максимумів або мінімумів (у даному діапазоні умов). При цій умові середнє групи визначається її медіаною (яка в такому випадку близька або співпадає з середньою арифметичною).

Як вказує Д.М. Циганов (1983), екологічні шкали є фітомірами якісного та кількісного стану екологічного середовища. Кожна їх градація відповідає певному динамічно рівноважному стану середовища по відношенню до того чи Іншого фактора. Що стосується уявлень про нечіткість і невизначеність зв'язку рослинності з умовами середовища, то, з одного боку, єдиним їх джерелом є нечіткість і розпливчастість наших уявлень про вимогливість рослинності як до середовища в цілому, так і до режимів окремих факторів, а з другого — екологічність наших оцінок параметрів і станів безпосередньо абіотичного середовища.

Конкретним дослідженням шкал і результатам визначення режимів екологічних факторів за допомогою фітоіндикації присвячені наступні глави.