БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2005, том 31, № 2, с. 142-147
— Методы исследований -
УДК 626.024:591.524.1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИДЕО- И ФОТОМЕТОДОВ В ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ1
© 2005 г. К. С. Ткаченко
Институт биологии моря ДВО РАН, Владивосток 690041 e-mail: konst_tkachenko@mail.ru
Статья принята к печати 17.09.2004 г.
В работе анализируется применение недеструктивных методов учета эпибентоса, т.е. видеотрансект и фоторамок, к сообществам эпифауны жестких грунтов зал. Петра Великого Японского моря. Показано, что видео-трансекты в связи с большей площадью охвата дают более репрезентативный материал, чем фоторамки. Рассматриваются два способа видеосъемки трансект и предлагается модифицированный учет проективного покрытия субстрата беспозвоночными животными с использованием цветовой сегментации и программного обеспечения "AutoCAD®". Обсуждаются преимущества и недостатки видео- и фотометодов учета эпибентоса.
Ключевые слова: видеотрансекты, фоторамки, эпибентос, метод цветовой сегментации.
The use of video and photo methods in hydrobiological research. K. S. Tkachenko (Institute of Marine Biology, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041)
Nondestructive methods of video-transects and photo-quadrates were applied to hard bottom epibenthos communities in Peter the Great Bay (Sea of Japan). A more representative material was obtained using the video-transects method. Two ways of videoing transects are discussed. A modified method is proposed for percentage cover estimation by using color segmentation and the software "AutoCAD®." The advantages and shortcomings of video and photo methods are considered. (Biologiya Morya, Vladivostok, 2005, vol. 31, no. 2, pp. 142-147).
Key words: video-transects, photo-quadrates, epibenthos, color segmentation method.
С 90-х гг. XX в. в мировой практике гидробиологических работ все большую популярность и актуальность приобретают методы учета бентосных организмов с использованием современной съемочной фото- и видеоаппаратуры. Стимулы внедрения таких методик понятны и бесспорны: сохранение целостности учитываемых сообществ, охват больших площадей учета и значительное сокращение, а часто и исключение весьма трудоемких водолазных работ, что особенно важно при работе на больших глубинах или в районах со сложной топографией дна и повышенной гидродинамикой. Поскольку индустрия подводной фотографии получила свое основное развитие чуть ли не со времен изобретения акваланга, соответственно, и внедрение методов фотоучета в гидробиологию началось намного раньше, чем использование ви-деотрансект, - в начале 70-х гг. прошлого века (Lundälv, 1971; Bohnsack, 1979). С тех пор фотографирование учетных рамок широко используется при получении количественных показателей для бентосных сообществ шельфа (Budd, 1982; Witman, Sebens, 1985; Jaap, 1986; Meulstee et al., 1988; Baynes, Szmant, 1989; Edmunds, Witman, 1991; Baynes, 1999; Bernhardt, Griffmg, 2001).
Благодаря постоянному усовершенствованию видеотехники, в последние 15 лет видеосъемка начала вытеснять традиционную фотографию как при качественном, так и при количественном изучении эпибентоса (Semple, Sharp, 1988; Jaap et al., 1990; Maney et al., 1990; Edmunds, Witmann, 1991; Berklemans, 1992; Whorff, Griffing, 1992; Leonard, Clark, 1993; Osborne, Oxley, 1997; Starmans et al., 1999; Cocito et al., 2000). Основное преимущество видеосъемки - это более быстрый, чем при подводной фотографии или традиционных методах, сбор данных с большой площади дна и возможность почти
'Работа частично финансировалась грантом фонда PADI "Foundation".
сразу проанализировать их в стационарной лаборатории. В отечественной гидробиологии, к сожалению, подобные методики не получили должного развития. Опубликованы лишь несколько работ, в которых фотография использована как дополнительный инструмент при исследовании бентосных сообществ (Обезъянов, Казачков, 1982; Погребов и др., 1994).
Цель настоящей работы - отработка методов видео- и фотоучета применительно к массовым видам эпибентоса, населяющим твердые грунты на акватории зал. Петра Великого, а также оптимизация такого учета in situ и при лабораторном анализе отснятого материала. Данная статья является составной частью комплексного исследования закономерностей пространственного распределения беспозвоночных на скалистой сублиторали на акватории Дальневосточного морского государственного природного биосферного заповедника (ДВМГПБЗ) (Ткаченко, 2002, 2003; Tkachenko, Zhirmunsky, 2002).
Материал и методика. Материал для настоящей работы собирали в летние месяцы 1999-2001 гг., а также в августе 2003 г. на скалистой сублиторали островов Большой Пелис и Дурново (арх. Римского-Корсакова). Учет бентоса по фоторамкам проводился по стандартной методике, предложенной Бонсаком (Bohnsack, 1979). На глубине 2-15 м были установлены 12 фиксированных станций, на каждой из которых располагали по 4 фоторамки площадью 0.25 м2 и дополнительно 9 фоторамок площадью 0.06 м2. Рамки размещали на дне случайным образом. Станции были установлены на контрастных по микрорельефу участках скальной поверхности, количество станций варьировало в зависимости от пространственной протяженности участка. Размер учетной площадки считался наиболее пригодным для данного вида при плотности поселе-
ния, близкой к 10 экз/уч. пл. (Максимович, Погребов, 1986). Для определения оптимальной учетной площади использовался индекс Кульчинского (Weinberg, 1978):
. = min([.\. )
S [ + S \ '
где i - число i-того вида на единицу площади (х или \). Удовлетворительным принимался такой размер учетной рамки, при котором сходство по плотности поселений исследованных видов с превосходящими по величине учетными площадками сохранялось на уровне не менее чем 75%, а коэффициент Кульчинского достигал величины 0.7. Все фотоснимки сканировали и обрабатывали с использованием графического редактора "Adobe® Photoshop® 4.0". Методом наложения точек по полученным изображениям рассчитывали проективное покрытие (в %), а также количество особей на 1 м2.
Видеосъемка применялась как для прямого анализа количественных характеристик бентоса, так и в качестве вспомогательного метода для расчета оптимальной площади учетных рамок при фотографировании. Использовали два способа видеоучета. При первом способе проводили видеосъемку размеченных участков площадью от 2 до 6 м2, расположение и величина которых зависели от средних размеров исследуемых таксонов и пространственной протяженности поселений макробентоса. Участки размечали реперными знаками из светлого пластика. Для максимального приближения камеры ко дну и, соответственно, для лучшей детализации снимаемых объектов использовали широкоугольную насадку-конвертер на объектив с коэффициентом увеличения угла охвата 0.4. Видеосъемку проводили аналоговой видеокамерой SONY-TR717E формата video HI8 с последующей оцифровкой материала на компьютере по каналу S-Video.
При втором способе видеоучета (Osborne, Oxley, 1997) съемку проводили на тех же участках дна, но уже по трансек-там, проложенным вдоль изобат. Длина трансект также зависела от пространственной протяженности поселений бентоса на данном скальном участке и варьировала от 4 до 20 м. Водолаз-оператор проходил вдоль трансекты дважды, проводя съемку с обеих сторон проложенной рулетки. Расстояние между объективом камеры и дном, равное 0.45 м, было выбрано экспериментально. Таким образом, ширина полосы захвата составляла 0.4 м, а общая площадь отснятых трансект варьировала от 3.2 до 16 м2. Количество трансект зависело от высоты подводной скалы или рифа от его вершины до основания. Видеосъемку проводили цифровой видеокамерой JVC-GRDVL910A формата mimiDV с последующим переносом отснятого материала на компьютер по цифровому каналу IEEE-1394.
Захват видеокадров производился в среде программы для обработки видеоматериала "Adobe® Premiere 6.0". Затем с помощью графического пакета "Adobe® Photoshop® 7.0" отдельно взятые кадры видеосъемки совмещались до получения изображения выбранной учетной площади или отрезка тран-секты. При анализе данных, полученных первым способом видеоучета, исследованный участок разбивали по реперным знакам на отдельные квадраты площадью 1 м2. При втором способе видеоучета для удобства анализа изображение тран-секты разбивали на отрезки длиной 1 м. Полученные двумя способами изображения в формате "JPEG" были проанализированы методом цветового сегментирования (Whorff, Griffing, 1992; Bernhardt, Griffing, 2001) с помощью альтернативного графического пакета "Corel DRAW® 10.0". Для окончательной оценки проективного покрытия исследуемыми видами цветные аппроксимации видеоизображений экспортировали из
"Corel DRAW® 10.0" в среду чертежного пакета "AutoCAD® 2000". Для сравнительного анализа проективное покрытие на одном из учетный: участков площадью 2 м2 бышо оценено несколькими методами: цветовой сегментацией, по регулярно и случайно расположенным точкам и по четырем учетным рамкам площадью 50 х 50 см, расположенным внутри участка случайным образом.
Результаты и обсуждение. Оптимизация учетной площади по данным фото- и видеосъемок выявила следующее: рамка площадью 0.06 м2 эффективна только для актинии Metridium senile fibriatum, так как на большинстве станций этот вид достигает относительно высокой плотности - не менее 10 экз. на данную учетную площадь. Для мидии Crenomy-tilus grayanus рамка площадью 0.06 м2 не удовлетворяет требованию по минимальному количеству особей (10 экз.) на данную учетную площадь, поэтому для этого вида необходимо анализировать большие по размерам учетные рамки. Использование учетных рамок меньших размеров для гидроида Solanderia misakinensis неэффективно по двум причинам. Во-первых, из-за особенностей строения колонии гидроида, способной сдвигаться под действием течения и закрывать большую часть учетной рамки и соседние виды бентоса. Во-вторых, достаточно большие размеры колоний не позволяют адекватно оценить среднюю плотность поселений по 9 минимальным рамкам. Расчетная зависимость коэффициента Кульчинского от площади учета показала, что площадь оп
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.