بخشی از متن دانلود فایل ورد تحقيق در مورد يك مدل چند گونه‌اي در رابطه با پارامترهاي هيدرولوژيكي، شيميايي و بيولوژيكي براي گروه زيستي سالمونيد در رودخانه‌هاي ايتاليا :
چكیده
یك آنالیز آماری چند گونه‌ای برای ارزیابی روابط بین یك سرای از پارامترهای زیستگاه رودخانه و تنوع در گروه زیستی سالمونید در 13 ایستگاه جمع‌آوری شده و بخش اصلی آنالیز برای مشخص كردن پارامترهای مرتبط مورد استفاده قرار می‌گیرد. بهترین مدل رگرسیون با دو آمار محاسبه می‌شود: Mallows CP و R2، برای مجموعه زیستی ماهی را توضیح می‌دهد. شاخص‌های آماری متنوعی برای ارزیابی كیفیت مدل و توانمندی آن محاسبه می‌شوند. برای تعیین چگونگی فراز و نشیب مدل كه به دلیل ارزیابی مستقل خطاها در پارامترها تغییر كرده است، یك آنالیز دقیقی انجام می‌شود. این تاثیرات اغلب ناچیز هستند. اثبات می‌شود كه ممكن است برای ساده كردن ارزیابی كیفیت زیستگاه از یك مجموعه محیطی استفاده شود.
مقدمه
اهمیت حفظ زیستگاه رودخانه در سال‌های اخیر افزایش یافته است. تناسب یك سری از الگوها، ارزش زیستگاه را در رودخانه‌های ایتالیایی و تغییرات نتایج مدیریت منابع آبی كشور كه بررسی شده است، را مورد برآورد قرار می‌دهد. مدل‌های زیادی برای ارزیابی نیازهای جاری در سطوح مختلف پیچیدگی‌ها، توسعه یافته‌اند.
مدل‌ها صرفاً از روش‌های هیدرولوژیكی از قبیل Montana (Tennant, 1975) یا Baxter (Baxter, 1961) دسته‌بندی می‌شوند كه از اطلاعات فقط مربوط به رودخانه و روش‌هایی كه ویژگی‌هخای متفاوت رودخانه را جمعاً تلقی می‌كند، استفاده می‌كند، از قبیل متولوژی Instream Flow Incremental (Bovee, 1982) كه هم از اطلاعات هیدرولیكی و هم بیولوژیكی استفاده می‌كند. همچنین مدل‌هایی وجود دارد كه گروه زیستی ماهیان نهری را از شاخصه‌های قابل ارزیابی محیط را انجام می‌دهد و همچنین می‌تواند برای ارزیابی اثر تغییر جریان بر جمعیت ماهی بكار گرفته شود. كمیت جمعیت ماهی می‌تواند یك شاخصی از ارزش زیستگاه رودخانه باشد كه می‌تواند در مورد اقتصاد برای تسهیل تصمیم‌گیری در رابطه با استفاده از آب مورد ارزیابی قرار گیرد.
اگرچه، چون اكثریت مدل‌های موجود برای پیش‌بینی تراكم زیستی كه اهمیت منطقه‌ای و كاربرد زیادی دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد و نیاز برای توسعه‌ی یك شیوه برای پیش‌بینی گروه زیستی خاص، به ویژه در در رودخانه‌های ایتالیایی سالمونید آلپین شناسایی می‌شود.
بنابراین یك مدل برای پیش‌بینی فراوانی سالمونید (توده زیستی در هر منطقه واحد kgha-1) در رودخانه‌های كوه‌های ایتالیایی بر پایه‌ی شاخصه‌های قابل اندازه‌گیری محیط بوده است.
هدف، توسعه یك مدل است كه همانند تنوه توده‌های زیستی مختلف كه در حال حاضر موجود هستند، توضیح داده شود، اما با كوچكترین اطلاعات، بازده موردنظر تجربی را (زمان و پول) مورد بررسی قرار داده‌اند. فلسفه‌ی شیوه‌ی شاخصه‌ی كیفیت زیستگاه (HQI)، روش كاری برای توسعه‌ی مدل بوده است كه از پارامترهای درونی انواع مختلف، از شاخصه‌های حوزه‌ی رودخانه برای عوامل شیمیایی و بیولوژیكی با كاربرد معیار آماری متنوع استفاده می‌كند.
مواد و روش‌ها
مكان‌ها و بازده‌ی تغییرپذیر مورد بررسی
محل‌های بررسی شده از نهرهای گوناگون بدست آمده در شش رودخانه متنفاوت در امتداد بخش غربی كوه‌های آلپ ایتالیا انتخاب شده است. 9 دامنه در دو رودخانه‌ی Tagliamento گرفته شده است. یك دامنه در رودخانه‌ی Mera و دیگر دامنه‌ها در 3 رود فرعی از رودخانه‌ی Adda گرفته شده است. دامنه‌های رودخانه از ارتفاع m a.s.l150 تا m a.s.l1850 دسته‌بندی شده‌اند و در معرض سطوح مختلف تاثیرات انسانی قرار گرفته‌اند. اكثر زیستگاه‌های انتخاب شده تقریباً در مناطق بایر قرار گرفته‌اند (بدون روستا، بدون ساختار هیدرولیك،
بدون فعالیت‌های ماهی و زمین مورد بهره‌برداری محدود شده)، در حالی كه 3 دامنه‌ی رودخانه با آب و زمین تغییر می‌كنند. همانطور كه می‌دانید، اكثر رودخانه‌های آلپین ایتالیا توسط فعالیت‌های انسانی تحت تاثیر قرار می‌گیرند كه این برای دربر گرفتن دامنه‌های رودخانه تغییر یافته مهم است.
ارتفاع مكان‌هاید مورد بررسی از 50 تا 300 متر متفاوت است كه به اندازه‌ی ارتفاع رودخانه‌ی مورد نیاز برای مقدار كافی نمونه زیستگاه ماهی موجود بستگی دارد. در مورد انواع زیستگاه‌های میانه، همانند تنگاب‌ها، حوضچه‌ها یا رودچه‌ها، این امر نیز وجود دارد (Bovee, 1982).
انتخاب اطلاعات مختلف، روش‌های كیفی و كمی را مورد توجه قرار می‌دهد. نخست، اشاره به عقاید كارشناسی و مقالات، برای مشخص كردن تنوع مرتبط با فراوانی ماهی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بعد از این انتخاب، شیوه‌های آماری چند گونه‌ای برای انتخاب یك زیرمجموعه از تنوع متناسب برای توصیف توده‌های زیستی متنوع در شش رودخانه‌ی مورد بررسی قرار گرفته، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
زیستگاه متنوع رودخانه، در 6 طبقه وابسته به مقیاس اندازه‌گیری و ویژگی‌های رودخانه كه آنها توصیف كرده‌اند، می‌تواند تقسیم شود.
1 متغیرهای گروه زیستی رودخانه (مثل منطقه‌ی ماهیگیری شده یا ارتفاعات)؛
2 متغیرهای ساختارشناسی (مثل سطح آب، عرض یا پهنای دامنه)؛
3 متغیرهای هیدرولوژیكی (مثل میانگین جریان یا عمق سطح آب در یك سال)؛
4 متغیرهای ساختار زیستگاه (مثل درصد پوشش یا فرسایش ساحل‌ها)؛
5 متغیرهای بیولوژیكی (مثل فراوانی بی‌مهرگان یا عوامل واكنش)؛
6 متغیرهای شیمیایی و فیزیكی (مثل درجه حرارت آب و یا غلظت اكسیژن غیرمحلول).
حداقل یك متغیر، از هر یك از طبقه‌بندی‌های بالا، شامل مدلی برا توصیف زیستگاه رودخانه‌ای از مقیاس كوچك تا بزرگ می‌شود. همچنین ضروری است كه تعدادی از متغیرهای بازده را محدود كنیم. به این دلیل كه نمونه‌ی تقریباً كوچكی (13 بخش) برای حفظ تعداد قابل قبولی از درجات آزادی استفاده شود.
یك نقطه‌نظر مهم دیگر در انتخاب متغیرهای درونی، سهولت و هزینه‌ی اندازه‌گیری متغیرهای رودخانه است، چون بسیاری از رودخانه‌ها برای ارزیابی می‌توادن سخت و هزینه‌بردار باشد.
این فرآیند به انتخاب متغیرهای بازده‌ی مقدماتی بعدی منتج می‌شود:
1 ارتفاع دامنه‌یرود (m a.s.l)
2. شیب یكنواخت رود (%)
3 عرض دامنه‌ی رود (m)
4. میانگین جریان یك ساله MAE (m3s-1)
5 تهی سازی Q95 (m3s-1)
6. شاخصه‌ی متغیر جریان رود (SFV)؛ از نسبت بین قله (Q27) و جریان پایین (Q95) نتیجه‌گیری می‌شود.
7 درصد پوشش (%)
8 فراوانی بی‌مهرگان (تعداد در m2)
9. تراكم بی‌مهرگان
10 ماكزیمم دمای آب (oC)
11. غلظت نیترات (NO3) (mg L-1)
نمونه‌برداری اطلاعات
نمونه‌برداری طی یك دوره‌ی دو ساله (1994-1993) در طول ماه‌های تابستات (فقط جولای و آگوست) برای ارزیابی محدودترین شرایط برای توده‌ی زیستی ماهی (به ویژه مرتبط با دمای بالای آب و كیفیت آب) انجام می‌گیرد. ارتفاع دامنه از نقشه‌های توپوگرافی خوانده می‌شود، در صورتی كه میانگین شیب یكنواخت رودخانه و عرض دامنه در زمین، با استفاده از یك دستگاه مترسنج زمین، تعیین می‌شود.
متغیرهای هیدرولوژیكی (MAF, Q95, SFV) از ثبت جریانات رود برآورد می‌شود (معمولاً از تخلیه‌ی روزانه ثبت می‌شود).
SFV, Q95 به این دلیل انتخاب شدند كه آنها شاخصه‌های هیدرولوژیكی هستند كه به طور معمول برای استفاده می‌شوند. به ترتیب، دوره‌های خشكی و متغیرهایی از تخلیه می‌رود در طول یك سال، فاكتورهایی كه می‌توانند برای جمعیت‌های ماهی رودخانه محدود كننده باشند. درصد تحت پوشش از لحاظ بصری (واقعی) توسط سه عملكرد متفاوت ارزیابی می‌شوند، اما مشخص شده است كه این روش از لحاظ غریزی بوسیله اشتباهات زیدی تحت تاثیر قرار می‌گیرد (هوگل، وسك و هوبرت، 1991).
پوشش (پناهگاه) نیز مورد توجه قرار می‌گیرد، هم مناطق آرام رودخانه (حوضچه، مناطق پایین رود با سرعت پایین یا نزدیك ساحل و ;) و پوشش گیاهی بیش از حد، كه اولی متداولترین نوع پوشش در دامنه‌های رودخانه‌ی انتخاب شده هستند (ماركوس، یانگ، نوئل و بث، 1990).
جمعیت بی‌مهرگان در اندازه‌های بزرگ (ماكرو) برای ارزیابی فراوانی و توزیع نمونه‌برداری می‌شوند، شیوه HQI پیروی می‌شود (بنیز وایسرمن، 1978). دما یا در جایی كه موجود است، از ثبت تاریخی آن محاسبه می‌شود یا در طول بررسی‌های تجربی مورد ارزشیابی قرار می‌گیرد. اگر ثبت شده‌های تاریخی موجود باشند، دما به عنوان میانگین ماكزیمم روزانه‌ی دمای آب در سال محاسبه می‌شود. به غیر از اینكه میانگین دمای آب در طوب دوره‌ی آزمایش برآورد می‌شود، یك شاخصه از دمای آب تابستان نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد.
غلظت نیترات توسط آنالیز آزمایشگاهی نمونه‌های آب جمع‌آوری شده در طول بررسی در نقاط متفاوت درون دامنه‌ی رودخانه بررسی و تعیین می‌شود.
توده‌ی زیستی سالمونید (ماهی آزاد) توسط ماهیگیری الكتریكی با استفاده از شیوه‌ی كم توان كردن (سه بار) مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. برآورد توده‌ی زیستی با استفاده از شیوه‌ی Zippin محاسبه می‌شود.
گونه‌ها یا زیرگونه‌های سالمونید: Salmo Trutta Marmoratus; Salmo Trurra Thymallas Thymallus; Salmo Trurra fario Marmoratus و طول ماهی ثبت می‌شود.
تمام سنین طبقه‌بندی‌ها در آنالیزی برای نشان دادن كل توده زیستی ماهی كه در واقع در دامنه‌ی رود هستند، مورد توجه قرار می‌گیرد. چون در اكثر رودخانه‌های آلپ در دامنه‌های انتخاب شده‌ی رود، اینگونه از سالمونیدها برجسته هستند.
تكنیك‌های آماری چندمتغیره
مجموعه داده‌ها شامل 11 متغیر برای كل 13 مكان استو منتج به تعداد كمی از درجات آزادی می‌شود. آنالیز تركیب كننده‌ی اصلی سپس برای آزمایش امكان كاهش متغیرهای درونی اولیه استفاده می‌شود. برای انتخاب بهترین مدل رگرسیون چندگانه، حداقل دو نوع فرآیند می‌تواند دنبال شود. نخست استفاده‌ی جزئی از F یا آزمون T، و بكار بردن روش‌های خودكار كه اغلب روش مرحله‌دار (گام‌دار) نامیده می‌شود. روش دوم، استفاده از بعضی اندازه‌گیری‌های كلی از كیفیت مدل است شیوه‌ی دوم مزیت بسیاری دارد (هلسل و هیرچ، 1992).
سه نوع شیوه‌ی مرحله‌دار وجود دارد كه معمولاً رگرسیون، پیش‌رو، پس‌رو و مرحله‌دار نامیده می‌شود.
این سه نوع همیشه بر سر بهترین مدل توافق نمی‌كنند، به ویژه هنگامی كه به صورت چند راستایی حاضر باشند. آنها همچنین تمام مدل‌های ممكن را ارزیابی نمی‌كنند. بنابراین حتی نمی‌توانند تعهد دهند كه بهترین مدل آزمایش شده است. آنها از تكنولوژی كامپیوتری پیشین تا به امروز (مدل) توسعه یافته‌اند و از تمامی كاستی‌ها برای انجام معاملات رگرسیون برای مقایسه اجتناب می‌كنند.
آمارهای دیگر می‌تواند برای ارزیابی كل كیفیت هر دو معادله‌ی رگرسیون ممكن از متغیرهای توصیفی انتخاب شده K استفاده كنند. در این بررسی روش دوم استفاده می‌شود.
یك كد كامپیوتر برای توسعه‌ی محاسبه تمام مدل‌های ممكن محاسبه می‌شود كه تمام زیرمجموعه‌های رگرسیون برای انتخاب بهترین مدل استفاده شده برای دو معیار توسعه می‌یابد:
R2 تنظیم شده (Ra2) و آمارهای Mallows CP. مورد اولی بخشی از واریانس توصیف شده توسط مدل تنظیم شده برای درجاتی از آزادی در این مدل است (میزان رهایی Ra2).
بعدی برای بدست آوردن یك مدل رگرسیون است كه همانند واریانس در پاسخ موجود كه ممكن است شرح داده شود، تمام احتمالات یا متغیرهای ممكن را در بر می‌گیرد و این كوچك شدن‌ها واریانسی از نتایج برآورد شده با حفظ بزرگی درجات آزادی را برآورد می‌كند.
سپس با بهترین مدل توسط بزرگ كردن Ra2 و كوچك كردن Malluws CP است. در مورد میزان مشابه Ra2 و CP، مدل می‌تواند با تعداد حداقل متغیرهای كم هزینه انتخاب شود. هنگامی كه بهترین مدل رگرسیون انتخاب شود، كیفیت مدل برای مشخص كردن اهمیت ضریب رگرسیون آزمایش می‌شود. همچنین ضروری است تا چند راستایی متغیرهای توصیفی، به عنوان چند راستایی كه ممكن است منتج به نتایج نامطلوب از قبیل بی‌ثباتی ضریب‌های اسلوپ و نشانه‌های غیرواقعی ضریب‌ها، اندازه‌گیری شود. مهم است تا در این تحقیق تنوع محیطی بالایی مربوط به یكدیگر مورد توجه قرار گیرند، از قبیل ضریب زاویه‌ی دامنه و ارتفاع، چند راستایی با استفاده از فاكتور تورم (VIF) كه به طور مستقیم مربوط به عرض درونی ضریب زویه‌ی رگرسیون بوده، اندازه‌گیری می‌شود.
سپس متغیرهای درونی، بسته به نقششان در مدل و ضریب جزئی مربوطه با توده‌ی زیستی سالمونید طبقه‌بندی می‌شوند. توده‌ی زیستی بررسی و پیش‌بینی شده توسط اندازه‌گیری یك خط رگرسیون و آزمایش در جایی كه ضریب زاویه از نظر اهمیت از واحد متفاوت است، مقایسه می‌شود.
بعد از انتخاب و آزمایش مدل رگرسیون، یك آنالیز دقیق برای تعیین چگونگی ضریب زاویه‌ی تغییر یافته بر اساس خطای اندازه‌گیری برای متغیرهای زیستگاهی انجام می‌شود. این یك موضوع اساسی در مدل‌هایی از این نوع است كه به دلیل متغیرهای زیستگاهی رودخانه، می‌تواند به طور گسترده با ارزیابی خطاها تحت تاثیر قرار گیرد. آنالیز دقیق با 2 شیوه‌ی متفاوت دنبال می‌شود. نخست بر اساس ملاحظات تئوریكی انجام می‌شود. مشخص است كه كمترین برآوردها بر اساس این فرضیه است كه پیش‌بینی كنندگان میزانی را بدون ارزیابی خطاها تثبیت كنند. بنابراین هنگامی كه خطاها در این پیش‌بینی‌ها در حداقل مربع رگرسیون كه به طور دقیق صحیح نیست روی دهد، مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. امكان‌پذیر است تا تشخیص برای تعیین آنكه اگر اندازه‌ی محاسبه شده به طور مشخص متفاوت از اندازه‌ی تقریبی باشد، مورد ارزیابی قرار بگیرد كه این رگرسیون با پیش‌بینی‌ها با اندازه‌گیری خطاها تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد و X* ماتریكس با اندازه‌ی صحیح است. سپس X=X*+D در جایی كه D یك ماتریكس خطاست.
Moore & Hodges (1972) نشان دادند كه:
در جایی كه میزان پیش‌بینی شده‌ی ضریب رگرسیون محاسبه شده‌ی ماتریكس X است. ضریب رگرسیون میزان درست ماتریكس x و S ماتریكسی از اندازه‌گیری واریانس خطاست.
بنابراین متناسب كردن یك مدل رگرسیون با متغیرهای درونی با اندازه‌گیری خطاهای ارائه شده بر، برآوردهای پایه‌ای ضریب زاویه تحت تاثیر قرار می‌گیرد. ظاهراً نمی‌تواند به طور دقیق محاسبه شود. به این دلیل میزان نامشخص است. با این وجود ارئه‌ی یك برآوردی از توسعه‌ی اندازه ی در یك سری Taylor در حدود D=0 و عبارن مطرود شده امكان‌پذیر است.
با این حال برآورد محاسبه برآورد، در نخستین گروه ضریب رگرسیون به دلیل خطاهای اندازه‌گیری تئوری مورد محاسبه قرار می‌گیرد.
دومین روش در آنالیز دقیقی كه یك آنالیز واقعی است، استفاده می‌شود. یك هزار رگرسیون چندگانه با استفاده از یك هزار ماتریكس داده‌های متفاوت توسط تغییر متغیرهای درونی بوسیله‌ی یك میزان تصادفی درون دامنه‌ی اندازه‌گیری خطا بدست می‌آید. حساب میانگین و انحراف معیار ضریب رگرسیون سپس برای تعیین متغیر نتایج رگرسیون كه توسط خطاها اندازه‌گیری می‌شود، مورد محاسبه قرار می‌گیرد.
تمام محاسبات آماری در ارزیابی كامپیوتری FORTRAN با استفاده از كتابخانه ی ISML FORTRAN انجام می‌شود.
نتایج
اولین مشكلی كه به آن برمی‌خوریم، تعداد محدود شده‌ی درجات آزادی است. سپس آنالیز بخش اصلی برای استاندارد كردن داده‌های درونی برای مشخص كردن متغیرها بكار برده می‌شود كه مفید نیستند. ابتدا، در بخش اصلی در حدود 66% واریانس را توضیح می‌دهد و این آنالیز به طور روشنی نشان می‌دهد كه درصد تحت پوشش در جهت توضیح اطلاعات متغیر شركت ندارد (میزان وزن كم برای هر دو بخش اول و دوم)، در نتیجه این تغییرات از آنالیز بیشتر بدست می‌آید. برای مشخص كردن بهترین رگرسیون Ra2 و Mallow CP با شاخصه‌ها برای تمام رگرسیون‌های چندگانه از یك زیرمجموعه‌ای از 100 متغیر درونی محاسبه می‌شود (ارتفاع، ضریب زاویه، عرض، MAF، Q95، SFV، فراوانی بی‌مهرگان و اختلاف، دما و NO3 (نیترات)).