Использование сравнительного анализа растительного покрова для кадастровых оценок ботанических памятников природы

УДК 581.9:58.08:51

Б.И. Сёмкин, В.П. Селедец, И.С. Майоров, М.В. Горшков

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ДЛЯ КАДАСТРОВЫХ ОЦЕНОК БОТАНИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ ПРИРОДЫ

Приведён пример использования сравнительного анализа видовых списков для оценки состояния ботанических памятников. Метод позволяет давать регулярную оценку видовой структуры для ведения экологических кадастров.

Ключевые слова: анализ, растительный покров, кадастровая оценка, ботанический памятник.

THE VEGETATIVE COVER COMPARATIVE ANALYSIS USE FOR CADASTRAL ESTIMATIONS

OF BOTANICAL NATURE MONUMENTS

The example of the species list comparative analysis use for the botanical monuments condition estimation is given in the article. The technique allows to provide species structure regular estimation for ecological cadastre conducting.

Key words: analysis, vegetative cover, cadastral estimation, botanical monument.

Сравнительный анализ растительного покрова имеет явное прикладное значение для кадастровых разработок по ботаническим памятникам природы, которые в настоящее время получили значительный стимул в связи с принятием Государственного кадастра особо охраняемых территорий. Государственный кадастр особо охраняемых территорий, включающий и памятники природы, содержит сведения о статусе этих территорий, об их географических границах, режиме особой охраны, природопользователях, эколого-просветительной, научной, экономической, исторической и культурной ценности. В настоящее время на территории Приморского края утверждено 214 памятников природы [1] и подготовлено к утверждению ещё 94.

Однако в регионе кадастровые разработки по памятникам природы не ведутся и с 1987 г. не было утверждено ни одного памятника. По-видимому, для этих целей должны быть проведены дополнительные кадастровые работы по общепринятой методике, особенно по учёту и оформлению земельных участков, а также по изучению их природной составляющей. Следует отметить, что из трёх составляющих кадастра природоохранной территории - правовой, социально-экономической и природной - в настоящее время менее всего сведений содержится в последней.

Нами предлагается для ботанических памятников природы давать полные сведения именно по природной составляющей, то есть приводить полный список сосудистых растений, давать описание компонентов биоразнообразия. Эти сведения должны включаться в паспорт памятника природы.

В данной статье для сравнительного анализа видового состава растительных ассоциаций выбран комплексный памятник природы «Северный чернопихтарник», который находится на лесопокрытой части территории Ботанического сада-института ДВО РАН [2-3].

При сравнительном анализе флор производится попарное сравнение списков с помощью мер включения. Рассчитывается матрица мер включения, на основе которой строится граф включения при выборе различных пороговых величин [4-5]. Однако при рассмотрении большого числа видовых списков у ориентированных графов появляется значительное количество дуг, что весьма затрудняет их интерпретацию. В этом случае нами предлагается использовать новый подход, основанный на учёте количества исходящих и входящих дуг в вершину ориентированного графа [4-6].

Рассмотрим данный подход более подробно. Пусть дана матрица мер включения для п дескриптивных множеств. Меры включения АI в А и наоборот, А в А равны соответственно:

Определим меру включения в дескриптивное множество А, совокупности дескриптивных множеств АI

B.I. Semkin, V.P. Seledets, I.S. Maiorov, M.V. Gorshkov

—у—v-> - -r-^-

(i, j = 1, n).

(j = 1, ..., n; j + /):

І=1

і*І

то есть суммируются элементы А-го столбца без диагонального элемента. Аналогично мера включения А/ в совокупность дескриптивных множеств А (і = 1, ..., п;і Ф /):

і+^Г=Ек^і’'а, '

і=1

і*І

то есть суммируются элементы А-й строки без диагонального элемента. Тогда относительный индекс преобладания йГ ^ ^ над йГ ^ ^ равен:

./.« М! 'Ч!

П

п-

Отметим, что величина с/„(А) заключена в интервале от -1 до +1. Если взять некоторый порог 5 и считать, что при К ^; А] > ), следует К ^; А] = ', а если К ^¡1; А] < ), следует К ; А] = ?, то

в этом случае рассмотренные нами показатели имеют адекватную теоретико-графовую интерпретацию [7]: с/„(А) - относительный индекс преобладания полустепени исхода вершины А над полустепенью захода вершины А ориентированного графа; йГ ^ ___ - полустепень захода вершины А (число дуг, заходящих в

вершину А); йГ ^.^-полустепень исхода вершины А (число дуг, исходящих из вершины А).

Наименьшее отрицательное значение индекс преобладания принимает для вершин, которые имеют только исходящие дуги, а наибольшее положительное значение имеют вершины, которые имеют только входящие дуги.

Обратимся к материалам по памятнику природы. Основным источником после самих списков видов является матрица пересечений (табл. 1), то есть матрица содержит информацию о числе видов в каждом списке и число видов общих для каждой пары сравниваемых списков [2].

Из матрицы пересечений следует, что списки видов ассоциаций сообществ разновелики по числу видов, то есть списки, содержащие по 14-15 или 16 видов, и есть списки по 32, 30, 28 и 25 видов. Следовательно, в данном случае, как рекомендует Б.И. Сёмкин [8-11], достаточно использовать только меры включения. Известно, что граф включения-сходства характеризует одновременно, как отношения несимметричные (включения), так и отношения симметричные (сходства). Сходство определяется в случае, когда при данной пороговой величине наблюдается одновременное взаимное включение сравниваемых списков.

В нашем случае изображать отношения между списками видов ассоциаций сообществ памятника природы «Северный чернопихтарник» в виде графа включения-сходства очень трудно, так как довольно много списков (41) и между ними присутствуют достаточно «сильные» связи. В подобном случае графически изображаются линии связей, в которых сложно установить закономерности.

Предлагаем следующий выход из создавшейся ситуации. Мы будем использовать для анализа отношений включения-сходства индекс преобладания [5]. Для этих целей выберем порог 5>50%. По матрице мер включения подсчитываем число входящих в вершины дуг (С+ (А)) и число исходящих из них дуг (С (А)) при заданном пороге. Затем определим значение индекса преобладания по следующей формуле:

где б (А) - индекс «преобладания» вершины А графа; б (А) - число дуг, входящих в вершину А графа; б~ (А) - число дуг, исходящих из вершины А графа; п - число вершин графа.

п

117

Таблица 1

Матрица пересечений для 41-й ассоциации сообществ памятника природы «Северный чернопихтарник»

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

1 18 5 8 7 9 6 6 8 9 10 7 7 10 8 8 7 5 8 10 7 6 8 6 6 7 6 6 8 7 6 4 7 3 6 9 7 9 9 7 6 8

2 5 14 6 7 8 7 5 9 6 8 8 7 10 10 7 9 7 7 8 6 10 11 7 6 8 6 8 10 9 5 5 9 4 6 9 9 10 10 6 7 8

3 8 6 23 9 6 8 6 8 8 9 6 9 10 9 6 6 6 9 8 8 9 8 6 7 8 6 7 7 6 5 7 9 6 8 8 7 6 9 6 8 7

4 7 7 9 15 7 5 6 8 7 9 7 10 9 10 7 7 5 8 7 4 7 9 8 6 9 7 7 6 7 6 4 7 3 9 9 10 7 8 5 7 9

5 9 8 6 7 22 7 6 11 11 13 9 9 14 9 9 8 11 7 13 9 11 12 9 5 6 9 7 12 13 13 7 8 6 9 13 10 15 16 9 8 9

6 6 7 8 5 7 19 4 7 6 7 7 6 7 7 6 5 5 6 10 7 7 8 5 5 6 4 5 7 9 6 6 7 4 6 9 6 6 9 4 7 7

7 6 5 6 6 6 4 14 6 6 6 5 7 6 6 5 4 3 5 6 4 6 5 4 6 5 5 5 6 4 5 3 4 4 4 6 6 6 6 4 4 5

8 8 9 8 8 11 7 6 26 8 10 6 8 13 10 9 7 9 10 7 7 11 13 7 8 7 10 7 11 13 7 9 11 5 9 14 11 15 12 9 7 8

9 9 6 8 7 11 6 6 8 21 12 11 10 10 7 10 7 7 8 10 8 9 11 6 6 7 7 7 10 9 9 7 7 6 8 13 9 12 11 7 5 8

10 10 8 9 9 13 7 6 10 12 23 10 11 16 14 13 9 9 11 13 11 11 16 9 8 11 8 9 10 11 10 7 11 3 12 14 11 14 16 10 11 11

11 7 8 6 7 9 7 5 6 11 10 18 8 12 10 10 10 7 8 10 10 9 11 7 5 10 6 8 8 7 10 4 7 2 7 11 9 15 12 7 8 9

12 7 7 9 10 9 6 7 8 10 11 8 18 10 8 9 7 6 9 10 7 9 11 8 8 9 9 7 6 7 9 6 7 6 10 13 11 8 12 7 7 8

13 10 10 10 9 14 7 6 13 10 16 12 10 28 14 13 10 9 13 14 11 12 17 8 7 10 8 11 13 14 12 9 14 3 10 16 14 19 20 14 11 11

14 8 10 9 10 9 7 6 10 7 14 10 8 14 19 11 9 6 11 10 9 10 14 10 8 10 7 8 8 9 7 5 10 3 9 11 10 12 13 9 9 12

15 8 7 6 7 9 6 5 9 10 13 10 9 13 11 21 8 7 9 11 10 7 13 6 7 9 10 8 8 11 9 4 9 3 8 14 11 12 12 8 7 9

16 7 9 6 7 8 5 4 7 7 9 10 7 10 9 8 19 10 9 9 9 11 9 9 6 10 6 11 9 8 10 4 9 2 8 10 8 13 10 8 8 8

17 5 7 6 5 11 5 3 9 7 9 7 6 9 6 7 10 19 7 7 7 10 11 8 5 7 8 6 10 10 9 9 8 6 5 11 10 13 10 7 8 6

18 8 7 9 8 7 6 5 10 8 11 8 9 13 11 9 9 7 22 10 7 8 12 6 7 9 7 9 9 8 7 7 10 3 8 11 8 11 10 10 7 9

19 10 8 8 7 13 10 6 7 10 13 10 10 14 10 11 9 7 10 23 12 12 13 9 5 8 6 9 11 11 13 8 9 4 7 13 8 13 16 10 7 9

20 7 6 8 4 9 7 4 7 8 11 10 7 11 9 10 9 7 7 12 25 13 9 6 6 7 7 5 7 12 11 5 8 4 6 10 8 12 12 9 8 7

21 6 10 9 7 11 7 6 11 9 11 9 9 12 10 7 11 10 8 12 13 21 12 7 6 8 8 8 8 10 11 7 9 5 8 11 10 13 12 9 9 8

22 8 11 8 9 12 8 5 13 11 16 11 11 17 14 13 9 11 12 13 9 12 25 8 8 11 9 10 12 10 10 10 13 5 11 18 14 16 17 9 10 11

23 6 7 6 8 9 5 4 7 6 9 7 8 8 10 6 9 8 6 9 6 7 8 17 6 8 6 5 7 8 7 5 8 3 7 9 8 12 11 7 8 8

24 6 6 7 6 5 5 6 8 6 8 5 8 7 8 7 6 5 7 5 6 6 8 6 19 7 7 7 7 6 5 6 7 5 7 9 8 7 8 6 5 8

25 7 8 8 9 6 6 5 7 7 11 10 9 10 10 9 10 7 9 8 7 8 11 8 7 17 7 10 8 7 8 6 9 3 10 10 10 9 9 6 10 9

26 6 6 6 7 9 4 5 10 7 8 6 9 8 7 10 6 8 7 6 7 8 9 6 7 7 21 6 8 9 7 6 6 6 7 11 10 10 9 4 6 8

27 6 8 7 7 7 5 5 7 7 9 8 7 11 8 8 11 6 9 9 5 8 10 5 7 10 6 15 12 7 8 5 8 2 9 10 8 9 8 5 6 7

28 8 10 7 6 12 7 6 11 10 10 8 6 13 8 8 9 10 9 11 7 8 12 7 7 8 8 12 25 11 10 9 8 4 7 11 9 14 12 7 6 8

29 7 9 6 7 13 9 4 13 9 11 7 7 14 9 11 8 10 8 11 12 10 10 8 6 7 9 7 11 23 11 8 11 5 9 12 10 13 13 9 10 7

30 6 5 5 6 13 6 5 7 9 10 10 9 12 7 9 10 9 7 13 11 11 10 7 5 8 7 8 10 11 23 8 8 5 7 12 10 14 14 9 8 7

Вестник,КрасГАУ. 2009. №4

118

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

31 4 5 7 4 7 6 3 9 7 7 4 6 9 5 4 4 9 7 8 5 7 10 5 6 6 6 5 9 8 8 21 9 7 5 10 9 11 11 6 5 6

32 7 9 9 7 8 7 4 11 7 11 7 7 14 10 9 9 8 10 9 8 9 13 8 7 9 6 8 8 11 8 9 22 7 8 12 11 15 13 8 9 8

33 3 4 6 3 6 4 4 5 6 3 2 6 3 3 3 2 6 3 4 4 5 5 3 5 3 6 2 4 5 5 7 7 14 3 7 7 5 6 3 3 3

34 6 6 8 9 9 6 4 9 8 12 7 10 10 9 8 8 5 8 7 6 8 11 7 7 10 7 9 7 9 7 5 8 3 16 12 8 8 11 5 7 6

35 9 9 8 9 13 9 6 14 13 14 11 13 16 11 14 10 11 11 13 10 11 18 9 9 10 11 10 11 12 12 10 12 7 12 30 14 17 19 10 9 11

36 7 9 7 10 10 6 6 11 9 11 9 11 14 10 11 8 10 8 8 8 10 14 8 8 10 10 8 9 10 10 9 11 7 8 14 22 13 13 9 10 12

37 9 10 6 7 15 6 6 15 12 14 15 8 19 12 12 13 13 11 13 12 13 16 12 7 9 10 9 14 13 14 11 15 5 8 17 13 32 20 13 10 11

38 9 10 9 8 16 9 6 12 11 16 12 12 20 13 12 10 10 10 16 12 12 17 11 8 9 9 8 12 13 14 11 13 6 11 19 13 20 30 12 10 12

39 7 6 6 5 9 4 4 9 7 10 7 7 14 9 8 8 7 10 10 9 9 9 7 6 6 4 5 7 9 9 6 8 3 5 10 9 13 12 19 8 7

40 6 7 8 7 8 7 4 7 5 11 8 7 11 9 7 8 8 7 7 8 9 10 8 5 10 6 6 6 10 8 5 9 3 7 9 10 10 10 8 18 10

41 8 8 7 9 9 7 5 8 8 11 9 8 11 12 9 8 6 9 9 7 8 11 8 8 9 8 7 8 7 7 6 8 3 6 11 12 11 12 7 10 21

Экология

Например, список 1 включается в другие списки при пороге 5>50% 8 раз (в списки 5, 9, 10, 13, 19, 35, 37, 38), так как в первой строке только 8 чисел больше или равно 0,5. Но в список 1 включается только список 4, то есть в первом столбце только одно число соответствует выбранному порогу (0,5). Индексы преобладания, подсчитанные для каждой вершины, даны в табл. 2.

Таблица 2

Индексы преобладания полустепеней захода дуг графа над полустепенью исхода дуг

№ 6+

1 1 8 -0,17 22 30 18 0,30

2 6 28 -0,55 23 5 19 -0,35

3 6 0 0,15 24 1 1 0,00

4 8 30 -0,55 25 12 26 -0,35

5 23 15 0,20 26 12 5 0,18

6 1 4 -0,08 27 6 29 -0,58

7 0 1 -0,02 28 11 6 0,12

8 18 6 0,30 29 21 13 0,20

9 9 12 -0,08 30 13 9 0,10

10 28 21 0,18 31 2 4 -0,05

11 9 17 -0,20 32 17 11 0,15

12 10 18 -0,20 33 0 4 -0,01

13 32 16 0,40 34 5 22 -0,42

14 19 27 -0,20 35 36 8 0,70

15 17 14 0,08 36 23 21 0,05

16 10 20 -0,25 37 34 22 0,30

17 6 15 -0,22 38 35 8 0,68

18 13 11 0,05 39 3 16 -0,32

19 24 13 0,28 40 8 13 -0,12

20 10 5 0,12 41 10 9 0,02

21 19 17 0,05

Проведём интерпретацию результатов. Наиболее «оригинальными» растительными ассоциациями оказались 35 и 38, имеющие значения индекса преобладания 0,70 и 0,68 соответственно. В эти ассоциации входит большинство видов растений других ассоциаций данного памятника природы.

Ассоциация 35 включает 30 видов сосудистых растений и характеризует дубняк с пихтой цельнолистной в нижней части северного склона 20°. Ассоциация 38 также включает 30 видов сосудистых растений и характеризует липовый лес в верхней части северного склона 9°. Эти растительные ассоциации наиболее богаты по числу видов. Высока оригинальность у ассоциаций под номерами - 13 (+40), 22 (+30), 37 (+30) и 19 (+28). Охарактеризуем данные ассоциации. Ассоциация 13 включает 28 видов и характеризует дубовый лес на северовосточном склоне, крутизна 3°. Ассоциация 22 включает 25 видов и характеризует чернопихтарник с липой на северном склоне, крутизна 2-20°. Ассоциация 37 включает 32 вида и характеризует липовый лес в нижней части северного склона 5°. Ассоциация 19 включает 23 вида и характеризует чернопихтарник с дубом на северном склоне, крутизна 10°. Большинство из перечисленных оригинальных ассоциаций включает достаточно большое число видов (от 23 до 32).

Рассмотрим ряд «банальных» ассоциаций. Самой «банальной» ассоциацией (индекс равен -0,58) является ассоциация 27, которая имеет 15 видов и характеризуется как кедрово-чернопихтовый лес на северном склоне, 5-10°. Список этой ассоциации до 50% представлен в 29 других ассоциациях, а в эту ассоциацию включено только 6 других ассоциаций. На втором месте по «банальности» стоит ассоциация 4, имеющая индекс -0,55 - 15 видов в списке и характеризуется как дубовый лес на пологом северном склоне, кру-

тизна 2°. Список видов это ассоциации включается в списки видов других 30 ассоциаций. Индекс преобладания -0,55 имеет также ассоциация 2 (имеет 14 видов) - чернопихтово-широколиственный лес на северном склоне, крутизна 12°. Банальными также являются ассоциации 23 и 25, имеющие индекс преобладания -

0.35.и по 17 видов в списке.

Особо следует отметить ассоциацию 24, имеющую индекс преобладания, равный 0. В эту ассоциацию включается только одна ассоциация, и сама она включается только в одну ассоциацию. Она составляет 19 видов и представляет чернопихтарник папоротниковый на пологом северном склоне. В ассоциацию 24 включается ассоциация 27 (кедрово-чернопихтовый лес), а сама она включается в ассоциацию 35 (дубняк с пихтой цельнолистной).

С помощью индекса преобладания мы смогли выделить, как наиболее «оригинальные» ассоциации, так и наиболее «банальные». Кроме того, была дана характеристика этих ассоциаций по видовому обилию. Оказалось, что, как правило, более «оригинальные» ассоциации имеют большее видовое богатство по сравнению с наиболее «банальными».

Литература

1. Берсенев, Ю.И. Особо охраняемые природные территории Приморского края: учеб.-метод. пособие / Ю.И. Берсенев. - Владивосток: МК-Дизайн, 1997. - 41 с.

2. Селедец, В.П. Охраняемые природные территории Приморского края / В.П. Селедец. - Владивосток: Дальнаука, 1993. - 171 с.

3. Селедец, В.П. Растительность памятников природы в береговой зоне Японского моря (Приморский край) / В.П. Селедец. - Владивосток: Дальнаука, 2005. - 230 с.

4. Сёмкин, Б.И. Теоретико-графовые методы в сравнительной флористике / Б.И. Сёмкин // Теоретические и методические проблемы сравнительной флористики: мат-лы 2-го рабочего совещания по сравнительной флористике (Неринга, 1983). - Л.: Наука, 1987. - С. 149-163.

5. Сёмкин, Б.И. Методика математического анализа списка видов насекомых в естественных и культурных биоценозах / Б.И. Сёмкин, Л.С. Куликова. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1981. - 73 с.

6. Кафанов, А.И. Влияние видового богатства и обилия на меры включения при теоретико-графовом анализе / А.И. Кафанов // Изв. РАН. - 1994. - №3. - С. 428-434.

7. Берж, К. Теория графов и её приложения / К. Берж. - М.: Изд-во иностр. лит., 1962. - 320 с.

8. Борзова, Л.М. Развитие островных растительных сообществ в голоцене (на примере острова Большой Пелис) / Л.М. Борзова, Б.И. Сёмкин, Н.Н. Ковалюх // Развитие природной среды в плейстоцене (юг Дальнего Востока). - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1981. - С. 127-134.

9. Калюжная, Н.С. Анализ структуры фауны жёсткокрылых (Coleoptera) северо-западной части Сарпин-ской низменности (Калмыкская АССР) с использованием теоретико-графовых методов / Н.С. Калюжная, Б.И. Сёмкин, Е.Л. Петухова // Энтомологическое обозрение. - 1983. - Т. 62. - № 1. - С. 199-204.

10. Максимова, В.Ф. Сравнительный анализ травяного яруса в лесах Среднего Сихотэ-Алиня с помощью мер включения / В.Ф. Максимова, Н.С. Нечаева, Б.И. Сёмкин // Локальный мониторинг растительного покрова. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1982. - С. 102-110.

11. Сёмкин, Б.И. Сравнительный анализ списков видов сосудистых растений островов Дальневосточного морского заповедника / Б.И. Сёмкин, Л.М. Борзова // Бот. журн. - 1986. - Т. 71. - № 5. - С. 652-657.

'--------♦-----------