Определение положения видов в многомерном экологическом пространстве методами

Определение положения видов в многомерном экологическом пространстве методами многомерного шкалирования и классификации Михалап С. Г. Ассистент кафедры ботаники и экологии растений (Псков. ГУ)

Особенности распределения видов и сообществ в пространстве – важные показатели, характеризующие состояние экологических систем и особенности их организации.

Понятие ординации: Ординация (от лат. ordination расположенный в порядке) упорядочение видов или Сообществ вдоль некоторых осей, определяющих характер их варьирования.

Методы ординации: прямая (ординация ведется по реальным факторам среды – экологическим, пространственным, временным), «полупрямая» (ось фактора задается максимальными и минимальными значениями при невозможности прямым способом измерить все значения фактора – например, пастбищная нагрузка) непрямую (упорядочение объектов происходит вдоль направления изменения сходства между описаниями или связи между видами)

Методы ординации: одномерная (ординация ведется вдоль одного фактора или одной оси) многомерную экологическую (призванную оценивать связь видов или сообществ с факторами среды, вскрывать влияние этих факторов и учитывать распределение видов вдоль них) синтаксономическую (призванную оценивать Структуру сообществ в пространстве выделенных

В настоящее время в экологии все большую популярность получают методы многомерного анализа данных

Пример графического отображения многомерного пространства (3 D) Фактор 3 Фа кт ор 1 Фа к р2 то

Современными методами решения задач пространственного размещения организмов являются методы многомерного шкалирования и классификации (кластерный анализ)

МНОГОМЕРНОЕ ШКАЛИРОВАНИЕ Многомерное шкалирование позволяет провести анализ наиболее эффективного размещения объектов с сохранением наблюдаемых между ними расстояний, т. е. дистанций многомерного экологического пространства.

Кластерный анализ Главное назначение кластерного анализа – разбиение множества объектов и признаков на относительно однородные в некотором смысле группы (кластеры)

Демонстрация подхода Объектов анализа выступают древесные сообщества южнотаежных лесов Центрально-лесного биосферного заповедника.

Материалы, послужившие основой для данной работы, были собраны в 2008 г. на территории Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника сотрудниками ИПЭЭ им. А. Н. Северцова

Материалы и методы: Измерения проводилисьна постоянной трансекте протяженностью 2280 м, пересекающей различные типы коренных ельников с регулярным шагом (20 м) расположения учетных площадок. Трансекта отмечена визированными точками, которые привязаны при помощи системы GPS в системе координат WGS 84.

Материалы и методы: Обилие каждого вида деревьев оценивалось в виде суммы площадей сечения на гектар. Сумма площадей сечений измерялась с помощью релаксометра (вилки) Битерлиха

Видовой состав древесных растений, представленных на трансекте: Ясень (Fraxinus sp. ) Рябина (Sorbus aucuparia L. ) Липа (Tilia cordata Mill. ) Клен (Acer platanoides L. ) Вяз (Ulmus sp. ) Сосна (Pinus silvestris L. ) Береза (Betula pendula L. ) Ива (Salix sp. ) Осина (Populus tremula L. ) Ольха (Alnus incana (L. ) Moench. ) Ель (Picea abies (L. ) H. Karst. )

Объединение экологической информации осуществлялось в информационных средах программ Statistica 8. 0 и MO Excel.

Измерение экологической дистанции между видами деревьев осуществлялось путем преобразования матрицы коэффициентов непараметрической γ -корреляции Кендалла

Процедура преобразования матрицы Di, i+k = 1 -γ (xi, xi+k), где xi, xi+k – значения обилия вида i и i+k по всему множеству наблюдений, а D – дистанция между объектами

Результаты кластерного анализа

Результаты: многомерное шкалирование Процедура многомерного шкалирования предполагает определение размерности экологического пространства, которую оценивали по величине стресс - функции (Stress)

Определение размерности экологического пространства по функции стресса

Взаиморазмещение видов деревьев в осях двухмерного экологического пространства

Коэффициенты чувствительности видов к виртуальным факторам экологического пространства Номера факторов Вид Факто р1 Факто р2 Индикаторы гомогенных подобластей Фактор 1 Фактор 2 Вяз 0, 6679 0, 0707 7 9 + + Клен 0, 6352 0, 0957 4 6 + + Ясень 0, 7652 0, 6637 5 2 + + 0, 4 27 07 + - 0, 1 19 73 + - Липа Рябина 0, 6920 4 0, 9051 3

Выводы: 1. 2. Размещение видов деревьев на трансекте носит неравномерный характер Общее выделение территориальных сообществ организмов можно осуществить на основании кластерного анализа по значениям координат экологического пространства

3. По результатам многомерного шкалирования определяется не только размерность экологического пространства, но и чувствительность видов к гипотетическим факторам, т. е. определяется их взаиморасположение в векторном пространстве

Выводы: 4. Совместное устойчивое сосуществование видов в гомогенном пространстве возможно, если каждый вид управляется собственными факторами или, по крайней мере, величины коэффициентов чувствительности разных видов к этим факторам различны

Выводы: 5. Методы многомерного шкалирования и классификации позволяют подойти к исследованию многокомпонентных сложных экологических систем при любых распределениях и любой форме представления данных и обнаружить закономерности размещения организмов в условиях многомерного экологического пространства.