CC BY
77
Экология и природопользование
УДК 528.9:591.9
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
В СРЕДЕ ГИС ВЕДОМСТВЕННЫХ ОЦЕНОК ЧИСЛЕННОСТИ
ДИКИХ ПАРНОКОПЫТНЫХ (НА ПРИМЕРЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ)
Александра Михайловна Косарева
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры экологии и природопользования СГГА, e-mail: [email protected]
Владимир Владимирович Черный
Департамент по охране животного мира Новосибирской области, 630007, Россия, г. Новосибирск, ул. Советская, 4а, главный специалист, e-mail: [email protected]
Владимир Алексеевич Юдкин
Институт систематики и экологии животных СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, ул. Фрунзе, 11, ведущий научный сотрудник, тел. (383)217-04-97, e-mail: [email protected]
Рассматривается алгоритм интеграции в ГИС оценок численности охотничьих зверей в административных районах. На основе этих сведений рассчитываются показатели плотности зверей - характеристики, имеющей биологический смысл. Анализ построенных тематических карт и их предметное толкование позволяет выявить пространственный характер распределения ресурсов.
Ключевые слова: численность, пространственное распределение животных, зоологическое картографирование, ГИС.
VISUALIZATION AND SPATIAL ANALYSIS
OF THE DEPARTMENTAL ESTIMATES OF WILD ARTIODACTYLS
NUMBERS IN GIS ENVIRONMEN (ON AN EXAMPLE OF NOVOSIBIRSK REGION)
Alexandra M. Kosareva
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotny St., PhD student, e-mail: [email protected]
Vladimir V. Cherniy
Novosibirsk Region Department of Wild Life Protection, 630007, Russia, Novosibirsk, 4-a Sovetskaya St., main specialist, e-mail: [email protected]
Vladimir A. Yudkin
Institute of Systematics and Ecology of Animals SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 11 Frunze St., key researcher; tel. (908) 217-04-97, e-mail: [email protected]
The algorithm of integration of the estimates of game animal numbers into GIS are considered. On the basis of these data the animal density indexes are calculated. These indexes are more correct zoological characteristics. The pattern of spatial distribution of animal resources is revealed as a result of the analysis of the created thematic maps and their zoological interpretation.
Key words: numbers, spatial distribution of animals, zoological cartography, GIS.
106
Экология и природопользование
Наиболее распространенный способ характеристики пространственного распределения отдельного вида животных основан на моделировании показателей его плотности на необследованные территории по выборочным данным. При этом сбор эмпирических данных по плотности видов - задача чрезвычайно трудоемкая, и обеспеченность сколько-нибудь обширного пространства эмпирическими данными даже в самых изученных регионах не превышает 0,1 % [10]. В то же время имеется значительное количество примеров использования не научной информации, а различных ведомственных или корпоративных данных, которые собираются и хранятся не для познавательных целей, но успешно используются для картографического отображения распределения отдельных видов животных [8, 9]. Подобная информация имеется и в Новосибирской области: областной Департамент по охране животного мира ежегодно проводит оценки численности диких видов отряда Парнокопытные (Artiodactyla) - кабана (Sus scrofa), косули (Capreolus pygargus) и лося (Alces alces). Эти оценки основаны на ежегодных массовых учетах следов этих животных, оставляемых на снежном покрове. Совершенно очевидно, что результаты таких оценок неизбежно бывают очень субъективными, поскольку учеты следов животных проводятся большим количеством людей с разным уровнем квалификации, учетчики по большей части не являются профессиональными зоологами, а многие из них не заинтересованы в получении объективной информации. В то же время огромные объемы учетов, положенные в основу оценок численности, и регулярность этих оценок во много раз превышает возможности специалистов-зоологов собрать более корректные специальные данные. Поэтому было бы в высшей степени нерациональным оставить имеющиеся ведомственные данные без внимания. Анализ этих материалов позволит оценить их разрешающую способность, и с учетом ее - сформировать представление о характере распределения парнокопытных и его изменения во времени. Для этого решались следующие задачи: 1) оценка достоверности межгодовых различий показателей численности копытных для Новосибирской области; 2) расчет биологически корректных численных характеристик на основе имеющихся данных и построение карт неоднородности распределения этих животных; 3) выявление особенностей распределения видов и его временных изменений.
Материалы и методы
Для оценки численности охотничьих животных ежегодно проводятся зимние маршрутные учеты (ЗМУ) их следов [5]. Имеющиеся ведомственные оценки численности (абсолютного количества особей) в определенный год выполнены отдельно для каждого административного района. Для расчета численности в Новосибирской области использованы результаты учетов следов на 813 маршрутах. Протяженность одного маршрута в среднем составляет около 10 км. Характеристика численности животных хранится в виде электронной таблицы в формате Excel. Каждому району соответствует строка с данными за разные годы, каждая колока содержит данные за определенный год оценки.
107
Экология и природопользование
В первой колонке приведены названия административных районов, написанных русским алфавитом. По численности кабана имеется временной рад оценок с 2008 по 2011 год, для сибирской косули - с 2001 по 2010 год, для лося -с 1987 по 2010 год. При статистической обработке данных за единичную пробу принята величина, характеризующая численность в одном районе в определенный год. Достоверность различий рядов, характеризующих численность в определенный год в административных районах, оценивалась с помощью t-критерия Стьюдента [4, 7]. Пороговое значение t для доверительной вероятности (р) = 0,95 при количестве степеней свободы 57 составляет 2,004.
Имеющаяся структура таблицы с характеристиками численности позволяет без значительной подготовки интегрировать ее в формат картографического пакета программ. В данной работе использован пакет MapInfo. В этом формате имеется карта административного деления Новосибирской области (оптимальный масштаб 1 : 2 500 000). Объектами этой карты являются административные районы, отображенные полигонами. Каждому объекту соответствует строка в атрибутивной таблице. В этой таблице в одной из колонок перечислены названия районов, написанные русским шрифтом. Таким образом, в обеих рассматриваемых таблицах имеется по колонке с одинаковым содержанием (названия районов), по ним можно идентифицировать объекты обеих таблиц. В среде MapInfo, можно легко подставить данные по численности из любой колонки таблицы Excel дополнительной колонкой в атрибутивную таблицу карты административного деления Новосибирской области. Иными словами, каждый полигон карты (административный район) будет иметь новую количественную характеристику - показатель численности определенного вида в определенный период времени.
Административные районы имеют различную площадь, поэтому с помощью показателей суммарного количества обитающих в них особей (абсолютная величина) весьма некорректно характеризовать распределение вида, поскольку, при прочих равных величина численности является функцией площади. Более логичным для этого является показатель плотности (удельная величина, характеризующая количество особей на квадратный километр). Для его расчета в атрибутивной таблице карты добавлены 2 новые колонки, в первой из них проставлена величина площади каждого полигона (административного района) с помощью соответствующей функции, а во второй - величина плотности вида, полученная посредством деления значений из колонки с численностью на соответствующие значения из колонки с плотностью. Характеристика особенностей пространственного распределения каждого вида отображалась способом картограммы, построенной по колонке, содержащей показатели плотности. Дополнительно способом столбчатой диаграммы, наложенной на тематическую карту, показаны ресурсы каждого вида, имеющиеся в каждом районе. Все приводимые характеристики распределения животных относятся к концу зимнего периода.
108
Экология и природопользование
Статистический и пространственный анализ данных
Кабан. В конце зимы, когда снег наиболее глубокий, кабаны держатся на очень ограниченных участках, а их суточный ход чрезвычайно мал. В большинстве случаев такие участки располагаются в наименее проходимых для человека местах, поэтому почти все учетные маршруты прокладываются в стороне от мест зимнего пребывания кабана. Таким образом, результаты зимних маршрутных учетов за каждый отдельный год не могут корректно характеризовать распределение этого вида. Совокупность этих данных за все годы наблюдений можно использовать лишь в качестве иллюстрации расселения вида в области (рис. 1). На основе материалов зимних маршрутных учетов наличие кабана удалось выявить в 9 административных районах, хотя известно его обитание в одиннадцати. В основном, вид в вольном состоянии встречается в районах, большая часть которых находится в пределах лесостепной зоны.
километры
Рис. 1. Распределение ресурсов кабана в Новосибирской области в 2008-2010 гг. по данным ЗМУ
Сибирская косуля. Визуально для численности сибирской косули на фоне малой вариабельности показателей более низкими значениями выделяются 2001 и 2009 гг. (рис. 2). Расчет /-критерия показал, что только значение, полученное для 2001 года, достоверно ниже показателей для всех остальных лет оценки. Более низкое значение в 2001 году может быть обусловлено как более низкой численностью вида, так и методическими погрешностями, поскольку это был первый год оценки численности косули, и технические нюансы ее еще не были отработаны. Таким образом, для периода с 2002 по 2010 г. на основе
109
Экология и природопользование
имеющихся данных утверждать о значимых изменениях численности сибирской косули некорректно. Следовательно, и сформировать объективные представления об изменениях пространственного распределения в течение этого периода также нет возможности. Для того, чтобы снивелировать погрешности оценок численности в отдельные годы, карта распределения ресурсов сибирской косули построена по средним многолетним значениям за период 2002-2010 гг. (рис. 3).
Рис. 2. Динамика показателей численности сибирской косули в Новосибирской области по данным ЗМУ (ось абсцисс - год, ось ординат - количество особей)
Плотность Численность
особей / кв.км особей
километры
Рис. 3. Распределение ресурсов сибирской косули в Новосибирской области в среднем за 2002-2010 гг. по данным ЗМУ
110
Экология и природопользование
На представленной картограмме заметны следующие особенности распределения вида. Высокая плотность характерна для административных районов, большая часть которых в равнинной части попадает в подзону северной лесостепи, в Заобскую и Салаирскую провинции, характеризующиеся сложным рельефом и сложной мозаикой открытых и залесенных пространств [1, 3, 6]. В наиболее равнинной Барабинской провинции северная лесостепь характеризуется сложным сочетанием открытых пространств, перелесков, закустаренных болотных участков и тростниковых займищ. Такое сочетание условий создает хорошие защитные условия для вида, особенно важные в период размножения [2]. Высокой плотности не наблюдается лишь в Новосибирском и Коченевском районах, где преобладающие открытые пространства распаханы и высоко антропогенное беспокойство. Более северные районы, обладающие также хорошими защитными условиями, менее привлекательны для вида из-за высокого снежного покрова. В самых южных частях области с более низким снежным покровом преобладают открытые, преимущественно распаханные пространства, а площадей с пригодными защитными условиями там значительно меньше. Основные ресурсы сибирской косули области сосредоточены в тех административных районах, которые попадают в зону высокой плотности вида.
Лось. Динамика показателей численности лося в целом по Новосибирской области за период 1987-2010 гг. визуально характеризуется двумя классическими циклами: тенденция к уменьшению значений в начале 1990-х гг. сменяется возрастанием в начале 2000-х гг. с последующим новым снижением после 2007 г. (рис. 4). В то же время расчет попарных значений /-критерия показал, что в период с 1987 по 1994 г. все межгодовые различия показателей численности недостоверны.
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Рис. 4. Динамика показателей численности лося в Новосибирской области по данным ЗМУ (ось абсцисс - год, ось ординат - количество особей)
111
Экология и природопользование
Значения в 1995 г. достоверно ниже, чем в 1987 и 88 гг., а уже в 1997 г. они достоверно ниже, чем в любой из годов периода с 1987 по 1993 г. Таким образом, можно уверенно констатировать снижение численности вида после 1991 г. В период с 1998 по 2010 г. все показатели численности различаются между собой недостоверно. При этом значения для ряда лет из этого временного отрезка достоверно ниже всех показателей периода 1887-1991 г. Поэтому несмотря на внешние значительные различия показателей численности в этот период корректных представлений о характере межгодовой динамики численности на основе имеющейся информации создать невозможно.
Таким образом, можно констатировать лишь один период с направленными многолетними изменениями: снижение численности лося с 1992 по 1997 г. Судить об остальных изменениях этого показателя по имеющимся данным некорректно. Из-за недостоверности различий так же невозможно корректно оценить и изменения пространственного распределения в течение большей части периода, когда проводились зимние маршрутные учеты. Поэтому целесообразно построение отдельных карт распределения ресурсов этого вида лишь для периода 1987-1991 гг. (до снижения численности), и 1998-2010 гг. (после снижения численности). Так же, как и для косули, карты целесообразно построить по средним многолетним за каждый из периодов значениям численности (рис. 5). Это позволит отразить то общее, что было характерно для распределения лося в каждый из этих отрезков времени.
В период 1987-1991 гг. наибольшая плотность лося была характерна для Сузунского и Ордынского районов. Эти районы занимают южное положение в области и в то же время характеризуются высокой облесенностью. Лесопокрытая площадь там представлена в первую очередь сосново-боровым ландшафтом. Так же высока плотность вида в Тогучинском районе, большая часть которого находится в пределах Салаирской провинции. Эта провинция также отличается значительной долей лесопокрытой площади и сложным рельефом. Несколько меньшая плотность лося характерна для административных районов, занимающих самое северное положение в области. Значительная часть этих районов расположена в пределах лесной зоны. Для этих площадей характерна относительно высокая облесенность и труднодоступность для людей. При этом экспертная оценка картограммы не выявила отрицательной сопряженности плотности лося и близости к густонаселенным районам. По-видимому, из-за особенностей топической приуроченности и мер охраны фактор беспокойства для лося менее значим, чем для косули. Наименьшая плотность лося характерна для наименее облесенных южных и юго-западных районов области. Сопряженность плотности лося в этот период с долей площади контуров, характеризующих наличие лесной растительности на топографической карте М 1 : 1 000 000, весьма заметна, получен достоверный положительный коэффициент корреляции (г = 0,64).
112
Экология и природопользование
а
б
Рис. 5. Распределение ресурсов лося в Новосибирской области в среднем по данным ЗМУ: а - 1987-1991 гг.; б - 1998-2010 гг.
После снижения численности лося (период 2008-2010 гг.) характер пространственного распределения несколько изменился из-за неравномерного снижения плотности в разных районах области. Наиболее интенсивное уменьшение количества лосей отмечено в двух южных районах, где представлены сосново-боровые ландшафты, и в Салаирской провинции. Эти изменения
113
Экология и природопользование
в 2-3 раза интенсивнее, чем на севере области. В этот период сопряженность плотности вида с долей лесопокрытой площади несколько выше (г = 0,78). На фоне общей тенденции к уменьшению численности, для Чановского района отображена обратная тенденция. Данные по этому району нуждаются в дополнительной проверке на предмет субъективной составляющей.
Заключение
Имеющиеся ведомственные оценки численности чрезвычайно грубы и по большей части не могут объективно характеризовать происходящие межгодовые изменения количества животных. В то же время наиболее сильные изменения с помощью таких оценок выявить удается. Структура базы данных с ведомственными материалами позволяет сравнительно легко интегрировать их в среду ГИС. Представления о пространственном распределении ряда видов, созданные на основе этой информации, в целом не противоречат общепринятым зоогеографическим концепциям.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алпатьев А.М., Архангельский. А.М., Подоплелов Н.Я. Физическая география СССР: учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1973. - 334 с.
2. Европейская и сибирская косули: систематика, экология, поведение, рациональное использование и охрана / Под ред. В.Е. Соколова. - М.: Наука, 1992. - 399 с.
3. Западная Сибирь: Природные условия и естественные ресурсы СССР. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 488 с.
4. Лакин Г.Ф. Биометрия: учебное пособие для биол. спец. вузов; 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
5. 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.
6. Мильков Ф.Н., Гвоздецкий И. А. Физическая география СССР: учеб. пособие для вузов; 4 изд., испр. и доп. - М.: Мысль, 1976. - 448 с
7. Плохинский Н.А. Алгоритмы биометрии / Под ред. акад. АН УССР Б.В. Гнеденко. -М.: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1980. - 150 с.
8. Тупикова Н.В. Зоологическое картографирование. - М.: Изд-во МГУ, 1969. - 249 с.
9. Тупикова Н.В., Комарова Л.В. Принципы и методы зоологического картографирования. - М.: «Издательство Московского университета», 1979. - 97 с.
10. Юдкин В.А. Экологические аспекты географии птиц Северной Евразии. - Новосибирск: Наука, 2009. - 408 с.
11. Юдкин В. А. Способы картографического отображения пространственного распределения животных // ГЕО-Сибирь-2011. Т. 4. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология: сб. матер.УП Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2011. - С. 280-283.
Получено 13.06.2012
© А.М. Косарева, В.В. Черный, В.А. Юдкин, 2012
114
