НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОГРАФІЇ

СВІДЗІНСЬКА Дар’я Валеріївна

УДК 911.5/.9: 577.4 (477)

АНАЛІЗ ЛАНДШАФТІВ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ЕКОЛОГІЧНОЇ КОНЦЕПЦІЇ НІШІ

(на прикладі ландшафтів рівнинної частини території України)

11.00.01 – фізична географія, геофізика і геохімія ландшафтів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі фізичної географії та геоекології географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор

Гродзинський Михайло Дмитрович

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри

фізичної географії та геоекології

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор

Некос Володимир Юхимович

Харківський національний університет

імені В.Н. Каразіна, завідувач кафедри

геоекології та конструктивної географії

кандидат географічних наук, доцент

Круглов Іван Станіславович

Львівський національний університет

імені Івана Франка, доцент кафедри

фізичної географії

Провідна установа: Таврійський національний університет

імені В.І. Вернадського

Міністерства освіти і науки України,

географічний факультет

Захист відбудеться „23” березня 2007 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.163.02 Інституту географії НАН України за адресою: 01034, м. Київ-34, вул. Володимирська, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту географії НАН України за адресою: 01034, м. Київ-34, вул. Володимирська, 44.

Автореферат розісланий „21” лютого 2007 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.163.02

кандидат географічних наук,

старший науковий співробітник |

В.І. Передерій |

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Ландшафт як відкрита система функціонує під впливом численних факторів, що мають різну природу. Саме тому його всебічне пізнання вимагає ґрунтовного вивчення не лише внутрішніх структур ландшафту, а й тих чинників, під дією яких відбувається їх формування, динамічні та еволюційні зміни. Такі дослідження реалізуються через встановлення зв’язків і взаємозалежностей між ландшафтами та визначальними для них факторами природного і антропогенного середовищ.

Одним із шляхів такого пізнання є вивчення факторного простору ландшафту, як інтегрального середовища його існування та самоорганізації. Основу подібних досліджень було закладено в працях О.О. Григорєва (1970), Е. Неефа (1974), В. Б. Сочави (1978), А.А. Краукліса (1979), О.Д. Арманда (1988) та ін. Свою роль у формуванні теоретичного базису цих досліджень відіграла й екологія, з якої були запозичені концепції сукцесії, лімітуючих факторів, екотону та екологічної ніші. Остання концепція розширила зміст поняття факторного простору і водночас надала йому значні евристичні можливості у дослідженні ландшафтів (Гродзинський, 1993, 1995, 2005, Коломиц, 1998, Пузаченко, 2004, Delcourt, Delcourt, 1992 та ін.). Проте, підхід до вивчення ландшафтів на основі концепції екологічної ніші хоч і відзначається більшістю авторів як перспективний, лишається недостатньо обґрунтованим у теоретико-методичному відношенні. Особливо це стосується методології виділення ніш ландшафтів, їх кількісного оцінювання, визначення перетину ніш і їх змін у часі. Через недостатню розробленість вказаних теоретичних і методичних питань концепція ніші у ландшафтознавстві практично не знаходить застосування при вирішенні прикладних питань.

Тому змістовне і аналітичне обґрунтування принципів і методів (особливо, в їх геоінформаційному аспекті) вивчення ландшафтів із застосуванням концепції ніші є перспективним напрямком розвитку сучасного ландшафтознавства. З ним пов’язані значні можливості у вирішенні низки наукових і практичних завдань, зокрема: класифікаційного впорядкування ландшафтів, оцінки їх унікальності та подібності, стійкості до флуктуацій зовнішнього середовища, прогнозування динамічних тенденцій тощо. На цій основі можливе обґрунтування оптимальних заходів з охорони та такого використання ландшафтів, яке відповідає їх нішам у просторі природних і антропогенних факторів.

Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Напрям дисертаційного дослідження тісно пов’язаний з науково-дослідними роботами кафедри фізичної географії та геоекології Київського національного університету імені Тараса Шевченка, які виконувались в рамках держбюджетних тем „Аналіз і оптимізація ландшафтно-екологічних територіальних структур України” (2001-2005 рр., № д.р. 0101U002770) та „Регіональні геоекологічні проблеми України” (2001-2005 рр., № д.р. 0198U007826).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є обґрунтування теоретичних положень і розробка методики аналізу ландшафтів із застосуванням концепцій факторного простору і ніші та практична апробація цієї методики для вирішення теоретичних і прикладних завдань ландшафтознавства. Досягнення цієї мети вимагало вирішення наступних завдань:

§ проаналізувати і узагальнити теоретичні і методичні положення дослідження ландшафтів із застосуванням концепцій факторного простору та ніші;

§ розробити та апробувати алгоритм і методику аналізу ландшафтів із застосуванням екологічної концепції ніші;

§ побудувати для видів ландшафтів рівнинної частини території України їх факторні амплітуди та ніші у різних факторних просторах і виявити закономірності організації ландшафтів у цих просторах та на території;

§ оцінити ландшафти рівнинної частини України за унікальністю, структурно-динамічною подібністю, провести їх ординаційне впорядкування та аналіз;

§ оцінити ландшафти за їх стійкістю до дії зовнішнього природного фону;

§ спрогнозувати реакцію ландшафтів рівнинної частини України на можливі зрушення у кліматичній ситуації;

§ застосувати теоретико-методичні положення аналізу ніш ландшафтів для вибору територій природно-заповідного фонду та структурних елементів екомереж.

Об’єкт і предмет досліджень. Об’єктом досліджень є ландшафти рівнинної частини території України. Предметом досліджень є закономірності організації ніш ландшафтів в факторному просторі, інформація про які у вигляді картографічних, статистичних і графічних моделей є основою для їх подальшої оцінки за ознаками подібності, созологічної цінності, стійкості і прогнозування можливих змін.

Методи досліджень. Теоретико-методичні основи роботи ґрунтуються на ландшафтному, ландшафтно-екологічному та геоінформаційному підходах, що визначили спектр методів дослідження.

Поряд з методами геоінформаційного об’єктно-орієнтованого моделювання, широко використовувались процедури просторового аналізу, а саме: формування і редагування наборів просторових даних, робота з атрибутивною складовою, картометричний аналіз (розрахунок площ), інтерполяційне моделювання та аналіз поверхонь (розподіл значень факторів, функції пристосованості, перекласифікація результатів), оверлейний аналіз, агрегація даних (узагальнення характеристик об’єктів шляхом перекласифікації та генералізації за заданими атрибутами) тощо.

Для оцінки факторних амплітуд використовувались методи статистичного аналізу, виконаного в програмному середовищі STATISTICA 6.0, а саме: дескриптивний статистичний аналіз (ширина амплітуд, медіана), аналіз розподілу частот (визначення оптимальних значень) та ін.

Освоєння програмного забезпечення, що використовувалось при проведенні дослідження (ArcGIS 9, ERDASImagine 8.6), здійснювалось під час участі в програмі стажування Altarum/Nansen Environmental and Remote Sensing Center (NERSC) UFP у 2004-2005 роках, що реалізується Українським Центром Менеджменту Землі і Ресурсів (УЦМЗР).

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

§ удосконалено теоретико-методичні основи дослідження ландшафтів із застосуванням концепцій факторного простору і екологічної ніші;

§ розроблено методику геоінформаційного дослідження закономірностей організації ландшафтів рівнинної частини України у багатовимірному факторному просторі;

§ побудовано та проаналізовано факторні амплітуди для 100 видів рівнинних ландшафтів України за 16 зовнішніми (кліматичними та орографічними) факторами, що в свою чергу дозволило визначити оптимальні значення факторів для кожного виду ландшафту, провести класифікацію ландшафтів за лімітуючими факторами та їх одновимірне і двовимірне ординаційне впорядкування;

§ визначено багатовимірні ніші ландшафтів України у різних факторних просторах, оцінено їх об’єми та міри перекриття на основі чого виконано оцінку подібності ландшафтів за їх вимогами до зовнішніх факторів;

§ виконано оцінку та побудовано карти пристосованості ландшафтів України до комплексної дії факторів зовнішнього природного фону;

§ проведено аналіз очікуваної реакції рівнинних ландшафтів України на подальше можливе потепління клімату;

§ запропоновано комплекс кількісних критеріїв щодо вибору територій і об’єктів природно-заповідного фонду та територіальних об’єктів екомереж.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що було створено повнофункціональну геоінформаційну базу даних, що містить інформацію про ландшафти України та фактори їх зовнішнього природного середовища в контексті їх взаємозв’язків.

Отримані результати можуть використовуватись державними органами охорони довкілля, науково-дослідними установами для планування природоохоронної та господарської діяльності з урахуванням інформації про пристосованість ландшафтів, ступінь їх унікальності та типовості, положення оптимумів ландшафтного різноманіття. Особливі перспективи застосування одержаних результатів пов’язані з проектуванням нових природоохоронних територій та розбудови екомереж національного і регіонального рівнів.

Результати дисертації використовуються в навчальному процесі на географічному факультеті Київського національного університету імені Тараса Шевченка при викладанні курсів „Основи ландшафтної екології”, „Біогеографія”, „Ландшафтознавство”.

Особистий внесок автора полягає в розробці і апробації методу геоінформаційного аналізу ландшафтів із застосуванням екологічної концепції ніші. Теоретико-методичні узагальнення, створення робочої бази даних та аналіз результатів дослідження виконані автором самостійно.

У цілому всі науково-практичні здобутки дисертації належать особисто авторці і є її науковим доробком.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення дисертації та результати досліджень було апробовано на Міжнародній конференції молодих вчених присвяченій 170-річному ювілею КНУ імені Тараса Шевченка „Молоді науковці – географічній науці” (Київ, 2004); Міжнародній науковій конференції „Ландшафтознавство: традиції та тенденції” (Львів, 2004); Науковій конференції „Декада ландшафтознавчих, регіональних і краєзнавчих досліджень на зламі тисячоліть” (Канів, 2005); науковій конференції „Регіональні проблеми України: географічний аналіз та пошук шляхів вирішення” (Херсон, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції „Регіон-2006: стратегія оптимального розвитку” (Харків, 2006); ХІ Ландшафтній конференції „Ландшафтоведение – теория, методы, региональные исследования, практика” (Москва, 2006), а також на науково-практичних семінарах кафедри фізичної географії та геоекології КНУ імені Тараса Шевченка (2003-2006 рр.).

Публікації. Результати дисертаційних досліджень опубліковані у 7 наукових працях: 5 статтях (з них 3 у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 2 – у збірниках наукових праць) та 2 тезах доповідей у збірниках матеріалів конференцій, загальним обсягом 2,2 друк. арк.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та п’яти додатків. Загальний обсяг роботи становить 247 стор., де налічується 160 стор. основного тексту, 67 рисунків, 28 таблиць, додатки розміщено на 75 сторінках. Список використаних джерел включає 153 найменування (з них 19 латиницею).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Концепція факторного простору та ніші ландшафтів. В першому розділі викладено теоретичні основи дослідження ландшафтів із застосуванням понять ландшафтного фактора, факторного простору та екологічної концепції ніші, що ґрунтуються на роботах О.Д. Арманда, Т.Г. Гільманова, М.Д. Гродзинського, Е.Г. Коломица, А.А. Краукліса, Ф.М. Мількова, З. Наве, Е. Неефа, В.М. Пащенка, В.М. Петліна, В.Б. Сочави, Р. Уіттекера.

Під ландшафтним фактором розуміються рушійні сили природного та антропогенного середовищ, які мають прямий або опосередкований вплив на ландшафт в цілому, окремі його компоненти і процеси, а також власні характеристики ландшафту, які впливають на його складові.

Аналіз ландшафтних факторів можливий у двох загальних напрямах – дослідження реакції ландшафту на дію окремих факторів і на їх сумісну дію. У першому випадку важливими є концепції зони толерантності та лімітуючого фактора, а в другому – факторного простору та ніші. Ці теоретичні концепції, розроблені в екології, в їх застосуванні до ландшафту вимагають відповідного переосмислення. Поняття зони толерантності пропонується розуміти (й називати) факторною амплітудою ландшафту – діапазон дії певного фактора на ландшафт даного виду, в межах якого можливе формування та утримання площі ландшафтом даного виду. Кожний вид ландшафту характеризується власною факторною амплітудою.

Виконаний аналіз територіального поширення ландшафтів рівнинної частини України в їх відношенні до поля різних зовнішніх ландшафтних факторів дозволив з’ясувати, що в більшості випадків у межах оптимальних значень фактора ландшафт займає найбільші площі, а поблизу крайових значень своєї факторної амплітуди все більше поступається площею ландшафтам інших видів. Зоні оптимуму факторної амплітуди відповідає ядро типовості ландшафту, яке вирізняється більшою стабільністю та репрезентує характерні риси ландшафту даного виду, натомість крайові зони являють собою активні, динамічні, чутливі до коливань та змін зовнішніх факторів екотони (рис. 1).

Рис. 1. Територіальний вимір реакції ландшафту на дію фактора „Х”

Поняття факторного простору є основною теоретичною конструкцію, що дозволяє аналізувати сумісний вплив факторів на ландшафт і його реакцію (в тому числі територіального поширення та динамічні зміни) на цей вплив.

Уся сукупність ландшафтних факторів формує багатовимірний факторний простір ландшафту, який в залежності від відношення факторів до ландшафту можна розділити на зовнішній та внутрішній. Вісями зовнішнього факторного простору є змінні, що описують зовнішні фактори, які діють на ландшафт і визначають його генетичні риси, еволюційні тенденції та особливості просторової конфігурації. Внутрішній факторний простір ландшафту формується ознаками самого ландшафту й характеризує його стани та внутрішньоструктурні особливості.

Кількісний аналіз факторних просторів ландшафту ґрунтується на його представленні як евклідового простору. Вісі цього простору мають відповідати ознакам ландшафтних факторів, які є статистично незалежними, але сукупна дія яких призводить до цілісної реакції ландшафту на їх сумісний вплив. Для виявлення груп факторів, які відповідають цим загальним вимогам, у роботі розроблена багаторівнева класифікація ландшафтних факторів і сформульовані критерії, що дозволяють обґрунтувати набір ознак, за якими є сенс будувати факторні простори ландшафтів. Цими критеріями є формально-статистичний, розмежованості фізичних носіїв факторів, критерій масштабу, таксономічний, змістовно-тематичний.

Формально факторний простір ландшафту можна представити як:

.

Наведений вираз означає, що множина ? складається з різноманітних послідовностей виду (х1, х2, ... хn, ...), тобто кожній конкретній комбінації ландшафтних факторів з фіксованими значеннями х1=х1, х2=х2,...хn=xn,... відповідає точка факторного простору ? з координатами (х1, х2,... xn,...). Наведена інтерпретація факторного простору ландшафту та методика його побудови дозволяє використовувати для його опису теорії поля і множин, на основі яких формулюється ряд показників для аналізу та оцінки ніш ландшафтів.

Нішею ландшафту є частина (об’єм) зовнішнього багатовимірного факторного простору, в межах якої для існування даного ландшафту забезпечуються нормальні умови та кількості ресурсів. В межах цього об’єму виділяється реалізована ніша ландшафту, яка надає сприятливі умови та кількості ресурсів, виключає несприятливі комбінації значень ландшафтних факторів та враховує ефект конкуренції ландшафтів за площу.

Ландшафт може існувати тільки в межах своєї реалізованої ніші, однак у різних її частинах умови для цього існування є різними. У зв’язку із цим важливими напрямом аналізу ніш ландшафтів є оцінка різних її частин за тим, наскільки знаходження в них ландшафту є сприятливою для його існування як цілісності. Цей аналіз ґрунтується на показнику пристосованості ландшафту до дії зовнішніх факторів (Гродзинський, 1993, 2005). У роботі розвинуті методологічні та методичні положення, які дозволяють застосувати цей показник для аналізу ніш ландшафтів і використати його значення для виявлення лімітуючих факторів, оцінки унікальності та созологічної цінності ландшафтів, для прогнозу їх динамічних та еволюційних тенденцій а також вирішення інших теоретичних і прикладних питань ландшафтознавства.

2. Методика дослідження факторного простору ландшафтів. Ефективним підходом до побудови і різнобічного аналізу ніш ландшафтів є створення бази даних і застосування в процесі аналізу ГІС-технологій. База даних створена в програмному середовищі ArcGIS 9 і містить інформацію про ландшафти рівнинної частини території України та набір статистичних поверхонь для 16 визначених факторів (побудованих методами сплайн- та крігінг інтерполяції), які характеризують кліматичні умови, місцеположення та негативний вплив зовнішнього природного фону. До аналізу увійшло 100 видів ландшафтів, співвідношення яких з 16 обраними факторами описувалось за допомогою регулярної 10 км мережі аналітичного гріду (4957 точок).

За результатами статистичного опрацювання матеріалів бази даних в програмному середовищі STATISTICA 6.0 було побудовано факторні амплітуди ландшафтів (1600 гістограм розподілу частот), а також проведена їх оцінка за показниками ширини, медіанних та оптимальних значень.

Засобами просторового аналізу було проведено класифікацію і перерозподіл значень за обраними комбінаціями факторів, що дозволило побудувати реалізовані ніші ландшафтів в часткових (двовимірних) факторних просторах і в подальшому провести їх оцінку за показниками об’єму, міри перекриття та розподілу функції пристосованості.

Об’єм ніш оцінювався розрахунковим шляхом, виходячи з відомостей про факторні амплітуди. Ця інформація доповнювалась показниками об’єму часткових реалізованих ніш, що автоматично розраховувались у ГІС-середовищі.

Міра перекриття ніш ландшафтів розраховувалась, як площа наявних перетинів для кожної пари ландшафтів, що дало змогу обчислити міри перекриття для всіх видів ландшафтів і побудувати матриці мір перекриття, які відображають кореляційні залежності між різними видами ландшафтів у факторному просторі. Аналіз і візуальна оцінка кореляцій між ландшафтами стала можливою завдяки графам, які було побудовано за матрицями мір перекриття ніш.

Пристосованість є функцією щільності розподілу точок, які презентують той чи інший вид ландшафту на площині перетину двох факторів. Для розрахунку цього показника використовувалась функція Density блоку Spatial Analyst, яка дозволила побудувати ряд статистичних поверхонь, що описують розподіл значень функції пристосованості в межах ніші кожного виду ландшафту. Шляхом послідовного оверлейного аналізу точкових тем і статистичних поверхонь функції пристосованості, було оцінено її значення в кожній точці аналітичного гріду (це стало можливим завдяки повторній заміні координат факторного простору географічними). За результатами сплайн-інтерполяції отриманих даних по регулярній мережі точок було побудовано серію карт розподілу функції пристосованості за частковими комбінаціями факторів і проведено оцінку інтегральної пристосованості.

3. Загальні закономірності організації ландшафтів України в факторному просторі досліджувались шляхом аналізу факторних амплітуд і ніш ландшафтів за рядом кількісних показників.

Аналіз факторних амплітуд ландшафту передбачає їх дослідження за трьома ознаками: шириною, формою розподілу та положенням оптимуму. Узагальнена оцінка ширини факторних амплітуд ландшафту j-го виду визначалась за виразом:

,

де Lj – оцінка середньої ширини факторних амплітуд ландшафту j-го виду; xji max та xji min – межі амплітуди за і-им фактором для ландшафту j-го виду; Xi max та Xi min – максимальне та мінімальне значення і-го фактору для території України; n – число факторів, що аналізувались (n=16).

За наведеним показником були оцінені всі види рівнинних ландшафтів України й виконана їх типологія за шириною факторних амплітуд (обґрунтовані критерії трьох типів ландшафтів: стено-, мезо- та евріфакторних). З’ясовано, що на ширину факторних амплітуд ландшафту найбільший вплив мають наступні його територіальні риси: площа ландшафту, фрагментованість його ареалу (число контурів, якими представлений ландшафт даного виду), компактність розташування цих контурів, їх форма (особливо – кут між найбільшою віссю ареалу ландшафту та напрямом градієнту фактору) та деякі інші.

Оцінка ландшафтів за середньою шириною їх факторних амплітуд L дає змогу визначити загальні закономірності їх реакції на сукупну дію зовнішніх факторів. Більш тонку й, водночас, практично важливу інформацію має виділення факторів, які відіграють для даного ландшафту лімітуючу роль. Виконаний аналіз відносної (у відсотках по відношенню до ширини амплітуди для рівнинної частини території України) ширини факторних амплітуд ландшафтів дозволив для кожного з них виявити фактори, які є лімітуючими (рис.2).

Рис. 2. Лімітуючі фактори рівнинних ландшафтів України

Умовні позначення до рис. 2:

Аналіз форми розподілу частот площ ландшафту в межах його факторних амплітуд дозволяє одночасно оцінити глибину реакції ландшафту на дію фактора та за оптимальними значеннями показників визначити найбільш комфортні умови зовнішнього середовища для функціонування даного ландшафту.

Ніша ландшафту є відображенням закономірностей його організації в багатовимірному факторному просторі. У дисертаційному дослідженні закономірності організації ландшафтів України в факторному просторі аналізуються шляхом послідовного розгляду його двовимірних варіантів. Ніша ландшафту у кожному з часткових факторних просторах аналізувалася за її об’ємом, формою, мірою перекриття з нішами інших ландшафтів, показником пристосованості ландшафту до різних точок його ніші.

Об’єм ніші ландшафтів несе інформацію про ступінь його чутливості до зовнішніх факторів. Загалом чим меншою є ніша ландшафту за обраними факторами, тим він більше залежить від сумісної дії цих факторів і тим більш чутливий до їх коливань. Таким чином, ширина реалізованих ніш, побудованих у часткових факторних просторах, дозволяє визначити (й оцінити кількісно) лімітуючу роль не одного фактора (як у випадку аналізу факторних амплітуд), а сумісної дії декількох різних факторів. Виконаний аналіз дозволив ідентифікувати такі лімітуючі комбінації зовнішніх факторів для видів ландшафтів рівнинної частини території України. Загальна закономірність полягає у тому, що для поліських видів ландшафтів лімітуючою є сумісна дія факторів місцеположення (абсолютної висоти та континентальності ) і теплозабезпеченості, для лісостепових ландшафтів – факторів вологозабезпеченості та континентальності, для степових – гіпсометрії та вологозабезпеченості.

Форма ніші ландшафту вказує на його загальну збалансованість в умовах зовнішнього середовища, напрям сумісної зміни факторів, до якого ландшафт виявляється найменш пристосованим, а також на ступінь вираженості у ландшафту його типових рис (ядра типовості). Для аналізу вказаних та деяких інших рис ландшафтів інформативною є їх типологія за формою ніш. За цією ознакою ландшафти поділені на наступні види: з компактними еліпсоподібними нішами, стрічкоподібними, вісімкоподібними та з кометоподібними нішами.

Перетин ніш ландшафтів дозволяє оцінити ландшафти з точки зору їх подібності за вимогами та за реакцією на сумісну дію зовнішніх факторів. Це дозволяє виявити та оцінити ступінь їх структурно-динамічної та еволюційної близькості, а також встановити можливість заміни одного виду ландшафту іншим при зміні дії факторів.

Для вирішення цих та інших задач (зокрема прогнозування) зручно побудувати графи зв’язків ландшафтів за подібністю їх ніш. Вершинами графу є види ландшафтів, оцінкою подібності їх ніш – показник міри перекриття ніш між ними, довжина ребер графу пропорційна значенню цього показника. Приклад такого графу наведено на рис.3.

Порівняльний аналіз графів перекриття ніш ландшафтів, побудованих у різних факторних просторах, за показниками їх зв’язності та потужності підграфів дозволяє виявити комбінації факторів, які відіграють інтегруючу або диференціюючу роль. Комбінації факторів, у просторі яких формуються сильнозв’язні структури (графи подібності ландшафтів), визначають подібність та еволюційну єдність ландшафтів, тоді як фактори, у просторі яких формуються графи з слабкою зв’язністю, несуть найбільшу відповідальність за формування типологічних та регіональних відмінностей ландшафтної структури України.

Найбільшу диференціюючу роль для топологічних структур ландшафтів відіграє сумісна дія абсолютної висоти та валового зволоження. Значний диференціюючий потенціал мають також кліматичні чинники теплого періоду (сумісна дія опадів і радіаційного балансу за теплий період). Натомість сумісна дія суто кліматичних чинників (річна сума опадів, сумарна річна сонячна радіація, та річний радіаційний баланс і валове зволоження) несуть більшу відповідальність за інтеграцію ландшафтів рівнинної частини України в динамічну цілісність. За цими чинниками ландшафти виявляють більше подібності, ніж відмінностей.

Рис. 3. Граф перекриття ніш ландшафтів України у просторі факторів “середня кількість опадів (мм), рік – сумарна сонячна радіація (МДж/м2), рік”

За допомогою показника пристосованості ландшафтів до сумісної дії факторів, стає можливим оцінити комфортність різних частин ніші для існування в ній ландшафту з подальшим перенесенням отриманої інформації на територію. Значення показника пристосованості ландшафтів полягає зокрема в тому, що він дозволяє виявити території, де ландшафт почуває себе найбільш комфортно. Це, в свою чергу, дозволяє визначити місцеположення типологічного ядра ландшафту. Ці ядра є підстави розглядати не лише як носії основних типологічних (архетипних) рис ландшафту, але й як найбільш стійкі його структури.

Мінімальні значення показника інтегральної пристосованості ландшафтів відповідають наступним ареалам: смузі на межі між Поліссям та Лісостепом, смузі між Волинським і Житомирським та між Новгород-Сіверським і Чернігівським Поліссям, смузі, що оторочує Передкарпаття й відповідає Розточчю, Опіллю та Прут-Дністровському межиріччю, узбережжю Чорного (Причорноморська низовина) та Азовського морів, передгір’ям Криму та Керченському півострову (рис. 4).

Рис. 4. Карта розподілу значень показника інтегральної пристосованості ландшафтів до дії факторів зовнішнього природного фону

Аналіз факторного простору ландшафтів. Крім аналізу місця, розмірів та форми, яку займають ніші ландшафту у факторному просторі, можливий також аналіз самого факторного простору ландшафтів. Особливо цікавим є такий аналіз у контексті проблеми ландшафтного різноманіття. Для цього нами побудовані поверхні показника типологічного ландшафтного різноманіття у просторі (площинах) різних зовнішніх факторів. Приклад такої поверхні наведено на рис. 5.

Рис. 5. Розподіл числа видів ландшафтів у просторі факторів “валове зволоження (мм) – радіаційний баланс (МДж/м2), рік”

Аналіз поля типологічного ландшафтного різноманіття у різних факторних просторах дозволив виявити наступні закономірності: для рівнинної частини території України максимальні значення ландшафтного різноманіття ідентифікуються в межах екотонних смуг між природними зонами, а саме – на межі Полісся-Лісостеп (особливо в західній його частині), смузі, що прилягає до Передкарпаття і до Кримських гір (відтак ці ландшафти є підстави класифікувати як бар’єрогенні або підгірські), лісостеповій зоні в цілому, на межі між лісостепом та північним степом, а також в зоні морського узбережжя.

Таким чином, у межах рівнинної частини території України максимуми ландшафтного різноманіття розташовані вздовж основних екотонних смуг. В свою чергу ландшафти, що формують ці смуги, відзначаються невисокою пристосованістю до дії факторів їх зовнішнього середовища. Ця обставина – високе ландшафтне різноманіття при низькій пристосованості ландшафтів (їх пониженій стійкості) – зумовлює особливу актуальність і водночас складність проблеми охорони ландшафтного різноманіття України: адже основні його ареали виявляються нестійкими, а відтак є підвищеним ризик їх деградації.

4. Наукові та прикладні напрями застосування концепції ніші ландшафтів. Даний розділ присвячено розгляду найбільш ефективних застосувань розробленої методики при вирішенні низки теоретичних та прикладних завдань ландшафтознавства, а саме: ординації ландшафтів, прогнозуванню їх змін та обґрунтуванню рекомендацій щодо охорони ландшафтів та створення екомереж.

Найбільш адекватною сутності ординації є побудова ординаційних рядів ландшафтів на основі визначення їх положення у факторному просторі (багатовимірна ординація) або на вісі фактора (одновимірна ординація). Розроблені на цьому положенні методи ординації і побудовані ординаційні ряди та двовимірні простори ландшафтів дозволили з’ясувати, що за факторами тепло- та вологозабезпеченості положення виду ландшафту на ординаційних рядах сильно корелює із його класифікаційною належністю, а “упакування” видів ландшафтів вздовж цих рядів близьке до їх “упакування” в географічному просторі – ландшафти, що займають сусіднє положення на ординаційних рядах, також є сусідами і в територіальному відношенні. Ординація рівнинних ландшафтів України за фактором абсолютної висоти дозволила з’ясувати, що види ландшафтів немов тяжіть (притягуються) до деяких висот земної поверхні і саме тут знаходяться гіпсометричні оптимуми багатьох видів ландшафтів і гіпсометричні оптимуми типологічного ландшафтного різноманіття. Найбільше видів ландшафтів тяжіють до інтервалів висот у 40-60, 70-82, 104-185 м н.р.м. з декількома локальними максимумами у цьому діапазоні, 252-218 м н.р.м.

За розробленою методикою прогнозування, що базується на концепціях факторного простору і ніші, визначені основні напрямки (тренди у факторному просторі) та послідовності (прогнозні ряди) змін ландшафтів при можливих змінах кліматичних умов України. Найбільш помітні зміни ландшафтної структури матимуть місце в ареалах, в межах яких відмічається підвищене типологічне ландшафтне різноманіття, слабка пристосованість ландшафтів до зовнішнього природного фону та істотне перекривання кліматичних ніш ландшафтів. Такі умови складаються в ареалах перехідних смуг (регіональних та зональних екотонах) рівнинної частини України.

Застосування оцінок ширини факторних амплітуд, об’ємів ніш і ступеня пристосованості ландшафтів до зовнішнього природного фону дозволило сформулювати ряд кількісних критеріїв созологічної (природоохоронної) цінності ландшафтів та ефективності екокоридорів і за цими критеріями визначити ареали їх оптимального розташування.

ВИСНОВКИ

В дисертації обґрунтовано і розроблено методику аналізу ландшафтів із застосуванням концепцій факторного простору і екологічної ніші та проведено її практичну апробацію для вирішення низки науково-практичних завдань, що дозволяє зробити наступні висновки:

1. Факторний простір ландшафту будується як багатовимірний евклідів простір, вісі якого відповідають незалежним зовнішнім факторам, від сукупної дії яких залежать еволюційні, динамічні, структурні та територіальні риси ландшафту.

Основним інструментом дослідження організації ландшафтів в такому просторі по відношенню один до одного і до факторів зовнішнього середовища є концепція ніші. Ніша ландшафту – частина його зовнішнього багатовимірного факторного простору, де для існування даного ландшафту забезпечуються нормальні умови та кількості ресурсів, вона є відображенням закономірностей самоорганізації ландшафту в багатовимірному факторному та географічному просторах. В межах цього об’єму виділяється реалізована ніша ландшафту, яка надає сприятливі умови та кількості ресурсів, виключає несприятливі комбінації значень ландшафтних факторів та враховує ефект конкуренції ландшафтів за площу.

2. Цілісність сприйняття, організації і роботи з вихідними даними дослідження забезпечує геореляційна база даних, що поєднує в собі позиційну і непозиційну складові даних про ландшафтні та природні умови території. До аналізу ввійшло 100 видів ландшафтів, співвідношення яких з факторами описувалось за допомогою регулярної 10 км мережі аналітичного гріду (4957 точок). Побудована електронна база даних дозволяє будувати і аналізувати ніші ландшафтів України за будь-якими комбінаціями факторів.

За результатами статистичного опрацювання матеріалів бази даних в програмному середовищі STATISTICA 6.0 було побудовано факторні амплітуди ландшафтів (1600 гістограм розподілу частот). Аналіз факторних амплітуд ландшафтів проводився за їх шириною, формою розподілу площ ландшафту в межах амплітуди, за положенням точки оптимуму. Ніші, побудовані для найбільш інформативних комбінацій факторів, проаналізовано за положенням у факторному просторі, об’ємом, накладанням (перетином) з нішами інших ландшафтів.

3. За шириною факторних амплітуд ландшафти України поділені на стено-, мезо- та евріфакторні. За розробленою методикою виявлені та кількісно оцінені лімітуючі фактори для 100 видів рівнинних ландшафтів України, виконана їх типологія за лімітуючими факторами. Аналіз форми розподілу частот площ ландшафту в межах його факторних амплітуд дозволяє одночасно оцінити глибину реакції ландшафту на дію фактора та визначити найбільш комфортні умови зовнішнього середовища для даного ландшафту.

4. Об’єм ніші ландшафтів визначається трьома головними чинниками: площею, які займають контури даного виду ландшафту, ступенем розірваності ареалу поширення цих контурів, положенням контурів по відношенню до напрямку градієнта фактора. Форма ніші свідчить про відхилення ландшафту від зонально-азональної норми, напрямок цього відхилення і лімітуючий фактор ландшафту.

Аналіз та кількісну оцінку подібності та відмінностей ландшафтів за їх вимогами до зовнішніх факторів та реакцією на їх дію проведено за графами мір перекриття ніш ландшафтів. Перетин ніш дозволив оцінити ландшафти з точки зору їх структурно-динамічної та еволюційної близькості й свідчить про наявність територіального конкурентного тиску і можливе заміщення одного виду ландшафту іншим.

За допомогою показника пристосованості ландшафтів до сумісної дії факторів оцінено комфортність різних частин ніші для існування в ній ландшафту з подальшим перенесенням отриманої інформації на територію. З’ясовано, що мінімальні значення показника пристосованості ландшафтів зовнішньому природному фону відповідають зонам переходу одних типів ландшафтів в інші (зоноекотонам, або регіональним екотонам).

5. Розроблені методи ординації і побудовані ординаційні ряди ландшафтів України дозволили з’ясувати, що за факторами тепло- та вологозабезпеченості положення виду ландшафту на ординаційних рядах сильно корелює із їх класифікаційною належністю, а “упакування” видів ландшафтів вздовж цих рядів близьке до їх “упакування” в географічному просторі.

Ординація рівнинних ландшафтів України за факторами місцеположення дозволила з’ясувати, що види ландшафтів немов тяжіють (притягуються) до деяких висот земної поверхні і саме тут знаходяться гіпсометричні оптимуми ландшафтів багатьох видів і гіпсометричні оптимуми типологічного ландшафтного різноманіття.

6. За розробленою методикою прогнозування, що базується на концепціях факторного простору і ніші, визначені основні тренди та прогнозні ряди змін ландшафтів при можливих змінах кліматичних умов України. Найбільш помітні зміни ландшафтної структури матимуть місце в ареалах, в межах яких відмічається підвищене типологічне ландшафтне різноманіття, слабка пристосованість ландшафтів до зовнішнього природного фону та істотне перекривання кліматичних ніш ландшафтів. Такі умови складаються в ареалах перехідних смуг (регіональних та зональних екотонах) рівнинної частини України.

7. Застосування оцінок ширини факторних амплітуд, об’ємів ніш і ступеня пристосованості ландшафтів до зовнішнього природного фону дозволило сформулювати ряд кількісних критеріїв созологічної (природоохоронної) цінності ландшафтів і ефективності екокоридорів і за цими критеріям визначити ареали їх оптимального розташування.

8. З урахуванням комплексного і багатоцільового характеру дослідження було створено геоінформаційну базу даних, що містить синтезовану і впорядковану інформацію по природним умовам території, яка може оновлюватись та слугувати джерелом науково-практичної інформації при вирішенні проблем ландшафтного картографування, оцінки стійкості та унікальності природних ландшафтів, прогнозуванні їх динамічно-еволюційних тенденцій, що може бути використане при визначенні загальних напрямків державного і прийнятті конкретних рішень регіонального рівнів формування стратегії природокористування.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті

1. Свідзінська Д.В. Концепція екологічної ніші в досліджені ландшафтів // Вісник Львівського університету. Серія географія. – 2004. – Вип. 31. – С. 198-202

2. Свідзінська Д.В. ГІС та ДЗЗ в сучасних ландшафтознавчих дослідженнях (на прикладі НПП „Гуцульщина”) // Фізична географія та геоморфологія. – 2005. – Вип. 47. – С. 182-188.

3. Свідзінська Д.В. Ландшафтні фактори та їх математична параметризація // Матеріали конференції „Регіональні проблеми України: географічний аналіз та пошук шляхів вирішення”. – Херсон, 2005. – С. 37-43.

4. Свідзінська Д.В. Алгоритмічна схема дослідження ландшафтів із застосуванням концепції екологічної ніші // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції „Регіон-2006: стратегія оптимального розвитку”. – Харків, 2006. – С. 249-252.

5. Свідзінська Д.В. Метод факторних амплітуд у вивченні динаміки і структури ландшафтів // Вісник КНУ імені Тараса Шевченка. Географія. – 2006. – Вип. 53. – С. 33-35.

Тези доповідей

6. Свідзінська Д.В. Концепція екологічної ніші в досліджені ландшафтів // Тези доповідей Міжнародної конференції „Молоді вчені – географічній науці”. – К.: ВГЛ „Обрії”, 2004. – С.78-79.

7. Свидзинская Д.В. Построение и анализ ниш ландшафтов // Тезисы ХІ Ландшафтной конференции „Ландшафтоведение – теория, методы, региональные исследования, практика” – М.: изд-во Моск. ун-та, 2006. – С. 572-573

АНОТАЦІЯ

Свідзінська Д.В. Аналіз ландшафтів із застосуванням екологічної концепції ніші (на прикладі ландшафтів рівнинної частини території України). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.01 – фізична географія, геофізика і геохімія ландшафтів. – Інститут географії НАН України. Київ, 2006.

Обґрунтовано і розроблено методику дослідження ландшафтів із застосуванням екологічної концепції ніші, що базується на аналізі закономірностей організації ніш ландшафтів у факторному просторі. За розробленою методикою виявлені та кількісно оцінені факторні амплітуди для 100 видів рівнинних ландшафтів України, виконана їх типологія за шириною факторних амплітуд та лімітуючими факторами. Аналіз і оцінку структурно-динамічної подібності та еволюційної близькості ландшафтів проведено за графами мір перекриття їх ніш в часткових факторних просторах. Побудовано картосхеми пристосованості ландшафтів до сумісної дії факторів. Розроблені методи ординації і побудовані одновимірні та двовимірні ординаційні ряди ландшафтів. За розробленою методикою прогнозування, що базується на концепціях факторного простору і ніші, визначені основні тренди та прогнозні ряди змін ландшафтів при можливих змінах кліматичних умов України. Сформульовано ряд кількісних критеріїв созологічної (природоохоронної) цінності ландшафтів та ефективності екокоридорів і за цими критеріям визначено ареали їх оптимального розташування. Створено геоінформаційну базу даних, що містить синтезовану і впорядковану інформацію по природним умовам території, яка може оновлюватись та слугувати джерелом науково-практичної інформації.

Ключові слова: ландшафтний фактор, факторний простір, ніша ландшафту, ГІС, пристосованість ландшафтів, прогнозування змін ландшафтів, ординація, природоохоронна цінність.

АННОТАЦИЯ

Свидзинская Д.В. Анализ ландшафтов с применением экологической концепции ниши (на примере ландшафтов равнинной части территории Украины). – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.01 – физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов. – Институт географии НАН Украины. Киев, 2006.

Обоснована и разработана методика исследования ландшафтов с применением концепции ниши, которая базируется на анализе закономерностей организации ландшафтов в факторном пространстве. Факторное пространство рассматривается, как многомерное эвклидово пространство, оси которого соответствуют независимым факторам, от совокупного действия которых зависят эволюционные, динамические, структурные и территориальные черты ландшафта. Основным инструментом исследования организации ландшафтов в таком пространстве по отношению друг к другу и факторам внешней среды является концепция ниши. Ниша ландшафта – часть его внешнего многомерного факторного пространства, где для существования данного ландшафта обеспечиваются нормальные условия и количества ресурсов, она является отображением закономерностей самоорганизации ландшафта в факторном и географическом пространствах. В пределах этого объема выделяется реализованная ниша ландшафта, которая предоставляет благоприятные условия и количества ресурсов, исключает неблагоприятные комбинации значений ландшафтных факторов и учитывает эффект конкуренции ландшафтов за площадь.

Теоретико-методические основы работы базируются на ландшафтном, ландшафтно-экологическом и геоинформационном подходах, которые определили спектр методов исследования. Наряду с методами геоинформационного объектно-ориентированного моделирования широко использовались процедуры пространственного анализа. Для оценки факторных амплитуд использовались методы статистического анализа.

В результате тестирования разработанной методики определены и количественно оценены факторные амплитуды для 100 видов равнинных ландшафтов Украины, произведена их типология по ширине факторных амплитуд и лимитирующим факторам. Анализ и оценка структурно-динамической схожести и эволюционной структурно-динамической близости ландшафтов проведен по графам мер перекрытия их ниш в частичных факторных пространствах. Построены картосхемы приспособленности ландшафтов к совместному действию факторов, оценена их стойкость и типологическая репрезентативность. Разработаны методы ординации и построены одномерные и двумерные ординационные ряды ландшафтов. По разработанной методике прогнозирования, которая базируется на концепциях факторного пространства и ниши, определены основные тренды и прогнозные ряды изменений ландшафтов при возможных изменениях климатических условий Украины. Сформулирован ряд количественных критериев созологической (природоохранной) ценности ландшафтов и эффективности экокоридоров, по этим критериям определены ареалы их оптимального расположения. Создана геоинформационная база данных, содержащая синтезированную и упорядоченную информацию по природным условиям территории, которая может обновляться