ЭКОЛОГИЯ, 2012, № 4, с. 243-251
УДК 504.5:661+574.4+574.002
ВОЗДЕЙСТВИЕ ТОЧЕЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭМИССИИ ПОЛЛЮТАНТОВ НА НАЗЕМНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ: ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПУБЛИКАЦИЯХ © 2012 г. М. В. Козлов*, Е. Л. Воробейчик**
*Университет города Турку, Лаборатория экологии 20014 Турку, Финляндия E-mail: mikoz@utu.fi **Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 E-mail: ev@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 19.07.2011 г.
В современной экологии мета-анализ, принципы которого кратко изложены в настоящей работе, постепенно вытесняет традиционные обзоры литературы и приобретает статус негласного стандарта для обобщения результатов независимых исследований. Показано, что существенная доля публикаций, посвященных воздействию промышленного загрязнения на наземную биоту, не может быть использована для мета-анализа из-за погрешностей изложения результатов. В связи с этим предложен вариант протокола для описания результатов подобных исследований, включающий обязательные и желательные характеристики источника выбросов, импактного региона, объектов исследования и схем сбора материала. При изложении результатов строго обязательно приведение среднего значения, меры его изменчивости и объема выборки, по которой рассчитаны эти величины. Несоблюдение элементарных требований к представлению результатов в публикациях приводит к исключению ценной информации из научного оборота.
Ключевые слова: промышленное загрязнение, точечный источник эмиссии поллютантов, импактный регион, наземные экосистемы, мета-анализ, научные публикации, протокол описания результатов.
В предыдущей работе (Воробейчик, Козлов, 2012) мы рассмотрели методологические аспекты изучения импакных регионов, включая наиболее распространенные ошибки, допускаемые при сборе данных в условиях пассивного эксперимента. Однако не менее важно корректно проанализировать и детально описать собранный материал. Исходя из назревшей в импактной экологии необходимости количественного обобщения результатов независимых исследований, в данной работе мы обсудим основные требования к представлению информации в публикациях.
МЕТА-АНАЛИЗ - ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ОБОБЩЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НЕЗАВИСИМЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Выявление закономерностей на основе обобщения частных результатов - наиболее интересная, но в то же время и наиболее трудная задача любого научного исследования. Хотя статистический анализ широко применяется в экологии начиная с первой четверти XX в., вплоть до 1970-х годов не существовало формализованных спосо-
бов количественного обобщения накопленной информации. Вследствие этого обзорные работы страдали от неизбежного, порой неосознанного, субъективизма: их выводы были невоспроизводи-мы из-за отсутствия строгих критериев как подбора рассматриваемых публикаций, так и оценки качества содержащихся в них материалов.
Эта проблема была решена с появлением мета-анализа — относительно нового статистического подхода, позволяющего количественно объединять результаты нескольких независимых исследований (Шитиков и др., 2008; Borenstein et al., 2009). Суть мета-анализа заключается в переводе разнородных данных из отобранных по определенным критериям публикаций в сопоставимые величины эффектов (effect sizes) с последующим анализом полученных оценок для нахождения общих закономерностей, а также для выявления факторов, определяющих изменчивость результатов исследований (Gurevitch, Hedges, 2001). При этом мета-анализ в явном виде учитывает репрезентативность каждого из первичных исследований, придавая больший вес тем работам, которые
основаны на большем количестве независимых повторностей.
Далеко не каждая задача заслуживает применения мета-анализа. Он наиболее эффективен в тех случаях, когда накоплен значительный объем информации, и ее предварительный анализ показал, что в среднем величины эффектов относительно малы, результаты различных исследований противоречивы, а также есть основания подозревать смещение оценок величины и направленности эффекта из-за предвзятости исследователей и/или редколлегий журналов. Влияние промышленного загрязнения на биоту с полным правом можно отнести именно к такому типу задач.
Объективность мета-анализа достигается сочетанием двух обстоятельств — четко сформулированными критериями отбора публикаций и объединением результатов первичных исследований на основе статистического подхода. Теоретически выводы мета-анализа воспроизводимы: любой профессионал, используя описанные критерии отбора публикаций и методы поиска информации, соберет тот же самый набор первичных исследований, извлечет из них те же данные и придет к тем же заключениям, что и его предшественники.
Следует признать, что мета-анализ не лишен недостатков. Одна из основных проблем — крайняя сложность учета иерархии и анализа взаимодействия исследуемых факторов. Более того, сама правомерность применения мета-анализа до сих пор ставится под сомнение рядом скептиков (хотя нарекания, как правило, вызывают конкретные некачественно выполненные работы, а не собственно идеология метода). Тем не менее мета-анализ получил широкое распространение во многих областях, особенно в медицине; он широко применяется и в современной экологии, постепенно вытесняя традиционные обзоры и приобретая статус негласного стандарта для генерализации информации (Gates, 2002; Stewart, 2010). Можно ожидать, что в недалеком будущем ведущие международные журналы перестанут публиковать традиционные обзоры, и все обобщающие работы будут основаны на мета-аналитическом подходе.
В предыдущей работе (Воробейчик, Козлов, 2012) была описана база данных по публикациям, посвященным изучению влияния точечных источников эмиссии поллютантов на наземные экосистемы. К настоящему времени на ее основе выполнены мета-анализы исследований воздействия загрязнения на обилие и разнообразие мохообразных (Zvereva, Kozlov, 2011), почвенных микромицетов (Ruotsalainen, Kozlov, 2006) и наземных членистоногих (Zvereva, Kozlov, 2010), разнообразие (Zvereva et al., 2008), рост и размножение (Zvereva et al., 2010), обилие (Zvereva, Kozlov, 2012) и флуктуирующую асимметрию (Kozlov
et al., 2009) сосудистых растений. В процессе подготовки мета-анализ исследований влияния загрязнения на обилие и разнообразие птиц и кольчатых червей, а также деструкцию органического вещества. Примерами мета-анализа результатов изучения эффектов регионального загрязнения могут быть работы, посвященные действию озона на сельскохозяйственные культуры (Feng, Koba-yashi, 2009) и деревья (Wittig et al., 2009), развитию паразитарной инвазии (Vidal-Martinez et al., 2010) и окислительного стресса (Isaksson, 2010) при повышении концентраций поллютантов, а также закономерностям аккумуляции кадмия в организме млекопитающих (Veltman et al., 2007).
Простейший мета-анализ проводят для поиска общей закономерности в совокупности первичных исследований, авторы которых пришли к различным, часто противоречащим друг другу, выводам. Например, в некоторых работах не была обнаружена связь между уровнем загрязнения и разнообразием растительных сообществ; более того, в ряде случаев разнообразие возрастало с загрязнением. Тем не менее мета-анализ всей совокупности публикаций показал, что в целом загрязнение ведет к уменьшению разнообразия сосудистых растений (Zvereva et al., 2008).
В то же время мета-анализ не сводится к простому суммированию опубликованных данных. Наиболее важная и интересная его составляющая — поиск причин, обусловливающих различия между результатами индивидуальных исследований. При решении этой задачи часто удается получить принципиально новую информацию, которая не содержалась ни в одной из первичных публикаций. Например, в мета-анализе работ, посвященных изменению разнообразия растительных сообществ, был сделан вывод о влиянии климата на величину эффектов: оказалось, что отрицательные эффекты менее выражены в высоких широтах (Zvereva et al., 2008). В другом случае удалось показать, что обилие нескольких групп биоты уменьшалось с увеличением длительности воздействия, тогда как влияние загрязнения на параметры организменного уровня этих же групп (размеры особей, выживаемость) с течением времени ослабевало (Kozlov, Zvereva, 2011).
Немаловажно, что мета-анализ позволяет выявить наименее изученные аспекты анализируемой проблемы, тем самым определяя стратегию дальнейшего поиска. Во-первых, это достигается четкой визуализацией того, насколько равномерно представлен материал по тем или иным объектам, во-вторых, акцентированием внимания на отсутствии эмпирического подтверждения тех закономерностей, которые считаются тривиальными и не изучаются.
Мета-анализ может быть реализован только в том случае, если публикации с изложением пер-
Таблица 1. Сравнение случайно выбранных 50 работ российских и 50 работ зарубежных авторов по представленности данных, определяющих качество эмпирического исследования и его пригодность для мета-анализа
Показатель Авторы публикации х2/р
российские зарубежные
Наличие данных:
сроки сбора материала 30 46 14.0/0.0002
количество участков 49 49 0.0/1.00
расположение участков 14 43 34.3/<0.0001
количество проб 24 19 1.02/0.31
среднее, мера изменчивости 14 34 16.0/<0.0001
Качество исследования:
наличие статистического анализа 16 48 44.4/<0.0001
количество участков (на публикацию) 10.5 17.1 14.3/0.0002
количество величин эффектов, которые можно рассчитать (на публикацию) 3.8 9.0 7.61/0.006
количество вербальных выводов (на публикацию) 5.5 10.6 2.82/0.09
вичных материалов позволяют рассчитать величину эффекта. Для этого описание результатов должно удовлетворять нескольким элементарным требованиям. Как правило, для расчета величин эффекта необходимы либо (а) величина коэффициента корреляции между уровнем загрязнения (расстоянием до источника выбросов) и параметром биоты, а также количество повтор-ностей, либо (б) средние значения, характеристика изменчивости (среднеквадратическое отклонение или стандартная ошибка) и количество по-вторностей для "опыта" (загрязненные участки) и "контроля" (фоновая территория). Если хотя бы
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.