Биометрия как наука

Генеральная совокупность может состоять из такого большого количества единиц, что изучить их всех нет возможности. Поэтому практически приходится иметь дело со сравнительно небольшими выборочными совокупностями. Так, зоолог, изучающий в лесу тот или другой вид животных, отлавливает несколько экземпляров и по ним стремится сделать вывод обо всех особях вида.

Вопрос о том, в какой степени по выборочной совокупности можно судить о генеральной, принадлежит к числу важнейших теоретических и практических вопросов в биологической статистике.

Задачей изучения всякой совокупности является получение статистических (или, как иногда говорят, биометрических) характеристик, или показателей. Они позволяют судить о данной совокупности в целом, о различиях внутри нее и об отличии ее от других, сходных с ней или близких к ней совокупностей. Совокупность становится статистической именно тогда, когда в ее описание вносится количественный метод.

Применение количественного метода изучения совокупности и позволяет получать для нее ряд статистических показателей. С их помощью мы получаем основную информацию о совокупности.

Чтобы выборочная совокупность как можно полнее отражала гене ральную, необходимо учитывать следующие основные положения.

1. Выборка должна быть вполне представительной, или типичной, т.е. чтобы в ее состав входили преимущественно те варианты, которые наиболее полно отражают генеральную совокупность. Поэтому перед тем как приступить к обработке выборочных данных, их внимательно просматривают и удаляют явно нетипичные варианты. Например, при измерении длины колосьев нельзя включать в выборку испорченные головней или оборванные колосья, поскольку они нетипичны для такого рода выборки. При изучении хода роста деревьев в высоту надо исключить деревья, сломанные бурей, поврежденные огнем и т.д.

2. Выборка должна быть объективной. При образовании выборки нельзя поступать по произволу, включать в ее состав только те варианты, которые кажутся типичными, а все остальные браковать. Доброкачественная выборка производится без предвзятых мнений, по методу жеребьевки или лотереи, когда ни одна из вариант генеральной совокупности не имеет никаких преимуществ перед остальными - попасть или не попасть в состав выборочной совокупности. Иными словами, выборка должна производиться по принципу случайного отбора, без каких бы то ни было субъективных изъятий на ее состав.

3. Выборка должна быть качественно однородной. Нельзя включать в состав одной и той же выборки данные, полученные на особях разно го пола, вида, возраста или физиологического состояния, так как заве домо известно, что эти факторы по-разному сказываются на величине и функциональном состоянии признаков, по которым может быть образована выборочная совокупность. Неоднородный по составу материал не дает верной информации об изучаемых явлениях. Например, нельзя объединять в одну пробную площадь древостои разных типов леса, хотя бы они росли рядом, скажем сосняк брусничный и сосняк вересковый.

Все эти условия может соблюсти только специалист, хорошо знающий не только биометрию, но и предмет своего исследования. В нашем случае это лесовод.

Эмпирические, или выборочные, совокупности могут иметь самый различный объем. В зависимости от числа наблюдений принято различать м а л ы е выборки, содержащие не более 30 вариант, и выборки б о л ь ш и е 3 0, включающие в свой состав до 100-200 единиц совокупности и больше. Верхний предел здесь не ограничен. Принципиальной разницы между большой и малой выборками нет. Различать их приходится на том основании, что сравнительная оценка биометрических показателей, вычисляемых на малых выборках, находится в зависимости от числа наблюдений

Генеральная статистическая совокупность - некая философская категория, всеобъемлющая совокупность предметов, явлений, вещей, которая может рассматриваться как конечной, так и бесконечной, но обязательно качественно однородной и варьирующей по учетному признаку.

Выборочная (частичная) статистическая совокупность - это часть генеральной совокупности, удовлетворяющая требованиям репрезентативности.

Методы сбора и обработки информации в лесной биометрии.

 Выбор правильных методов сбора и обработки информации определяет результат исследования. Наиболее полно они разработаны К.Е.Никитиным и А.З.Швиденко, и мы здесь будем придерживаться этих методов.

Определенная научная или производственная задача, которая ставит ся в соответствии с очередными потребностями и планами развития от расли, может быть решена на основе накопленной информации или для ее решения может потребоваться сбор (полный или частичный) новой информации. В обоих случаях в большинстве лесоводственных задач на разных этапах используют нормативно-справочную информацию; иногда доля ее в общем количестве информации и влияние на конечные результаты весьма существенны.

Если имеющейся информации достаточно, то на ее основе форму лируют соответствующую гипотезу и разрабатывают модель, которую проверяют эмпирически при помощи статистических методов. Если же такой информации недостаточно, то принимают решение о конкретных путях исследования, которые определяются целью работы, финансовыми и трудовыми возможностями, имеющимися в наличии средствами сбора и обработки информации.

Одним из основных моментов при организации наблюдения является разработка правильной методики. Надо помнить, что ошибки, допущенные в методике сбора первичного материала, не могут быть потом исправлены никакой камеральной обработкой и вызовут или неточности, или ошибки в выводах.

Как известно, существует два основных способа наблюдений по ох вату единиц изучаемого объекта: сплошное обследование всех единиц изучаемой совокупности и частичное обследование, когда наблюдению подвергается лишь часть единиц изучаемой совокупности. В лесном хозяйстве обычно ограничиваются частичным (выборочным) обследованием.

Выборку производят для получения характеристики целого, подлежащего изучению. Та совокупность, которая подлежит изучению, называется общей, или генеральной, а отобранные из нее единицы наблюдения представляют частичную, или выборочную, совокупность. Относительная часть, которую составляет число единиц с данным значение признака от общего числа единиц совокупности, называется в генеральной совокупности - долей, а в выборочной - частностью.

Как сплошное, так и не сплошное наблюдение по способу производства может быть;

По связи с объектом - непосредственное, экспедиционное, корреспондентское и отчетное;

По времени производства - непрерывное, по мере возникновения явления (например, фенологическое); периодическое (повторное) - через определенные промежутки времени и единовременное или однократное;

По источникам - собственное наблюдение, устный и письменный (анкетный) опрос и по документальным материалам – литературным, служебным и архивным данным.

По особенностям отбираемых единиц: отбор средних типичных единиц, применяемый в лесной таксации; отбор случайных единиц, производимый по специальному плану, который является в статистике основным;

по виду самого отбора: бесповторное, когда отобранная единица после производства наблюдений над ней не возвращается в генеральную совокупность; повторное, когда обследованная единица возвращается в генеральную совокупность и может снова попасть в отбор.

По принципу взятия единиц - случайный, типический (по группам, однородным по какому-либо признаку) и механический. Отбор можно производить или из всей совокупности, а также из ограниченной совокупности. В последнем случае единицы с крайними значениями при знака не принимаются во внимание, отбор может вестись и из частных совокупностей, на которые общая совокупность разбита на основе количественных (например, ступени толщины) или же качественных (напри мер, классы роста деревьев) признаков. Частичное наблюдение методом случайного отбора, при котором каждая единица изучаемого объекта обладает одинаковой с другими возможностью попасть в выборку, обеспечивает полную объективность наблюдения.

При работах в лесу случайность (объективность) отбора осуществляется применением механического отбора по принципу бесповторной выборки. В этом случае любая единица совокупности может попасть в выборку только один раз.

Принцип выборочного метода теоретически обоснован выдающимся русским математиком П.Л. Чебышевым (1821 – 1894), доказавшим, что при достаточно большой выборке выборочная средняя может быть как угодно близка к генеральной средней. Отсюда вытекает, что частость признака в выборочной совокупности может быть как угодно близка к доле этого признака в генеральной совокупности. Другими словами - достаточно большая выборка правильно воспроизводит особенности и свойства генеральной совокупности и тем лучше, чем относительно больше выборка.

Отбор единиц можно производить по методу случайной выборки, когда из совокупности наудачу, вслепую (например, по жребию) отбирают нужное число единиц. Это довольно сложно, а в условиях леса практически неприменимо. Поэтому материал наблюдения при исследованиях в лесном деле собирают путем механического отбора.

Сущность этого способа состоит в том, что всю совокупность механически разбивают на число частей, одинаковых по размеру или количеству единиц, соответствующих числу наблюдений, и в каждой части наудачу выбирают единицу для наблюдения. Можно разбить и на число частей, в несколько раз меньшее количества наблюдений. В этом случае из каждой части нужно взять наудачу не по одной единице, а во столько раз больше, во сколько нужное для наблюдения количество единиц больше числа механически образованных частей или групп.

Есть несколько широко применяемых способов отбора.

1. Способ полосок.

Поперек обследуемой площади (например, лесосеки), через одинаковое расстояние закладывают ленты одной и той же ширины, например, 1, 2 или 10 м, со сплошным обследованием на каждой. Площадь всех полосок или лент, выраженная в процентах от всей площади обследования, даст процент выборки. Величина процента выборки зависит от величины обследуемой площади (чем больше площадь, тем меньше может быть процент выборки) и степени колеблемости изучаемого признака: чем больше степень изменчивости признака, тем больше должна быть выборка. Поэтому число лент в разных случаях может быть разное. Значит, до составления методики нужно иметь представление о размерах обследуемых площадей и примерной изменчивости признака. Последнее определяется или по литературным данным, или по материалам лесхоза, или же путем предварительной закладки опыта.

2. Способ площадок.

Площадки строго одинакового размера и формы закладывают через одно и то же расстояние одна от другой.

Ширина и длина площадок в разных случаях может быть разной, т. Е площадки могут быть квадратными (например, 11,22 м), прямоугольными (например, 12,23,24 м), круговыми и т.д.. Площадки размещают по площади или рядами, когда они лежат в один ряд, т. е. на одной линии как в продольном, так и в поперечном направлении, или же в шахматном порядке. Это зависит от наблюдателя. Расстояние измеряется от центра площадок.

Такой способ применяют, например, при учете естественного возобновления. При учете культур площадками за учетные площадки прин мают посадочные или посевные места. Последние для наблюдения можно отбирать или целыми полосами, расположенными через одинаковые расстояния друг от друга, или же отдельными площадками, когда в пределах полосы обследуют не все площадки, а лишь через одно и то же их количество, например - каждую пятую, каждую десятую и т.д., независимо от того, какой по своему состоянию она окажется.

3. Способ визиров.

На обследуемой площади через одно и то же расстояние один от другого пробивают визиры. На каждом визире учетные единицы (площадки, экземпляры и т. п.) для наблюдения можно отбирать двумя способами.

В каждую энную (например, десятую, двадцатую и т.д.) по ходу, но только всегда или слева, или только справа, независимо от того, какой по своему состоянию окажется отобранная единица наблюдения.

Следует заметить, что принцип отбора энной (пятой, десятой и т.д.) по порядку единицы наблюдения можно применять, например, и при отборе веток деревьев для изучения плодоношения и в ряде других случаев; при сплошных перечетах - отбор для более детального изучения каждого энного дерева подряд. Так берут модельные и учетные деревья.

При производстве наблюдений важным является разработка формы записи данных наблюдения с четким перечнем всех признаков, подле жащих учету, и указанием единиц и точности измерения. От качества формы записи зависит и полнота получаемых сведений. Форма записи может быть списочная, когда в ведомость заносятся данные наблюдений по каждой единице наблюдения в порядке обследования, и карточная, когда все данные о каждой единице наблюдения заносятся в отдельную карточку или бланк. Характерным примером здесь будет карточка таксации модельного дерева. Карточная система записи удобнее в том отношении, что сильно облегчает камеральную обработку при сводке и группировке материала по разным признакам. В настоящее время все чаще для записи используют носители информации для компьютеров, которые вставляют в специальные устройства. В этом случае информация сразу вводится в ПК, исключая ее набор, что многократно ускоряет процесс обработки информации.

Перед началом исследований разрабатывается методика производства наблюдения: уточняется единица наблюдения, если она сложная, определяются ее размеры и форма (ленты, пробные площадки и площади); устанавливается точность конечного результата и необходимое количество единиц наблюдения, способ производства наблюдения, отбора единиц; оформление единиц наблюдения в натуре; сроки наблюдений и единицы измерений. Составляется календарный план работ и смета расходов.