Пространственный анализ растительности

Анализ пространственных структур - сравнительно недавняя тема экологических исследований (отметим роль, которую сыграли пионерные работы Pielou, 1977; Ripley, 1981 и др.), поэтому в этой области до сих пор много концептуальных и методологических проблем. Не до конца разработан даже такой принципиальный вопрос, как корректное планирование и проведение сбора полевого материала (Dutilleul, 1993).

Тем не менее, к настоящему времени в литературе опубликованы десятки пространственных индексов, мер, методов; наиболее полное на сегодняшний день описание подходов к пространственному анализу растительности на всех уровнях исследования приведено в работе (Dale, 1999). Разнообразие методов связано с объективной сложностью феномена, с тем, в частности, что пространственно обусловленные свойства трудно выделяемы из общего набора свойств любого экологического объекта.

Концептуально пространственный анализ основан на таком понятии, как гетерогенность (Dutilleul, Legendre, 1993). Пространственную гетерогенность принято рассматривать как мозаику экологических условий, как мозаику экосистем различных типов или как мозаику некоторых компонентов внутри экосистемы. Очевидно, что пространственная гетерогенность не статична, изменяется во времени, хотя изучению этого аспекта гетерогенности до сих пор посвящено немного работ (Fahrig, 1992). Гетерогенность также зависит от масштаба исследования. Ее конечную оценку во многом определяют два основных фактора, связанных с масштабом: разрешение данных (минимальная картируемая единица, размер пикселя, временной интервал и т.п.) и общий размер картированной площади или длительность всего периода наблюдений (Legendre, Legendre, 1998).

На практике пространственная гетерогенность представляется и оценивается различными способами, каждый из которых полезен для различных типов данных и использует свой набор методов. Существуют два основных подхода для представления гетерогенности в пространственных данных: контурный и точечный. Анализ контуров («patch» в англоязычной литературе) проводится преимущественно (но не обязательно!) по качественным переменным, картированным в пространстве. Такой тип данных носит название хороплетных карт (хороплеты - однородные участки территории); синонимы - категориальные, тематические, контурные карты. При этом полученные на карте дискретные структуры зачастую определяются тем, каким образом исследователь задал границы контуров, т.е., в определенной степени субъективно. В противоположность контурному, точечный анализ предполагает, что свойства системы пространственно непрерывны. Он менее зависим от априорных предположений о природе пространственной структуры. Однако, набором методов точечного анализа сложнее представить и проанализировать реально существующую дискретность экологических объектов (например, границы вырубок или сельскохозяйственных угодий); кроме того, на результат анализа пространственных свойств влияет плотность точек наблюдений.

Таким образом, каждый подход обеспечивает свой путь описания и анализа пространственных явлений, имеет сильные и слабые стороны, зависящие от изучаемого объекта. Анализ контуров использует упрощенное описание экосистемы, которое легче поддается интерпретации, чем точечный анализ. Последний, однако, может помочь в решении одной из основных проблем, возникающей при любом анализе пространственной гетерогенности - выборе подходящего масштаба для проведения исследования. Поэтому следует рассматривать методы анализа контурных и точечных данных не как альтернативные, а как взаимодополняющие подходы.

Некоторые способы представления и оценки пространственной гетерогенности (по Gustafson, 1998, с изменениями и дополнениями)