К исследованию зависимости пространственной структуры древесного и травянистого ярусов

К ИССЛЕДОВАНИЮ ЗАВИСИМОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ДРЕВЕСНОГО И ТРАВЯНИСТОГО ЯРУСОВ
Н.А. Чижикова, Т.И. Назарова, Т.В. Рогова

Казанский государственный университет, Казань, chizhikova_n@rambler.ru

ON INVESTIGATION OF RELATIONSHIP BETWEEN SPATIAL STRUCTURE TREES COVER AND GRASS PATTERNS

N.A. Chizhikova, T.I. Nasarova, T.V. Rogova

Kazan State University, Kazan

Каждое естественное, сложившееся сообщество никогда не бывает абсолютно однородным, гомогенным на всем занимаемом им пространстве. Оно имеет различную структуру, представленную обычно участками, различающимися каким-либо одним или рядом признаков и свойств (экологическими, ценотическими, физиологическими).

Пространственная дифференциация растительного покрова обусловлена многими причинами: взаимодействиями видов на популяционном уровне, вариациями абиотических факторов (температуры, влажности, доступности элементов питания), связанными во многом с рельефом. Древесный ярус влияет на абиотические условия, изменяя доступность ресурсов для других популяций экосистемы. Пространственное распределение ресурсов в свою очередь значительно влияет на процессы роста, размножения и расселения организмов. Таким образом, остальная часть экосистемы, травянистый ярус должны функционировать в пространственной структуре доминирующих древесных видов.

В данной работе была исследована связь характеристик пространственной структуры древесного покрова с геометрией, богатством группировок в травянистом ярусе, а также предпринята попытка установить пространственные закономерности структуры древесного и травянистого покровов.

Для выполнения работы был заложен профиль протяженностью около 5 км от южной опушки до северной границы Раифского участка Волжско-Камского государственного биосферного природного заповедника. В пределах профиля с июня по июль 2005 года было исследовано 13 пробных площадок площадью 2500 м² в 19, 20, 25, 34, 39, 49, 50, 76, 77 и 87 кварталах. Профиль проходит через различные типы растительных ассоциаций, начиная от липняков в южной части заповедника и заканчивая сосняками в северной; пересекает пойму реки Сумки. В рассмотрение попадают и территории, подвергшиеся значительной антропогенной нагрузке (придорожный участок у пос. Раифа).

На площадках фиксировалась следующая информация: картировались травянистые микрогруппировки, местоположение и диаметр стволов деревьев. Микрогруппировки и их геометрия в травянистом ярусе выделялись визуально, на основе состава доминирующих видов. Учитывалось пять древесных пород: береза повислая, дуб черешчатый, ель финская, липа сердцелистная, сосна обыкновенная. Для каждой травянистой микрогруппировки отмечалась сомкнутость крон древесных пород и проективное покрытие травостоя. Дополнительно характеризовался в виде словесных описаний рельеф, породный состав и сомкнутость кустарникового яруса.

Закартированная информация была переведена в цифровой формат с помощью программы Easy Trace. Информация разнесена по двум векторным слоям: слой для площадных объектов – микрогруппировок, слой с точечными объектами – деревьями. В процессе трассировки к точечным объектам прикреплена атрибутивная информация о древесной породе и диаметре ствола. Далее для визуализации данные были экспортированы в формат программы MapInfo. В этой программе к площадным объектам травянистых микрогруппировок добавлена атрибутивная информация о видах-доминантах, сомкнутости крон над группировкой. С помощью языка запросов SQL из карт была выделена информация о площади и извилистости контура травянистых микрогруппировок, координаты местоположения стволов деревьев. Эта информация была сведена в базу данных формата Microsoft Access. В этой программе в полной мере реализован язык запросов SQL, что значительно облегчило последующий анализ микрогруппировок.

Для анализа пространственной структуры древесного покрова вычислялись различные индексы точечного распределения, основанные на метриках ближайшего соседства [1,2]. Для оценки степени неравномерности, кластеризации распределений древесных пород в пределах площадки, с помощью программных пакетов в языке R [3] вычислялось распределение расстояний до ближайшего соседа, которое затем сравнивалось с теоретическим распределением, ожидаемым при полной случайности распределения. Также с помощью данных пакетов был проведен анализ К-функции Рипли, характеризующей кумулятивное распределение частот наблюдений для данного расстояния между точками (в нашем случае стволами деревьев). С помощью данной функции оценивалась ассоциированность и отталкивание групп древесных видов.

Была исследована зависимость между микрогруппировками травянистого яруса и древесными породами. Неравномерность распределения деревьев относительно травянистых микрогруппировок была оценена с помощью распределения Хи-квадрат.

Список литературы

1. Fortin M.-J., Dale R.T., Hoef J. Spatial analysis in ecology. // Encyclopedia of Environmetrics, vol 4, pp 2051–2058. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd, 2002.

2. Turner M.G., Gardner R.H., O’Neill R.V. Landscape ecology in theory and practice. Pattern and process. / M.G. Turner, R.H. Gardner, R.V. O’Neill. - New-York: Springer-Verlag, 2001. 401 p.

3. Venables W.N., Ripley B.D. Modern Applied Statistics with S / W.N. Venables, B.D. Ripley. - New-York: Springer-Verlag, 2002. 495 p.