CC BY
138
КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЗИМНИХ МАРШРУТНЫХ УЧЁТОВ КОСУЛИ СИБИРСКОЙ (CAPREOLUS PYGARGUS)
В НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ
Александра Михайловна Косарева
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, e-mail: [email protected]
Владимир Алексеевич Юдкин
Институт систематики и экологии животных СО РАН, 630091, Россия, Новосибирск, ул. Фрунзе, 11, ведущий научный сотрудник, тел. 2170497, e-mail: [email protected]
Рассматривается алгоритм построения карт плотности следов охотничье- промысловых животных в среде ГИС по данным зимних маршрутных учётов. Сравнительный анализ полученных тематических карт и их предметное толкование позволяет выявить характер пространственного распределения ресурсов косули сибирской (Capreolus pygargus) в Новосибирской области.
Ключевые слова: численность, пространственное распределение животных, зоологическое картографирование, ГИС, косуля сибирская (Capreolus pygargus).
CARTOGRAPHICAL VISUALIZATION OF WINTER CALCULATION OF SIBERIAN ROE DEER (CAPREOLUS PYGARGUS) ON ROUTES IN NOVOSIBIRSK REGION
Alexandra M. Kosareva
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., PhD student, e-mail: [email protected]
Vladimir A. Yudkin
Institute of Systematics and Ecology of Animals SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 11 Frunze str., key researcher, tel. (908) 2170497, e-mail: [email protected]
The algorithm for mapping of game animal density in GIS according to winter calculation of their traces on routes is considered. This map is compared to standard valuation of siberian roe deer resources in districts of Novosibirsk region. The zoological interpretation is given to results of this comparative analysis.
Key words: numbers, spatial distribution of animals, zoological cartography, GIS, siberian roe deer (Capreolus pygargus).
При построении зоологических карт в большинстве случаев возникает значительная проблема - обеспеченность территории эмпирическими данными. Анализ имеющихся публикаций, посвященных созданию зоогеографических карт, показал, что при построении карт на площади, превышающие 20 тыс км , обеспеченность эмпирическими данными не превышает 0,1% картируемого пространства [Юдкин, 2009, 2011], а как правило, оно намного меньше. Поэтому всегда при построении зоологических карт исследователю приходится моделировать показатели зоологического объекта на преобладающее по площади
необследованное пространство. Поскольку при столь малой обеспеченности картируемой территории обследованными участками применение формальной пространственной интерполяции невозможно, в основе картографического моделирования лежат различные зоологические или зоогеографические концепции [Тупикова, 1969; Чельцов-Бебутов, 1976; Тупикова, Комарова, 1979; Ко-ренберг, 1979;Емельянова, 1988; Конева, 1988; Даниленко и др., 2002; Юдкин, 2002, 2007, 2209; Пузаченко, Поспелов, Дубинин, 2005]. В зависимости от объема материала и выбранного подхода корректность отображения явления на таких картах значительно различается и часто бывает чрезвычайно низкой.
В то же время вне исследовательских программ, в основном в сфере хозяйственного использования ресурсов, существуют отдельные примеры получения массового эмпирического материала, объем которого в сотни раз превышает традиционные зоогеографические сборы. Некоторые из таких примеров стали хрестоматийными в зоологическом картографировании: зоолог получает косвенную информацию о численности вида в определенном районе по объемам его заготовок [Тупикова, 1969; Тупикова, Комарова, 1979]. Помимо непосредственного использования ресурсов ярким примером подобной обширной информации являются результаты зимних маршрутных учетов следов охотничьих животных. Эти учеты ежегодно организуются областными охотничьими департаментами. В Новосибирской области заложено 810 постоянных учетных маршрутов средней протяженностью около 10 км каждый, на которых ежегодно проводится подсчет суточных следов (рис. 1).
Рис. 1. Карта учетных маршрутов в Новосибирской области В тоже время необходимо иметь в виду, что поскольку учёты следов животных проводятся большим количеством людей с разным уровнем квалификации, и многие из них не заинтересованы в получении объективной информации,
качество этих данных значительно ниже, чем тех, что получают при научных исследованиях.
Метод зимних маршрутных учетов разработан не для характеристики пространственного распределения вида, а лишь для оценки ресурсов каждого вида охотничьих животных (абсолютной величины численности) в каждом отдельном административном районе для планирования дальнейшего его использования. Поэтому результаты маршрутных учетов по специальной методике [Методические рекомендации..., 2009] пересчитываются в показатели численности для каждого административного района или для отдельного охотничьего хозяйства. Окончательным документом является таблица, в которой для каждого административного района приведено абсолютное количество животных.
С точки зрения картографа административные районы могут служить наименьшими единицами рассмотрения при характеристике пространственной неоднородности распределения вида. По своему размеру эти единицы значительно различаются между собой, поэтому характеристики численности вида (абсолютные величины) в каждой такой единице некорректно сравнивать для выявления пространственных трендов. Более приемлема для этого относительная величина - плотность (численно сть, отнесенная к площади района). Картографическая визуализация содержания такой таблицы с данными по некоторым видам парнокопытных проводилась ранее [Косарева, Юдкин, 2012]. По тому же принципу подобная карта построена на основе данных по сибирской косуле в 2010 году (рис. 2).
Рис. 2. Распределение ресурсов косули по районам Новосибирской области в 2010 г. (по данным стандартной обработки результатов зимних маршрутных учетов)
Различия выделов не только по площади, но и по форме, делают сравнение в них и относительной величины малоинформативным. К тому же значительная величина районов и их малое количество на картируемой площади делают их малоэффективными в качестве единицы рассмотрения при характеристике неоднородности распределения вида внутри одной административной области.
Плотность косули особей I КВ км
Численность косули
километры
Использование же в качестве отдельной пробы результата учета на отдельном маршруте позволяет значительно уменьшить площадь пространственной единицы рассмотрения. Наличие обширного эмпирического материала в форме результатов учета следов на каждом из 810 маршрутов при всех его субъективных составляющих дает возможность с рядом допущений использовать его именно для формирования представлений об основных пространственных трендах плотности населения вида в позднезимний период.
В 2010 г из всей совокупности получена информация с 778 маршрутов общей протяженностью 7850 км. Эти маршруты хотя и неравномерно, но распределены по большей части области. Даже непосредственная визуализация количественных характеристик этих маршрутов (количество пересечений следов) уже может дать представление об особенностях распределения ресурсов вида (рис. 3).
Рис. 3. Результаты зимних маршрутных учетов косули в Новосибирской области (февраль 2010 г.)
Несмотря на свою простоту и легкость построения полученная картодиаграмма трудно воспринимается предметником -зоологом из-за неопределенности площадей с различным уровнем плотности. Характер размещения учетных маршрутов в области позволяет провести формализованную интерполяцию данных на оставшуюся необследованную территорию области. Проводимая интерполяция выполнена с учетом сведений о длине и характере суточного хода
косули в конце зимнего периода в условиях глубокого снега. Для построения картограммы вся совокупность показателей плотности следов разделена на 6 интервалов (показаны на рис. 3).
Для проведения границ полигонов с определенным уровнем плотности следов произведены следующие действия. Вокруг линий маршрутов, на которых были встречены следы косули, созданы буферные зоны. Ширина буферной зоны составила 5 км. Известно, что в зимний период, когда глубина снежного покрова превышает 30 см, длина суточного хода косули значительно сокращается. Средняя его протяженность в разных районах различается незначительно и составляет около 2,5 км [Марвин, 1959; Данилкин, 1992, 199; Мальцев, 2004; Аргунов, 2009]. Поэтому экстраполяция данных учета на расстояние от учетного маршрута более чем на 2.5 км некорректна, но при имеющейся густоте учетных маршрутов экстраполяция менее чем на 5 км от маршрута делает этот процесс бессмысленным. Затем производилась интерполяция характеристики на пространства, находящиеся между буферными зонами маршрутов, на которых встречены следы косули. Для этого вначале были оконтурены группы буферных зон, расстояние между которыми составляет менее 10 км (этот критерий принят условно). Эта операция проводится для всех буферных зон маршрутов, на которых встречены следы, независимо от их плотности. Если одиночная буферная зона маршрута удалена от ближайшей соседней более чем на 10 км, а значение плотности следов на маршруте не превышает значений второго интервала (не более 0,5 пересечений на км маршрута), то он в последствие никак не отображается на карте (допускаем, что это или спорадичное распределение, т.е. пребывание одиночного зверя, или след, принадлежащий транзитному животному).
На отдельном слое созданы полигоны только для значений третьего интервала (0,5-1) и всех более высоких. Здесь оконтуривание буферных зон вокруг маршрутов с плотностью, попадающей в этот интервал, проведено тем же способом, что и предыдущее, но с дополнительными ограничениями. Объединённый полигон (полученный после оконтуривания нескольких буферных зон) не должен пересекать более одного маршрута, где плотность следов ниже значений третьего интервала (менее 0,5). Если такие попадаются в пределах создаваемого полигона, то его границы должны огибать (а не пересекать) буферные зоны маршрутов с меньшими значениями. В данном случае буферная зона вокруг маршрутов с более низкими значениями условно принята в 2 км. Если расстояние было меньше 2 км, то граница проводилась посередине. Такие же операции повторялись и для всех более высоких уровней плотности. В результате получена картограмма, отображающая плотность следов косули (рис. 4).
Плотность следов пересечений / км маршрута
пространства
Ш информация на карте наименее достоверна
Рис. 4. Распределение плотности следов косули сибирской в Новосибирской области (январь - февраль 2010 г., по результатам картографической интерполяции данных зимних маршрутных учетов)
Покрытие области учетными маршрутами неравномерно, при визуальном анализе заметны значительные «белые пятна». Чем дальше удалены эти пространства от учетных маршрутов, тем менее надежна на них интерполяция. Поэтому на карте целесообразно обозначить районы с наименее надежными модельными значениями. Для этого были построены буферные зоны шириной 10 км вокруг всех учетных маршрутов и объединены в один полигон. Вне площади занятой этим полигоном остались свободные участки различной величины. Их мы условно принимаем за наименее изученные пространства, т.к. они значительно удалены от всех учетных маршрутов. Для оптимального отображения этих неизученных пространств на карте в масштабе 1: 3 000 000 и мельче были удалены полигоны, площадь которых составляет менее 500 км . У оставшихся участков были удалены фестоны, ширина которых не превышает 5 км при длине более 5 км.
Итак, на основе результатов зимних маршрутных учетов с использованием различных подходов к использованию и обработке эмпирического материала получено три карты. При использовании стандартных ведомственных характеристик численности вида в целом по административным районам (см. рис. 2) единственно корректным можно считать элемент, созданный способом столбчатой диаграммы. Он весьма наглядно отображает представления о различиях
ресурсов косули в административных районах. Картограмма средней плотности вида по районам иллюстрирует, за счет чего там формируется ресурс вида: за счет обширной площади района при относительно низкой плотности вида, или за счет того, что эта плотность в среднем по району высока. Так, в Доволен-ском, Здвинском и Каргатском районах при их относительно небольшой площади численность вида максимальна за счет высокой его плотности там. Сходная численность в Чулымском и Куйбышевском районах при более низкой средней плотности обусловлена тем, что их площадь в 1,5 -2 раза больше, чем первых трех районов.
Как говорилось выше, использование административных районов в качестве минимальной единицы рассмотрения не совсем корректно и малоэффективно из-за различной их величины и формы и малого их количества. Тем не менее, на данной карте, хотя и не отчетливо, просматривается более низкая плотность вида на севере и на самом юге области. Этот тренд более отчетливо виден при визуализации исходных данных маршрутных учетов (см. рис. 3), но только в левобережной части области. На правобережье Оби высокая плотность следов часто встречается так же на севере и юге области. Данная карта хотя и лучше отображает неоднородность распределения, но все же мало пригодна для использования из-за неопределенности ее объектов.
Картограмма распределения косули, выполненная способом пространственной интерполяции учетных данных, дает не только детальные, но и более отчетливые представления (см. рис. 4). В частности, на этой карте видно, что основные ресурсы косули сибирской в конце зимы на равнинной части области приурочены не просто к определенной широтной полосе, но в ее пределах отчетливо выделяются обширные участки высокой плотности. Именно там наиболее велики площади с хорошими для вида зимними кормовыми и защитными условиями. Кормовые условия вида обеспечиваются открытыми пространствами, где высокотравье в значительной степени не скрыто под снежным покровом. Но для вида относительно безопасны только те участки пространств, в относительной близости (100-500 м) от которых располагаются перелески, или заросли кустарников, или тростника и рогоза. Эти элементы местности позволяют животным быстро скрыться из вида при появлении опасности. Сложная мозаика, представляющая собой сочетания открытых пространств с такими участками растительности, как раз занимает обширные площади там, где отмечены участки с высокой плотностью вида на левобережье. В правобережной части области защитные условия дополняются еще и многочисленными элементами рельефа (лога, овраги, холмы).
Кроме этого на карте видно, что на севере пределы относительно высокой плотности близки к северной границе лесостепной зоны, а также и к изолинии высоты снежного покрова 45 см [Климатический атлас..., 1960]. Известно, что высота снежного покрова является значимым лимитирующим фактором для косули. В правобережной части распространение косули на север высотой снежного покрова лимитируется в меньшей степени: в условиях холмистого рельефа всегда можно найти склоны, где снег выдувается. Самые южные районы области в ее левобережной части характеризуются тем, что там на открытых про-
странствах по площади преобладают сельскохозяйственные территории: обширные пашни и низкотравные луга-выпасы. Поэтому, несмотря на приемлемую для вида высоту снежного покрова мест, пригодных для зимнего пребывания косули, там очень мало.
Кроме того, данная карта помогает проиллюстрировать ненадежность характеристик, приведенных на карте с использованием административных районов в качестве пространственных единиц рассмотрения (см. рис. 2). Так, показатель средней плотности в Убинском районе получен лишь за счет показателей на небольшом участке со стабильной встречаемостью косули на юге этого района. На остальном пространстве этого административного образования зимняя плотность вида близка к нулю. Тоже относится и к Кыштовскому, Колыван-скому, Краснозерскому и Чистоозерному районам. Иными словами, встречаемость внутри этих районов чрезвычайно неоднородна.
Таким образом, только карту, построенную на основе пространственной интерполяции эмпирических данных, можно использовать для характеристики пространственного распределения косули сибирской. В тоже время при высокой степени наглядности и информативности она имеет значительное количество недостатков. Основные величины, используемые при построении буферных зон, взяты условно и не имеют точного научного обоснования. Например, буферная зона вокруг линии маршрута создается для того, чтобы показать возможную площадь, на которой в течение суток может появиться зверь, пересекший учетный маршрут. В нашем случае средняя протяженность суточного хода косули сибирской в феврале месяце составляет 2,5 км. Но при имеющихся масштабе карты, протяженности исследуемой территории и густоте учетных маршрутов экстраполяция менее, чем на 5 км от маршрута бессмысленна, т.к. большая часть картируемой площади останется без характеристик плотности. Выбор величины второго критерия - оконтуривание групп буферных зон, находящихся друг от друга в 10 км обусловлен тем, что она принята ровно в два раза меньше, чем у лося (20 км), поскольку длина суточного хода косули примерно вдвое меньше, чем у лося. Однако для лося критерий в 20 км также был принят условно из-за допущения, что учтенная особь в течение двух месяцев проведения учета не всегда будет оставаться на одном ограниченном участке [Косарева, Юдкин, 2012].
Еще одним существенным недостатком является трудоемкость процесса построения данной карты, а также большое количество условий и ограничений при которых отображается или не отображается на карте площадь с определенным уровнем плотности. Самым главным недостатком всех трех представленных карт является невозможность проверки их соответствия реальности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аргунов А.В. Экология сибирской косули (Capreolus pygargus Pallas, 1771) в Центральной Якути / Автореферат дис. канд. биол. наук., Благовещенск, 2009. - 155 с.
2. Даниленко А.К., Даниленко Е.А., Маркелов А.В. и др. Компьютерная карта населения птиц Московской области (Computer Map of the birds communities of Moscow region). -Материалы 5-го международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». - М.: Наука, 2002. - С. 43-47.
3. Данилкин А.А. Перемещения / А.А. Данилкин // Европейская и сибирская косуля / Под ред. В.Е. Соколова. - М.: Наука, 1992. С. 101-123.
4. Данилкин А.А. Млекопитающие России и сопредельных регионов. Оленьи. - М.: Наука, 1999. - 552 с.
5. Емельянова Л.Г. Принципы и основные этапы создания карты населения мелких млекопитающих СССР // Общая и региональная териология - М.: Наука, 1988. - С. 310-342
6. Климатический атлас СССР. — М.: ГУГК, 1960
7. Конева И.В. Разработка специального содержания карты населения грызунов и зайцеобразных Азиатской России для нозоэкологических исследований // Картографирование населения грызунов и зайцеобразных Азиатской России. - Иркутск: Б.и., 1988. - С. 4 - 39.
8. Коренберг Э.И. Биохорологическая структура вида (на примере таежного клеща). -М.: Наука, 1979. - 172 с.
9. Косарева А.М., Черный В.В., Юдкин В.А. Визуализация и пространственный анализ в среде ГИС ведомственных оценок численности диких парнокопытных (на примере Новосибирской области). Вестник СГГА - 2012. - Вып. 2 (18): Новосибирск. СГГА, 2012. - с. 106 - 114.
10. Косарева А.М., Юдкин В.А.Картографическая визуализация результатов зимних маршрутных учетов лося (Alces alces). ИнтерКарто-ИнтерГИС-18:Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт. Материалы международной конференции / Редкол.: С.П. Евдокимов (отв. ред.) [и др.]. Смоленск, 26-28 июня, 2012 г. Смоленск, 2012. - С. 47 - 49.
11. Марвин М.Я. Млекопитающие Карелии. - Петрозаводск, 1959. - 237 с.
12. Мальцев Н.И. Экологические основы рационального использования ресурсов сибирской косули Средней Сибири / Автореферат дис. канд. биол. наук. Красноярск , 2004. -31 с.
13. Методические рекомендации по организации, проведению и обработке данных зимнего маршрутного учета охотничьих животных в России (с алгоритмами расчета численности) / Сост. В.С. Мирутенко, Н.В. Ломанова, А.Е. Берсенев, Н.А. Моргунов, О.А. Володина, В.А. Кузякин, Н.Г.Челинцев. - М., 2009. - 43 с.
14. Поспелов, И.Н., Дубинин, М.Ю. Выделение гнездовых местообитаний гаршнепа в большеземельской тундре по материалам космической съемки высокого разрешения. 2005, Вестник охотоведения, 2, 178-192
15. Пузаченко Ю.Г., Желтухин А.С., Сандлерский Р.Б. Организация зимних маршрутных учетов с использованием GPS и дистанционной информации / Вестник охотоведения. Т. 7, № 1, 2010. С. 98-117
16. Тупикова Н.В. Зоологическое картографирование. М.: Изд-во МГУ, 1969. - 249 с.
17. Тупикова Н.В., Комарова Л.В. Принципы и методы зоологического картографирования. - М.: «Издательство Московского университета», 1979. - 97 с.
18. Чельцов-Бебутов А.М. Зоогеографическое картографирование: основные принципы и положения // Вестник МГУ. Сер. География. - 1976. - № 2. - С. 50-56
19. Юдкин В.А. Картографирование распределения птиц для мониторинга их ресурсов. // Картографическое и геоинформационное обеспечение управления региональным развитием. Материалы VII научной конференции по тематической картографии (Иркутск, 20-22 ноября 2002 г.). Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН,2002. - С. 261-265.
20. Юдкин В.А. Опыт математико-картографического моделирования распределения птиц // Вычислительные технологии. Том 12, Специальный выпуск 1, 2007, с. 153 - 167
21. Юдкин В.А. Экологические аспекты географии птиц Северной Евразии - Новосибирск: Наука, 2009. - 408 с.
© А.М. Косарева, В.А. Юдкин, 2013
