Введение к работе
Актуальность темы. Растительный покров Нижегородского Поволжья в настоящее время характеризуется высокой степенью неоднородности, что усложняет процедуры как ее оценки, так и контроля. Решение первой из названных задач в рамках экологического мониторинга предполагает всестороннюю оценку признаков растительности, среди которых структура является одним из основных (Василевич, 1969; Трасс, 1970). Деградация природных экосистем связана прежде всего с изменениями в их структуре; по отношению к лесной растительности это проявляется, в частности, в изменении характера ее квантованное (Ипатов, 1885, 1997). В то же время недостаток методических разработок в этой области приводит к тому, что масштабы уменьшения структурного разнообразия растительности остаются неизвестными. Это и обусловливает актуальность исследований, направленных на возможно более полное выявление взаимосвязей между компонентами сообщества и их количественную оценку. Количественная оценка различных аспектов структуры растительности наименее разработана и методологически мало изучена. Наконец, надо отметить, что признанная в данный момент необходимость перехода от запретительных мер охраны к активным мероприятиям вплоть до конструирования сообществ в антропогенно-нарушенных ландшафтах (Шилов, 1991) обуславливает преимущественную важность изучения именно структуры сообществ.
Цели и задачи исследований. Целью исследования является разработка и совершенствование методики выявления особенностей структуры лесной растительности Нижегородского Поволжья и выработка оптимальных алгоритмов ее количественной оценки. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
Изучить растительность выбранных объектов, уточнить характер пространственного варьирования ее основных структурных элементов.
Провести сравнительный анализ и фитоценотическую интерпретацию результатов применения различных методов количественной классификации растительности и ее корреляционного анализа.
Разработать, реализовать и методически исследовать подход к оценке фитоценотической информативности вида для целей классификации.
Выявить закономерности изменения структуры растительности на комплексных градиентах и уточнить методику ее оценки в этих условиях.
Научная новизна. Предложен подход к оценке фитоценотической информативности вида применительно к процедуре классификации; разработан и методически исследован алгоритм ее оценки. Проведено сравнение различных методов кластерного анализа для целей классификации растительности. Методически исследованы различные способы оценки внутриценотических связей, как с помощью индексов сопряженности, так и количественной корреляции. На основе обширного материала выявлены особенности структуры некоторых типов лесной растительности Нижегородского Поволжья. Пока-
зана фитоценотическая неравнозначность различных фракций елового подроста в сосняках Южного лесного Заволжья, даны методические рекомендации к его оценке. Впервые проведено исследование изменения структуры лесной растительности вдоль комплексного градиента на участках экотонов и предложен метод матричного анализа мозаичности таких участков
Теоретическое значение работы. Результаты, полученные в ходе данной работы, могут способствовать процессу разработки, общей теории растительного покрова. Разработан подход к оценке фитоценотической информативности (в отличие от индикаторной информативности) вида. Показано закономерное изменение корреляционной структуры сообщества в зоне эко-тона. Конкретизированы представления о характере и масштабе пространственного варьирования основных компонентов изучаемой растительности, выявлены особенности ее сложения на комплексных градиентах.
Практическая значимость работы. Работы по изучению структуры растительного покрова в последнее время приобретают все большее прикладное значение в связи с необходимостью решения методических задач мониторинга состояния наземных экосистем. Результаты данной работы могут быть использованы в целях оценки экологического риска и статуса растительных сообществ (Davis et al.. 1995), в ходе создания системы охраняемых природных территорий и закладки сети постоянных пробных площадей.
Реализация результатов исследований. Материалы части исследований переданы в Государственный природный заповедник «Керженский». Часть результатов и методические разработки использовались в учебном процессе кафедры ботаники ННГУ при проведении раздела большого практикума «Математическая обработка геоботанических материалов» и летней практики по геоботанике.
Апробация "работы. Результаты проведенных исследований докладывались на Н(Х) съезде РБО (Санкт-Петербург, 1998), на III Нижегородской сессии молодых ученых (Н. Новгород, 1998), на конференциях «Изучение и охрана биологического разнообразия ландшафтов Русской равнины» (Пенза, 1999) и «Геоботаника XXI в.» (Воронеж, 1999), заседаниях Нижегородского отделения РБО и расширенном заседании кафедры ботаники ННГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Декларация личного участия автора. Работа по теме проводилась на кафедре ботаники.ННГУ в период с 1995-1999 гг. Основная часть материала, отраженного в публикациях, собрана лично автором. В работе [6] автором проведена постановка задачи и обработка данных. Все данные обработаны автором статистически и представлены в работе в виде таблиц и рисунков.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. В пределах конкретного фитоценотического диапазона количественные показатели степени участия вида в ценозе (например, локальная встречаемость), более информативны для целей классификации, чем его присутствие. Можно говорять о фіііоценотической информативности рвда
как возможности установления определенного состава сообщества в пределах указанного фитоценотического диапазона по степени участия данного вида.
-
В качестве метода измерения фитоценотической информативности вида удовлетворительные результаты дает применение основного алгоритма оценки. Редукция числа признаков при количественной классификации растительности успешнее протекает при сохранении наиболее информативных видов, чем видов большей встречаемости.
-
При изучении подроста ели в пределах учетной единицы целесообразно учитывать не только численность, но и его распределение по высоте (например, с классовым интервал ом 2 м). Различные фракции подроста ели имеют неодинаковое фитоценотическое значение. Мода высотного распределения елового подроста может использоваться в качестве интегральной оценки его вертикальной структуры.
-
Корреляционный анализ на основе количественных данных (по Спирмену) дает более четкие результаты по сравнению с расчетом коэффициентов сопряженности в целях выделения эколого-ценотических групп видов. Приведение количественных данных к качественному виду методом смещения нулевой отметки позволяет более эффективно выявлять межвидовые сопряженности.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 2- /-і-стра-ницах машинописного текста и состоит из введения, семи глав, заключения, выводов, списка цитированной литературы и приложений. Работа иллюстрирована ЗУ рисунками и 2-$ таблицами. Список цитированной литературы включает^/рпсточника, в том числе У? на иностранных языках.
За ценные советы, критические замечания и помощь в работе автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам кафедры ботаники Нижегородского университета старшему преподавателю А. И. Широкову, доценту В. И. Волкорезову и старшему преподавателю кафедры экологии И. С. Макееву. Автор глубоко признателен Н. М. Сокур за консультации по математическому анализу и критические замечания.