Ландшафтная структура и инвазии растений

Landscape pattern and plant invasions

Interaction between landscape structure and plants invasions is studied. Correlation between plants invasions with indicators anthropogenic transformation a landscape environment, and also the landscape metrics characterizing a fragmentation and a diversity of landscapes is established. Risk invasions increases in the anthropogenic landscapes in process of increase of their fragmentation and heterogeneity.

Изучение взаимосвязи между ландшафтной структурой и экологическими процессами – одно из приоритетных направлений ландшафтной экологии. Одним из важных экологических процессов, влияющим на экологическую ситуацию, является адвентизация растительного покрова, т.е. вторжение в местные растительные сообщества чужеземных видов растений (http://geoecograph.blogspot.com/p/invasion.html).

В ходе наших исследований была изучена корреляционная связь между показателями адвентизации растительности (АД₁-АД₅) и характеристиками ландшафта (ландшафтные метрики, описывающие структуру ландшафта и показатели антропогенной трансформации – коэффициент экологической стабильности и индекс хемеробности).

Индекс хемеробности оценивает степень антропогенной трансформации ландшафта, отражает антропогенное воздействие на растительность и на ландшафт в целом, и может рассчитываться по формуле: М=100*Σ(S_h/m)*h, где S_h – удельная площадь ареала со степенью хемеробности h; m – число степеней хемеробности; h – степень хемеробности (Steinhard U. Hemeroby index for landscape monitoring and evaluation, 1999).

Набор рассматриваемых ландшафтных метрик включал: LPI, ED, LSI, AREA, SHAPE, CONTIG, CONTAG, IJI, SPLIT, SHDI, SIDI (всего 11 метрик ландшафтного уровня). Ландшафтные индексы и метрики рассчитывались на участках 2х2 км, для каждого из которых путем геоботанической съемки оценена адвентизация современного растительного покрова и встречаемость наиболее агрессивных инвазионных видов растений (всего 30 участков).

Размещение тестовых участков 2х2 км показано на рисунке.

В качестве критериев оценки адвентизации растительного покрова предложены показатели:

АД₁ – доля адвентивных видов от общего числа видов флоры (% от числа всех видов); характеризует степень адвентизации флоры;

AD₁—the share of adventive species of total floristic species abundance, %;

АД₂ – доля адвентивных видов в покрытии (% от общего проективного покрытия); характеризует эколого-ценотическое значение адвентивных видов в растительном покрове;

AD₂—the share of adventive species in cover, %;

АД₃ – доля адвентивных видов деревьев от общего числа древесных видов;

AD₃—the share of adventive species of trees of total abundance of tree species, %;

АД₄ – доля адвентивных видов деревьев от общей численности естественного возобновления; характеризует эколого-ценотическое значение адвентивных деревьев, их способность к самовоспроизводству;

AD₄—the share of adventive tree species of total abundance of natural restoration, %.

АД₅ – встречаемость инвазионных видов, % от числа пробных площадок; характеризует частоту встречаемости адвентивных видов в растительном покрове.

AD₅ – occurrence of adventive species, % from total abundance of plots.

Эти показатели позволяют оценивать степень адвентизации растительного покрова и степень риска инвазий. На рисунке оценка адвентизации растительности района исследований посредством показателя АД1.

Установлено, что степень адвентизации растительности коррелирует:

а) с метриками, характеризующими фрагментацию ландшафта – ED, LSI, CONTAG, MESH и SPLIT (рост фрагментации сопровождается увеличением адвентизации);

б) с метриками, характеризующими разнообразие ландшафта – SHDI и SIDI (большему разнообразию соответствует большая степень адвентизации).

Степень адвентизации древесной растительности имеет достоверную связь только с метриками фрагментации ED и LSI.

Метрика ED (плотность краев или границ в ландшафте) оценивает фрагментацию ландшафта, т.е. процесс дробления континуума ландшафтов или их элементов деятельностью человека (рост фрагментации отражается увеличением ED).

Метрика SHDI (индекс разнообразия Шеннона) – оценивает ландшафтное разнообразие (увеличение значений указывает на рост разнообразия).

Метрика SPLIT оценивает степень раздробленности ландшафта на пятна (SPLIT=1, когда ландшафт состоит из одного пятна).

Метрика LSI (учитывает как пятен плотность краев, так и сложность конфигурации пятен в ландшафте).

Имеет место тесная связь всех показателей адвентизации с антропогенной нарушенностью окружающего ландшафта. Коэффициент корреляции Спирмена между показателями адвентизации и индексом хемеробности имеет значения 0,80-0,89 (p<0,001); между показателями адвентизации и коэффициентом экологической стабильности – -0,73-0,83 (p<0,001).

В ходе исследований было изучено распространение наиболее агрессивных видов  – Conyza canadensis (L.) Cronqist,  Oenothera biennis L., Acer negundo L., Amaranthus retroflexus L., Robinia  pseudoacacia L., Galinsoga parviflora Cav., Echinocystis lobata (Michx.) Torr. & A. Gray, Impatiens glandulifera Royle. Встречаемость всех рассматриваемых инвазионных видов достоверно связана с показателями антропогенной нарушенности окружающего ландшафта – с коэффициентом экологической стабильности (отрицательная связь) и индексом хемеробности (положительная связь). Более сложный характер имеет взаимосвязь встречаемости инвазионных видов и ландшафтных метрик.

Установлено, при прочих равных условиях риск инвазий этих видов возрастает в более фрагментированном и более гетерогенном ландшафте.

Risk invasions increases in the anthropogenic landscapes in process of increase of their fragmentation and heterogeneity.

Рост инвазий при увеличении фрагментации ландшафта – эмпирический факт, который может объясняться следующими механизмами:

1) создание благоприятных условий для миграции инвазионных видов (развитие транспортной инфраструктуры повышает риск заноса их в данный район);

2) создание благоприятных условий для приживания инвазионных видов (фрагментация вызывает изменение микроклимата – рост освещенности, усиление колебаний влажности и температуры воздуха и т.д.);

3) ослабление и деградация ценопопуляций местных ключевых видов (эдификаторов), снижение их конкурентной способности (инвазионные виды получают возможность конкурировать с ними за ресурсы);

4) исчезновение из ландшафта чувствительных к антропогенному воздействию видов, как следствие, увеличение числа свободных экологических ниш.

Взято из работы:

Гусев А.П. Пространственно-временные изменения структуры ландшафтов юго-востока Белоруссии и их экологические последствия (на примере инвазий растений) // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География, геоэкология. – 2014. – №1. – С. 18-23.

Изучены изменения ландшафтной структуры и землепользования на юго-востоке Белоруссии на двух временных срезах: 1 – начало XX века; 2 – начало XXI века. Количественно оценена антропогенная нарушенность и фрагментация ландшафтов и их изменения во времени. Изучена взаимосвязь между ландшафтной структурой и инвазиями растений. Установлена корреляция между инвазиями растений с показателями антропогенной нарушенности окружающего ландшафта, а также ландшафтными метриками, характеризующими фрагментацию и разнообразие ландшафтов. Риск инвазий возрастает в антропогенных ландшафтах по мере роста их фрагментации и гетерогенности.

Ключевые слова: ландшафт, землепользование, ландшафтные метрики, растительные  инвазии, Белоруссия

SPATIAL-TEMPORAL CHANGES OF STRUCTURE OF LANDSCAPES OF THE SOUTHEAST OF BELARUS AND THEIR ECOLOGICAL CONSEQUENCES (ON EXAMPLE PLANTS INVASIONS)

Changes of landscape pattern and land use in the southeast of Belarus on two time periods are studied: 1 – the XX century beginning; 2 – the XXI century beginning. It is quantitatively estimated anthropogenic disturbances and a fragmentation of landscapes and their change in time. Interaction between landscape structure and plants invasions is studied. Correlation between plants invasions with indicators anthropogenic transformation a landscape environment, and also the landscape metrics characterizing a fragmentation and a diversity of landscapes is established. Risk invasions increases in the anthropogenic landscapes in process of increase of their fragmentation and heterogeneity.

Key words: landscape, land use, landscape metric, plant invasions, Belarus

По ландшафтным метриками:

McGarigal K., Cushman S.A., Neel M.C., Ene E. FRAGSTATS: Spatial Pattern Analysis Program for Categorical Maps, project homepage [Electronic resource] / University of Massachusetts. – Amherst, 2002.