Применение ГИС-технологий для оценки биоразнообразия растительности

В настоящее время практически вся работа с анализом пространственной информации осуществляется с применением технологий геоинформационных систем. Не исключение в этом смысле и задачи по оценке биоразнообразия и принятия решений по его сохранению на ландшафтном уровне.

Однако зачастую ГИС используют только для визуализации данных, в то время как теоретические разработки в ландшафтной экологии предлагают широкий набор методов для оценки пространственных характеристик ландшафта. Теоретическая проблема здесь заключается в выборе подходящих количественных мер для оценки пространственных параметров экосистемного и видового разнообразия на ландшафтном уровне. Популярные и широко используемые индексы биоразнообразия Шеннона, Симпсона (Мэгарран, 1992) способны дать количественную оценку компонентов разнообразия, но не учитывают информацию о пространственном расположении отдельных объектов. В настоящее время наблюдается тенденция объединения традиционных подходов к оценке биоразнообразия с возможностями пространственного анализа.

Предложена методика оценки пространственного разнообразия растительности на основе применения ГИС-технологий, дополняющая разработанную ранее компьютерную методику оценки экосистемного и видового разнообразия растительности (Заугольнова и др., 1995; Khanina et al., 2000). По разработанной методике оценена динамика пространственных параметров разнообразия древесной растительности Приокско-Террасного заповедника (Смирнов, 2001; Смирнов и др., 2001). Использовались лесоустроительные карты 1981 и 1999 годов, связанные с базами данных лесотаксационных описаний; минимальной единицей анализа был лесотаксационный выдел. В качестве исследуемых переменных были выбраны: доминанты древесного яруса, возраст доминирующей вида, доминанты подроста, полнота древостоя, встречаемость основных видов древесного яруса. Выделы с одинаковыми значениями анализируемых переменных и общими границами объединены в однородные контуры.

Пространственная структура ландшафта анализировалась посредством исследования нескольких классов соответствующих индексов (метрик). Анализировали следующие параметры: площади, периметры, их отношения, индексы формы, расстояния между однотипными контурами, индексы разнообразия и выровненности. Пространственные параметры однотипных контуров растительности исследовались в ГИС ArcView с использованием приложений Spatial Analyst и Patch Analyst (Elkie et al., 1999). Метрики, реализованные в Patch Analyst, рассчитывались по алгоритмам программы пространственного анализа ландшафтов FRAGSTATS (McGarigal, Marks, 1995).

В целом, за 19-летний промежуток между двумя таксациями существенных изменений в структуре растительности не произошло. В то же время отчетливо выражены следующие тенденции. Выравнивался видовой состав древостоя на всей территории заповедника, о чем свидетельствовало общее уменьшение фрагментированности ландшафта по признаку встречаемости видов. Увеличилась площадь, занятая полидоминантными древостоями -выросла видовая насыщенность древесного яруса. Продолжалась смена раннесукцессионных видов позднесукцессиоными, но за рассмотренный период этот процесс прослеживался только по динамике пространственных параметров встречаемости березы и липы. Сопоставление среднего расстояния между однотипными контурами, выделяемыми по составу (или доминированию) древесных видов, с дальностью диссеминации этих видов было использовано для оценки возможностей расселения позднесукцессионных видов и прогноза сукцессионной динамики растительности. На территории заповедника расстояние между контурами с доминированием ели намного меньше дальности ее диссеминации (у липы иная ситуация). Соответственно, в дальнейшем будет усиливаться позиция ели в растительном покрове заповедника.