Файл: Эколого-географический анализ и моделирование распространения биообъектов с использованием ГИС.pdf

Тема 3. Эколого-географический анализ распространения биообъекта 

Эколого-географический анализ распространения биообъекта включает: 

1) выявление  экологических факторов среды, лимитирующих распространение биообъекта, 

2)  количественную  оценку  экологических  амплитуд  (зон  толерантности)  биообъекта  по 

отношению к каждому лимитирующему фактору. 

3.1. Выявление  факторов, лимитирующих распространение биообъекта. 

 
Распространение  вида  на  разных  участках  границ  ареала  лимитируется  разными 

экологическими  факторами  среды.  Например,  северные  границы  ареалов  многолетних  видов 
растений  в  Евразии  определяются  недостатком  сумм  активных  температур  за  вегетацию  (1). 
Северо-восточные  и  восточные  границы  ареалов  на  макроконтинентальном  уровне  - 
преимущественно  низкими  зимними  температурами  (2).  Продвижение  растений  на  юг  и  юго-
восток преимущественно сдерживается недостатком увлажнения (3).  На рисунке приведен ареал 
липы сердцелистной: 

На  разных  территориях  и  континентах  северные,  южные,  восточные  и  западные  границы 

ареала  могут  определяться  разными  экологическими  факторами.  Это  связано  с  особенностями 
распределения и направлением градиентов факторов среды. 

Для  сравнения,  -  в  Северной  Америке  суммы  активных  температур  и    низкие  зимние 

температуры одновременно определяют северную границу распространения лип ( граница 1-2), а 
недостаток  влагообеспеченности  сдерживает  распространение  лип  в  западном  направлении 
(граница  3).  Западный  градиент  уменьшения  количества  осадков  в  Северной  Америке  связан  с  
препятствием, создаваемой горной системой Кордильер на пути осадков, приходящих с Тихого 
океана. 

Решение задачи выбора лимфакторов облегчается тем, что распространение близких видов и 

экотипов  определяется  сходными  наборами  экологических  факторов  среды.  Например,  для 
многолетних  растений  бореальной  зоны  лимитирующими  их  распространение  абиотическими 
факторами  являются,  прежде  всего,  суммы  температур  за  вегетацию,  низкие  зимние 
температуры,  недостаток  увлажнения.  Низкие  зимние  температуры  могут  приводить  к  гибели 
растений  от  вымерзания.  Недостаток  тепла  за  период  вегетации  не  позволяет  растениям 
сформировать  зрелые  семена  и  как  следует  подготовится  к  зиме.  Недостаток  увлажнения 
приводит к гибели растений от засухи.   

Для  однолетних  яровых  видов  растений  лимитирующими  являются  недостаток  сумм 

температур  за  вегетацию  и  дефицит  увлажнения.  При  этом  лимитирующее  значение  зимних 
температур  теряется,  поскольку  яровые  однолетние  растения  зимуют  в  фазе  семян,  которые 
способны переносить температуры значительно более низкие, чем те, которые могут случаться в 
самые экстремальные зимы. 

Подтверждение  правильности  выбора  фактора,  лимитирующего  распространение 

конкретного вида, может быть  удостоверено наложением ареала анализируемого вида на карты 
предполагаемого  лимитирующего  фактора  среды,  значения  которого  представлены  в  виде 
изолиний.  Если  изолинии  лимфактора  совпадают  с  границей  ареала,  то  это  является 
существенным подтверждением того, что именно этот фактор лимитирует распространение вида 
на данном фрагменте ареала.  

Сопоставление  карты  ареала  липы  сердцевидной  с  изолиниями  сумм  активных  температур 

выше  0С  за  вегетационный  период  подтверждает    обусловленность    северных  границ  ареала 
липы условиями теплообеспеченности вегетационного периода. 

Сопоставление  карты  ареала  липы  сердцевидной  с  изолиниями  январских  температур 

показывает,  что  воздействие   низких  зимних  температур  обусловливает  в  Евразии  не  северную 
границу распространения липы, как это часто считается, а только северо-восточную. 

Следует учитывать, что изолинии разных факторов среды могут идти симметрично. Поэтому 

соответствие  границы  ареала  изолинии  некоторого  фактора  среды  является  необходимым 
условием  подтверждения  того,  что  именно  этот  фактор  может  лимитировать  распространение 
вида на данном участке границы ареала, - но не достаточным. Правильное решение при выборе 
факторов  лимитирующих  распространение  вида  может  принять  эксперт  в  области  биологии  и 
экологии  данного  вида.  Иногда  для  принятия  решения  требуется  проведение  специального 

исследования.  Например,  лимитом  продвижения  липы  на  север  в  Великобритании  может 
являться  как  недостаток  сумм  температур  за  вегетацию,  обуславливающий  проблемы  с 
созреванием семян и подготовкой растений к перезимовке, так и  низкие температуры  в период 
цветения  липы,  которые  препятствуют  завязыванию  всхожих  семян.  –  Выбор  из  этих  двух 
факторов  нетривиален  даже  для  эксперта  и  требует  проведения  специального  научного 
исследования. 

3.2. Оценка  экологических амплитуд биообъекта: экстракции значений по маскам 
объектов 

Определение  эколого-географических  амплитуд  растений  по  отношению  к  лимитирующим 

их распространение экологическим факторам среды осуществляется путем сопоставления ареала 
вида  с  картой  экологических  факторов  среды.  Геоинформационные  технологии  предоставляют 
различные процедуры и возможности количественной оценки экологических амплитуд  видов.  

3.2.1. Техника кликинга 

Наложив  на  растровую  карту  сумм  температур  карту  ареала  можно  проанализировать 

северную границу ареала инструментом пиксельная пипетка, снимая количественные значения с 
карты  сумм  температур  непосредственно  вдоль  северной  границы  ареала.    Усреднение 
полученных  значений  позволяет  получить  приблизительное    среднее  значение    лимита 
распространения вида по суммам температур за вегетацию. 

3.2.2. Гистограмма эколого-географической амплитуды вида 

Геоинформационные  технологии  позволяют  снять  значения  с  каждой  из  клеток  растровой 

экологической карты, попадающих в площадь ареала, и представить их в виде гистограмм.  

На  рисунке  ниже  представлены  эколого-географические  амплитуды  липы  сердцелистной 

снятые  в  пределах  ее  ареала  в  Восточной  Европе  с  растровых  карт  сумм  активных  температур 
(а),  карт январских  температур  (б),  карте  индекса  увлажнения  (в).  На  оси  абцисс  представлены 
диапазоны  значений  экологических  факторов,  а  ось  ординат  показывает  количество  ячеек 
растровой карты, входящих в определенный диапазон значений экологического фактора.  

Такие гистограммы, снятые по площади ареала с карт лимитирующих распространение вида 

экологических  факторов  среды,  представляют  по  сути  эколого-географические  амплитуды 
(ниши) вида. 

Некоторую сложность использования эколого-географических амплитуд при моделировании 

может представлять выбор пограничных значений факторов. Следует учитывать, что конкретно 
пограничные  значения  амплитуды  экологического  фактора  в  общем  массиве  значений 
экологического фактора, снятых с клеток растра экологической карты по всей площади ареала, 
составляют    незначительное  количество.  При  этом  минимальные  и  максимальные  значения 
эколого-географических  амплитуд  могут  оказаться  в  действительности  экстрагированными  с  
экстразональных пикселей ареала. Экстразональность  некоторых участков ареала может быть, в 
частности,  связана  с  включением  в  границы  ареалов  небольших  внутренних  областей,  на 
которых  вид  в  действительности  не  встречается  (например,  области  высокогорий).  При 
генерализации  границ  ареала  они  могут  войти  в  общую  площадь.    При  проникновении 
влаголюбивых  видов  в  пределы  аридной  зоны  по  поймам  рек  генерализованная  карта  ареала 
может захватить и часть аридных территории, на которой вид в действительности не встречается.   
При  экстракции  значений  с  этих  участков  на  гистограмме  могут  возникать  шумы.  Наличие 
подобных  шумов  создает  сложности  при  определении  пограничных  значений  лимитирующих 
факторов по гистограмме снятой со всей площади ареала. Поэтому оптимальным может являться 
способ экстракции значений экологических факторов не со всей площади ареала, а конкретно с 
фрагментов границ ареала, определяемым тем или иным лимитирующим фактором. 

3.2.3. Экстракция значений лимитирующих факторов по экологическим фрагментам 
границ ареала