Савельев Анатолий Александрович. Биохорологическое разнообразие и моделирование пространственной структуры растительного покрова (Геоинформационный подход)

Короткий опис

Савельев Анатолий Александрович. Биохорологическое разнообразие и моделирование пространственной структуры растительного покрова (Геоинформационный подход) : Дис. ... д-ра биол. наук : 03.00.16 : Казань, 2004 312 c. РГБ ОД, 71:05-3/95

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина»
На правах рукописи
УДК 581.526.12:574.22; 519.23/.25
САВЕЛЬЕВ АНАТОЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
БИОХОРОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
(ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД)
03.00.16 -экология
диссертация
на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Научный консультант: д.б.н., профессор Т.В. Рогова
Пре зидиум ВАК России ,
(решение от "OJjL." Лт$Г..
присудил ученую степень ДОКТОРА
наук
^Начальник управления ВАК России
КАЗАНЬ -2004

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ, АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И 12
ХОРОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ
1.1 Общие методологические ПОДХОДЫ изучения природных систем 12
1.2 Биотическая составляющая природных систем 21
1.3 Анализ пространственной структуры растительного покрова как компонента 27
природных систем
1.4 Моделирование пространственной структуры растительного покров а 47
ГЛАВА 2. ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ 61
ИССЛЕДОВАНИЯ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ФОРМАЛИЗАЦИЯ
2.1 Ландшафтно-экологическая характеристика территории регионального уровня 61
исследований
2.2 Ландшафтно-экологическая характеристика территории локального уровня 20
исследований
2.3 Данные о растительном покрове 23
2.4 Характеристики состояния окружающей среды 27
2.5 Представление пространственной информации в геоинформационных системах 85
2.6 Формализация и пространственная унификация данных по территории 91
исследования
ГЛАВА 3. ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ФЛОРИСТИЧЕСКОГО СОСТАВА 95
РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
3.1 Построение вероятностной модели в рамках гипотезы индивидуальности 96
3.2 Оценка адекватности модели - Ю®
3.3 Применение вероятностной модели 106
ГЛАВА 4. ГРАДИЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ВИДОВ ФЛОРЫ И ОРДИНАЦИЯ 108
РАСТИТЕЛЬНОСТИ
4.1 Ординационные подходы к анализу состава и структуры растительного покрова Ю8
4.2 Методы непрямого градиентного анализа .109
4.3 Методы прямого градиентного анализа ИЗ
4.4 Градиентный анализ видов флоры сосудистых растений на территории РТ 116
4.5 Непараметрическая классификация и ординация растительности 137
4.6 Применение метода SOM для ординации растительности на территории РТ 144
ГЛАВА 5. ОТКЛИК ВИДОВ ФЛОРЫ НА ФАКТОРЫ СРЕДЫ И ЕГО 1 ■50
МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ
5.1 Логистическая регрессия 160
5.2 Нейронные сети прямого распространения 165
5.3 Факторный анализ экологических нищ 168
5.4 Непараметрическая модель на основе топографического отображения 123
5.5 Оценка адекватности и сравнение моделей 186
2

ГЛАВА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДОВ
ФЛОРЫ СОСУДИСТЫХ РАСТЕНИЙ
6.1 Пространственный прогноз распределения видов на основе моделей отклика на
факторы среды
6.2 Стохастическая пространственная составляющая распределения видов, ее анализ
и моделирование
6.3 Воспроизведение стохастической пространственной составляющей
распределения видов флоры на изучаемой территории
6.4 Пространственный прогноз распределения видов с учетом стохастической
составляющей
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 .Карта месторасположений флористических описаний на территории
Республики Татарстан. М 1:1 750 000
Приложение 2.Карта месторасположений флористических описаний на территории Раифского участка ВКГПЗ. М 1: 50 000
Приложение 3.Карты характеристик состояния окружающей среды. Республика Татарстан. М 1: 5 000 000
Приложение 4.Карты характеристик состояния окружающей среды. Республика Татарстан. М 1: 5 000 000
Приложение 5.Карты характеристик состояния окружающей среды. Республика Татарстан. М 1: 5 000 000
Приложение б.Карта типов местности Республики Татарстан. М 1:2 000 000 Приложение 7.Почвенная карта Республики Татарстан. М 1:2 000 000 Приложение 8.Карта гранулометрического состава почвенного покрова Республики Татарстан и карта преобладающих типов пород. М 1:2 800 000
Приложение 9.Карты характеристик состояния окружающей среды. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 60 000
Приложение Ю.Карты характеристик состояния окружающей среды. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 60 000
Приложение 11 .Карты характеристик состояния окружающей среды. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 60 000
Приложение 12.Карты характеристик состояния окружающей среды. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 60 000
Приложение 13.Карты характеристик состояния окружающей среды. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 60 000
Приложение 14.Карты характеристик состояния окружающей среды. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 60 000
Приложение 15.Прогноз вероятности присутствия для черники. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение Іб.Прогноз вероятности присутствия для черники. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 17.Прогноз вероятности присутствия для кислицы обыкновенной. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 18.Прогноз вероятности присутствия для кислицы обыкновенной. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 19.Прогноз вероятности присутствия для страусника обыкновенного. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
195
195
198
220
234
237
237 268
3

Приложение 20.Прогноз вероятности присутствия для страусника обыкновенного. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 21.Прогноз вероятности присутствия для пролесника многолетнего. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 22.Прогноз вероятности присутствия для пролесника многолетнего. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 23.Прогноз вероятности присутствия для лютика кашубского. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 24.Прогноз вероятности присутствия для лютика кашубского. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 25.Прогноз вероятности присутствия для прострела раскрытого. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 26.Прогноз вероятности присутствия для прострела раскрытого. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 27.Прогноз вероятности присутствия для ольхи серой. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 28.Прогноз вероятности присутствия для ольхи серой. Раифский участок ВКГПЗ. М 1:65 000
Приложение 29.Прогноз вероятности присутствия для белокрыльника болотного. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение ЗО.Прогноз вероятности присутствия для белокрыльника болотного. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 31 .Прогноз вероятности присутствия для хамедафне прицветничковой. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 32.Прогноз вероятности присутствия для хамедафне прицветничковой. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 33.Прогноз вероятности присутствия для ежи сборной. Раифский участок ВКГПЗ. М 1:65 000
Приложение 34.Прогноз вероятности присутствия для ежи сборной. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000
Приложение 35.Прогноз присутствия черники. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение Зб.Прогноз присутствия кислицы обыкновенной. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 37.Прогноз присутствия страусника обыкновенного. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 38.Прогноз присутствия пролесника многолетнего. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 39.Прогноз присутствия лютика кашубского. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 40.Прогноз присутствия прострела раскрытого. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 41.Прогноз присутствия ольхи серой. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 42.Прогноз присутствия белокрыльника болотного. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 43 .Прогноз присутствия хамедафне прицветничковой. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000 Приложение 44.Прогноз присутствия ежи сборной. Логистическая модель с учетом стохастической составляющей. Раифский участок ВКГПЗ. М 1: 65 000

Список літератури

выводы
1. Основанная на гипотезе об экологической индивидуальности видов и на концепции континуума вероятностная модель флористического состава растительного покрова адекватна имеющимся данным на модельную территорию, и обеспечивает единую концептуальную основу использования экологических факторов среды для количественного анализа, моделирования и пространственного прогноза флористического состава растительного покрова как совокупности индивидуальных стохастических откликов видов на экологические условия среды.
2. Использование вероятностной модели позволяет улучшить качество существующих методов градиентного анализа видов и сообществ, и предложить новые методы градиентного анализа на основе непараметрических моделей. Учет континуальности флористического состава достигается переходом от анализа и моделирования дискретного признака присутствия/отсутствия вида к моделированию непрерывной вероятности его присутствия, что обуславливает использование вместо традиционных флористических списков новых суррогатных объектов - вероятностных списков, полученных на основе вероятностной модели, и являющихся математическим выражением концепции континуума.
3. Применение предложенных в работе моделей отклика видов на факторы среды улучшает качество пространственного прогноза по сравнению с традиционными методами.
4. Локальные пространственные отклонения флористического состава от модели, обусловленной экологическими факторами среды, имеют свойства стационарного случайного процесса, что требует привлечения методов линейной геостатистики и имитационного моделирования при построении пространственных оценок флористического состава; результатом такого моделирования является воспроизведение локального «рисунка» распределения видов в пространстве (мозаичности), что невозможно при использовании традиционных моделей регрессионного типа.
5. Использование разработанных математических моделей обеспечивает в автоматическом режиме (на основе имеющихся геокодированных флористических списков и общедоступных ДДЦЗ) адекватную оценку флористического состава растительного покрова на больших территориях в . виде вероятностного территориального распределения актуального пула видов.