WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Экология.ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ-2000(9)

Научный журнал

 

ГИПОТЕЗА БИОГЕОЦЕНОЗА Сукачева (Сукачев, 1942) - подробно обсуждается в разд. 2.1.

ГИПОТЕЗА КОНСОРТИВНЫХ СВЯЗЕЙ Беклемишева—Раменского -представление о существовании основной ячейки трансформации энергии в экосистеме, являющейся ее структурной частью и называемой консорцией. Важной отличительной чертой консорции является общность "эволюционной судьбы", взаимное приспособление видов-консортов друг к другу в процессе эволюции (коадаптация). Представления о консорции были независимо сформулированы зоологом В.Н.Беклемишевым в 1951 г. и ботаником Л.Г.Ра-менским в 1952 г.

Большой теоретический и методический вклад в изучение консорции был сделан эстонским геоботаником В.В.Мазингом (1966). В частности, он различает индивидуальные, клональные, популяционные, региональные, видовые консорции. В качестве ядра индивидуальной консорции обычно выступает ав-тотрофное растение-эдификатор, компонентами (видами-консортами) являются непосредственно связанные с ним (трофически и топически) организмы (см. рис. 33). Ядром популяционной консорции является вся популяция или вид в целом (см. рис. 34), синузиальной консорции - виды одной экобиомор-фы (например, темнохвоиные деревья). Кроме того, В.В.Мазинг различает консорции по числу трофических уровней-концентров, на которых происходит трансформация энергии (концентры автотрофов, фитофагов, зоофагов первого порядка, зоофагов второго порядка и т.д.). По мере повышения уровня концентра меняется соотношение его факультативных и облигатных элементов, что переводит консорцию из дискретных ячеек трансформации энергии в класс непрерывных явлений.

Рис. 33.   Схема консорции (по В.В.Мазингу, 1966): А - ядро (детерминант)

консорции,   I, П, Ш - концентры;   темные кружки в концентре I -

фитофаги, фитопаразиты, симбионты, эпифиты;   светлые кружки

в других концентрах - в основном, зоофаги и зоопаразиты

254


ґ

(а2)

(As)

V

(3> 1

]2

IDs

4

Рис. 34. Схема консорции (по: Мальцев, 1987):   1 - особь детерминант;   2 -

консорты (аналог концентрам I, II, Ш на рис. 33);   3 - супраконсорты

(или популяционная консорция по В.В.Мазингу);

4 - "посетители" (неконсортивные элементы)

Большинство дискуссий о структуре консорции, активно ведшихся в 60-70-х годах, сводилось к решению трех основных вопросов (Мальцев, 1987, с.47):

  1. может ли быть детерминантом любой (автотрофный или гетеротрофный) организм или консорция связана с автотрофным неэпифитным растением;
  2. связана ли консорция с отдельной особью детерминанта или со всей его популяцией;
  3. какого характера связи следует относить к консортивным (в частности, следует ли придерживаться представлений о поликонцентровой структуре консорции, представленной на рис. 31 и отражающей положение того или иного вида в пищевой цепи).

На эти вопросы В.И.Мальцев (1987) дает такие ответы:

  1. важен не способ производства органического вещества, а размеры организма и его способность "контролировать" среду (в этом контексте роль авто-трофов выше, хотя и не исключается консорция с детерминантом-гете-ротрофом);
  2. консорцию следует связывать с ценопопуляцией детерминанта (популяционная консорция по В.В.Мазингу);
  3. консортивные связи различаются по своей приуроченности к ценопопуляции детерминанта [например, манника водного (Glyceriamaxima)] - собственно консорты [личинки хирономид (массовые виды Glyptotendipesglaucusи Pentapedilumsordens)], супраконсорты (хищные пиявки рода Erpobdella, брюхоногие моллюски Lymneastagnalisи Planorbariuscorneus) и "посетители" (представители нектона - рыбы).

255


Между детерминантом консорции и консортами существуют разнообразные связи, которые, основываясь на результатах классификации Т.А.Ра-ботнова (1994, 1996),  можно свести к следующему (см. табл. 20.

Таблица 20 Классификация консортивных связей растений с их консортами

Характер связей

Интерпретация

Воздействие детерминанта консорции на консорты

Фабрические

Представляет консортам или опору (для лиан), или материал для устройства гнезд

Трофические

Снабжает консорты энергией или веществами, источником которых могут быть живые органы детерминанта, его диаспора и пыльца, прижизненные выделения, отмершие органы и пр.

Форические

Опыление цветов и распространение диаспор детерминанта консорции

Дефензивные

Обеспечивает защиту консортов от их врагов

Аттрактивные и репеллентные

Выделяет вещества, привлекающие или отпугивающие консортов

Улучшение условий произрастания

Участвует в образовании общих условий обитания (микроклимат,  микропочвенные особенности и пр.)

Воздействие консортов на детерминант консорции

Фабрические

Использование детерминанта как места и материала для устройства гнезд

Трофические

Использование детерминанта в качестве источника энергии и элементов минерального питания. Улучшение обеспечения детерминанта элементами минерального питания (фосфором - микоризообразующие грибы, азотом - азотфиксирующие симбионты); обеспечение элементами минерального питания и, частично, энергией насекомоядных растений-детерминантов

Контактные

Травмирование надземных и подземных органов (обгрызание листьев, обламывание ветвей, повреждение корневой системы и пр.); иногда это сопровождается вегетативным размножением детерминантов

Ассоциативные

Обеспечение детерминанта элементами минерального питания в результате разложения и минерализации его отмерших органов сапрофитными консортами

Форические

Перенос консортами пыльцы и диаспор

Патогенные

Выделение консортами-эндобионтами токсичных метаболитов в ткани детерминанта

Эдифицирующие

Изменение среды обитания детерминанта в результате деятельности консортов-животных

Дефензивные

Защита детерминанта (яблоня - муравьи - тля)

Ареалографические

Влияние консортов-опылителей на границы распространения детерминанта

256


Консорты эксплуатируют отдельные особи детерминанта, их обилие в большей степени определяется физиологическим состоянием детерминанта. Супраконсорты эксплуатируют уже ценопопуляцию детерминанта и, в известной степени, меньше подвержены его детерминирующему влиянию. Таким образом, консортивная сукцессия должна идти от преобладания топических связей над трофическими (превалирование супраконсортов над консортами) по направлению к росту трофических отношений (возрастание относительной доли собственно консортов). Этот вывод подтверждается данными Л.Н.Зим-балевской (1966), показавшей, что по мере становления гидробиологического режима Кременчугского и Киевского водохранилищ наблюдалось уменьшение обилия прибрежно-фитофильных видов (в подавляющем большинстве - супраконсортов) и рост относительного обилия фитофильных видов (в основном - консортов).

А.А.Корчагин (1976) и Т.А.Работнов (1983) различают пять форм динамики консорций:

  1. сезонную (связанную с сезонными изменениями компонентов консорций),
  2. флуктуационную   (разногодичные изменения численности и жизненного состояния консортов),
  3. сукцессионную (связанную с сукцессиями растительных сообществ),
  4. онтогенетическую   (связанную с онтогенетическим развитием ядра консорций)
  5. эволюционную.

"Таким образом, роль консорций в системе экологических отношений такова, что они являются естественными концентраторами жизни в наиболее активных участках пространства (используемого с максимальной для данных условий эффективностью), определяющими направленность продукционных процессов и процессов потребления органического вещества" (Мальцев, 1987, с. 49-50).

ПРИНЦИП ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРЕЛЯЦИИ (Реймерс, 1990) - в экосистеме все входящие в нее виды живого и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу и взаимосвязаны (первый закон-афоризм экологии Б.Коммонера - все связано со всем). Выпадение одной части системы (например, уничтожение некоторого вида) неминуемо ведет к исключению всех более тесно связанных с ним видов и функциональному изменению экосистемы в целом. Например, уничтожение ядра консорций (рис. 31) приведет к значительному исключению организмов концентра I, в меньшей степени скажется на организмах концентра II и может вообще не повлиять на организмы концентра III, которые "переключатся" на другие консорций.

ПРИНЦИП ЕДИНСТВА ОРГАНИЗМ-СРЕДА (ОСНОВНОЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ЗАКОН) Рулье—Сеченова (Иоганзен, Логачев, 1986; Дедю, 1990) -закон, согласно которому между живыми организмами и окружающей их средой существуют тесные взаимоотношения, взаимозависимости и взаимовлияния, обуславливающие их единство. Постоянный обмен энергией, веществом и информацией между организмом и средой материализует и делает пластичным такое единство. Экосистема - открытая система (второй закон-афоризм экологии Б.Коммонера - все должно куда-то деваться - everything must go somewhere). В системе "организм-среда" главенствующую роль играет именно организм (живое вещество), что было впервые показано В.И.Вернадским   (аксиома биогенной миграции атомов;   разд. 5.12).

257


В 1850 г. К.Ф.Рулье, профессор Московского университета и признанный основатель московской школы эволюционистов, писал: "Вся история животного (как и всего действительно существующего) показывает несомненно на то, что животное, предоставленное самому себе, удаленное от внешнего мира, не может ни родиться, ни жить, ни умереть. Для совершения полного круга развития нужно обоюдное участие двоякого рода элементов, принадлежащих животному и элементов для него внешних. Закон двойственности жизненных элемен-т о в или закон общения животного с миром. Этот закон имеет самое общее, мировое значение (разрядка автора. - Ремарка наша)" (Рулье, 1954, с. 78).

В 1861 г. физиолог И.М.Сеченов независимо от К.Ф.Рулье приходит к аналогичным выводам: "Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен; поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Так как без последней существование организма невозможно, то споры о том, что в жизни важнее, среда ли, или само тело, не имеют ни малейшего смысла" (Сеченов, 1952, с. 533).

При всей очевидности этого принципа, его судьба была не простой. Его взял на вооружение и манипулировал им Т.Д.Лысенко, говоривший о "диалектическом единстве организма и среды". В период развенчания его положений многие биологи "шарахнулись" в другую крайность - если "это" поддержано Лысенко, то "это" не верно по определению. Столь крайняя позиция сделало принцип единства организма и среды не популярным в отечественной экологической литературе. Большое число примеров "за" и "против" этого закона приведено в брошюре Б.Г.Иоганзена и Е.Д.Логачева (1986). И все-таки это действительно один из важнейших принципов современной экологии, особую роль которого ощущал еще Ч.Дарвин: "По моему мнению, величайшая ошибка, которую я допустил, заключается в том, что я придавал слишком мало значения прямому влиянию окружающей среды, т.е. пищи, климата и т.д., независимо от естественного отбора" (из письма М.Вагнеру [M.Wagner], 1876 г.; Дарвин, 1950, с. 251).

Из многочисленных современных интерпретаций этого закона остановимся на его видении ихтиологом Г.В.Никольским (1972, с. 23): "Каждый вид приспособлен к своей специфической среде, к определенной пище, хищникам, температуре, солености воды и другим элементам внешнего мира, без которых он не может существовать. Вид и его среда представляют собой диалектическое противоречивое единство - единство противоположностей. Закон противоречивого единства организма и среды, вытекающий из общей закономерности единства внешнего и внутреннего, есть один из основных биологических законов. Только опираясь на эту закономерность, могут успешно развиваться все отрасли биологии".

ЗАКОН    ОПТИМАЛЬНОЙ    КОМПОНЕНТНОЙ   ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ

(Реймерс, 1990) - никакая экосистема не может самостоятельно существовать при искусственно созданном значительном избытке или недостатке какого-либо экологического компонента (как биотического, так и абиотического). Сразу подчеркнем, что этот закон не распространяется на случаи "стопроцентного насыщения" (естественно, водная экосистема может развиваться только в водной среде). В известном смысле, этот закон может рассматриваться как развитие принципа лимитирующих факторов Либиха—Шелфорда (разд. 5.1). При этом в качестве "нормы" экологического компонента Н.Ф.Реймерс рекомендует считать ту, которая обеспечивает экологическое равновесие именно данной экосистеме в сложившемся балансе всей иерархии природных систем.

258


МОДЕЛИ ЭКОСИСТЕМ - количество моделей экосистем огромно и продолжает экспоненциально расти; вопросами моделирования экосистем занимается математическая экология.

ПРАВИЛО ВЗАИМОПРИСПОСОБЛЕННОСТИ Мебиуса—Морозова (Реймерс, 1990) - все виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутренне противоречивое, но единое и взаимно увязанное системное целое (в природе нет "полезных" и "вредных" видов, все виды, как правило, взаимоприспособлены). Правило было сформулировано К.Мебиусом (K.Mobius) в 1877 г. (тогда же он предложил и понятие «биоценоз»). В 1912 г. Г.Ф.Морозов в книге "Учение о лесе" писал: "...в природе не существует полезных и вредных птиц, полезных и вредных насекомых, там все служит друг другу и взаимно приспособлено"  (с. 392).

ПРАВИЛО ВНУТРЕННЕЙ НЕПРОТИВОРЕЧИВОСТИ - в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов, как правило, направлена на поддержание этих экосистем как среды собственного обитания.

"Наилучшее соответствие между организмами и изменяющимися условиями неизбежно предполагает некий компромисс между приспособлением к переменам и способностью к их переживанию. В условиях многократного воздействия циклических изменений на последовательные поколения организмов естественный отбор привел к возникновению ряда особенностей образа жизни, которые и сами по себе являются циклическими (проявление правила внутренней непротиворечивости. - Ремарка наша). К числу таких особенностей относятся диапауза насекомых, ежегодное сбрасывание листвы листопадными деревьями, суточные движения листьев, прилив-но-отливный ритм перемещений у литоральных крабов, годовой цикл функционирования репродуктивных систем и сезонный цикл изменения густоты меха у млекопитающих" (Бигон и др., 1989, т. 1, с. 57).

Наиболее яркими примерами соответствия между организмами и средой могут служить пищевые взаимоотношения (зависимость коалы от листвы эвкалипта или панды от побегов бамбука), мутуалистическая связь между азотфик-сирующими бактериями и корнями бобовых растений, а также взаимодействия в системе паразит-хозяин.

259


5.8. СТРУКТУРА СООБЩЕСТВ (ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ, КОНТИНУУМ)

Соотношение дискретности и непрерывности в экосистемах - один из интереснейших и важнейших вопросов современной экологии. Косвенным свидетельством этого являются незатухающие дискуссии по этой проблеме.*

Первое противопоставление взглядов на природу экосистем (точнее, растительности, как автотрофной составляющей экосистем) сложилось в геоботанике. Представления о дискретности фитоценозов (организмистские аналогии) связаны с работами американского эколога Ф.Клементса: "Единица растительности климакс-формация является органическим энтитетом. Формация зарождается, растет, созревает и умирает как организм... Далее, каждая климакс-формация способна вновь самозарождаться, повторяя точно в более важных чертах ступени своего развития" (Clements, 1916, р. 124). Косвенным свидетельством "проникновения в умы" этой парадигмы может служить рассказ А.Конан-Дойля (писателя, всегда следившего за всеми новыми течениями научной мысли) "Когда Земля закричала", в котором организмистские аналогии доведены до предела - в качестве живого организма рассматривается сама Земля. Заметим, что Ф.Клементе продолжил философско-позитивистские аналогии английского философа Г.Спенсера (H.Spenser), считавшего, что человеческое общество есть организм (классы общества - органы этого "организма").

Однако в недрах парадигмы организмизма еще в конце прошлого столетия возникли новые представления о непрерывности растительного покрова (А.Н.Бекетов, Г.И.Танфильев, Г.Самуэльсон [G.Samuelsson]), которые были оформлены в 1910 г. трудами Л.Г.Раменского и американского эколога Г.Глизона (H.GIeason), а позднее континуум был описан итальянцем Г.Негри (G.Negri, 1914 г.) и французом Ф.Леноблем (F.Lenoble, 1926 г.). Однако идеи континуума "пробили себе дорогу" лишь в 50-60-х годах, когда были выполнены оригинальные исследования Р.Уиттекера (Whittaker, 1956) и школы американского фитоценолога и эколога Дж.Кертиса (Curtis, 1959), исследовавших растительность штата Висконсин (США).

Третий этап "внедрения континуальных представлений" связан с бур

ным развитием количественных методов в 60-70-х годах и дискуссией, прове

денной журналом "The Botanical Review" в 1967-1968 гг. Из девяти участников

дискусии шесть высказались в пользу концепции континуума - В.И.Васи-левич

(СССР),        К.Гаймингем    (C.Gimingham,     Великобритания),        американцы

Дж.Кэнтлон (J.Cantlon), Х.Лит (H.Lieth), К.Монк (С.Monk) и Р.Томазелли (R.Tomaselli, Италия); против выступили М.Гуно (M.Guinochet, Франция), Ф.Иглер (F.Egler, США) и Р.Робине (R.Robbins, Новая Гвинея). Правда, противники представлений о непрерывности растительного покрова признавали сам факт наличия переходов, но считали возможным выбраковывать такие переходные сообщества в ходе их описания в поле.

Можно констатировать, что после третьего этапа концепция континуума стала основополагающей в фитоценологии. Однако, ее "внедрение" в экологию продолжается   -  фактически,   четвертым этапом дискуссии   стало обсуж-

Наиболее полный и интересный обзор истории, становления и современного состояния концепции континуума приведен в последней монографии Б.М.Миркина и Л.Г.Наумовой "Наука о растительности" (1998).

260

дение дилеммы холизм - редукционизм в "Журнале общей биологии" в 1988-1989 гг., в которой приняли участие А.М.Гиляров, Б.М.Миркин и А.К.Тимонин, и в "Ботаническом журнале" (Норин, 1987;  Миркин, 1989).

Вопросам единства непрерывности и дискретности экосистем (в частности, растительных сообществ) посвящена обширная литература, из которой здесь отметим только работу В.Д.Александровой (1966), в которой весьма аргументировано обосновывается объективность этих явлений. Подробный анализ смены парадигмы "организмизма" парадигмой "континуумализма" в различных разделах фитоценологии сделал Б.М.Миркин (1985, 1989, 1990; Mirkin, 1994), поэтому здесь остановимся лишь на статье В.С.Ипатова и Л.А.Ки-риковой (1985), вошедшей и в их монографию (Ипатов, Кирикова, 1997, с. 222-232), которые попытались еще раз проанализировать причины, порождающие дискретность и континуум. Хотя авторы и предложили свое определение этих основных свойств растительности, в целом их позиция является традиционной - они придерживаются точки зрения о единстве непрерывности и дискретности растительного покрова, причем считают эти свойства не дополнительными друг к другу, а выраженными одновременно и всюду. Интерес представляет подробное рассмотрение причин,  приводящих к континууму и дискретности.

Повторный анализ этих причин (пять для континуума и шесть для дискретности; Ипатов, Кирикова, 1997, с. 228) позволяет выделить среди них взаимоисключающие пары (см. табл. 21).

Таблица 21 Причины непрерывности и дискретности растительности

Причины непрерывности

Причины дискретности

1. Постепенность изменения среды и тесная зависимость от нее распределения видов в пространстве    (непрерывность экотопа)

1. Наличие переломных пунктов в изменении прямодействующих факторов (дифференцированность экотопа)

2.   Неспецифичность воздействия  видов на среду

2. Специфичность трансформации среды растениями

3. Равномерность воздействия на среду природных факторов  ("растекание" видов в пространстве)

3. Катастрофическое воздействие на среду и растительный покров природных факторов

4. Непрерывность воздействия на среду    и    растительность   деятельности животных и человека

4. Дискретность воздействия на среду и растительность деятельности животных и человека

5. Отсутствие экологических групп видов

5. Наличие экологических групп видов

Если принять эти пять пар причин за основу,   то на   конкретном участке

5

пространства возможно возникновение 2 = 32 различных ситуации, проанализировать которые достаточно сложно в силу того, что каждая из причин может оказывать различное по силе влияние, зачастую "уравновешивая" или "заменяя" другие причины. Однако, учитывая что причины 1, 3, 4 и 5, в известной мере, отражают разные стороны одной комплексной причины, связанной с характером воздействия среды на растения,  эту схему можно редуциро-

261


вать всего до двух причин: непрерывности - дискретности экотопа и специфичности - неспецифичности воздействия растений на среду; тогда число возможных ситуаций сокращается до четырех.

Две "крайние" ситуации легко задают необходимые условия существования непрерывности (непрерывность экотопа и неспецифичность воздействия видов на среду) и дискретности (дифференцированность экотопа и специфичность трансформации среды растениями). Правда, в последнем случае возможна ситуация "несовпадение границ" основных причин, что приведет к возникновению более "пестрой картины" в распределении растительности, которая может идентифицироваться как непрерывность. Ситуация постепенности изменения среды и специфичности воздействия на нее растений будет в значительной степени зависеть от числа эдификаторов: для одного эдифика-тора (бореальная растительность) в этом случае можно говорить о дискретности; в случае полидоминантности (например, луговая растительность) на фоне непрерывности воздействия среды происходит "наложение" полей воздействия эдификаторов, что приводит к возникновению непрерывности. Наконец, при неспецифичности воздействия видов на среду и наличии переломных пунктов в воздействии экологических факторов будет наблюдаться дискретность (влияние снежного покрова на растительность тундры - по данным В.Д.Александровой; см.: Ипатов, Кирикова, 1985, с. 892;  1997, с. 229).

С этих позиций можно говорить о превалировании непрерывности над дискретностью в растительности, однако само наличие "дилеммы дискретность - непрерывность" заставляет использовать различные методы изучения растительности и экосистем в целом - и классификацию, и ординацию, причем классифицируют не только дискретные, но и непрерывные сообщества (например, растительные сообщества лугов), так же, как и ординируют существенно дискретные сообщества (например, "крест Сукачева" для типов еловых лесов).

Еще одна группа критериев (в какой-то степени, пересекающаяся с критериями В.С.Ипатова и Л.А.Кириковой) приведена в табл. 22 (по: Миркин и др., 1989). Здесь особо подчеркнем "разное видение" динамики сообществ в сравниваемых парадигмах - в дальнейшем этот вопрос будет обсуждаться специально (см. разд. 5.10 и 5.11). Важным является и последний элемент сравниваемых парадигм, касающийся возможности построения естественной классификации сообществ.

Приведем еще одну, достаточно пространную, цитату из работы Л.Г.Раменского (1925, с. 26-27):

"Аналогичными (физики и физической химии. - Ремарка наша) путями должна идти и работа синэколога: 1) выделение факторов, прямо и косвенно определяющих равновесия растительности... 2) Анализ состава и прочих особенностей равновесных ценозов, отвечающих различным местообитаниям. 3) Их группировка в экологические ряды с построением кривых обилия (концентраций) растительных видов в этих рядах, по координатам условий. 4 и 5). Впоследствии (в б<удущем> или м<ожет> отдаленном будущем) математический анализ координатных схем и их приведение к законам физики, химии и физиологии. 6) Подобно физику и синэколог должен изучать динамику ценобиоза и установления равновесий (нарушенные и эволюционирующие ценозы и т.д.).

262


Таблица 22 Сравнение основных элементов парадигм организмизма и континуализма (по: Миркин и др., 1989, с. 133   с дополнениями)

Элемент парадигмы

Парадигма

организмизм

континуализм

Понимание фитоценоза

Реальные,          исторически обусловленные    целостные совокупности       популяций, связанные   в   первую   очередь      взаимоотношениями растений и формирующиеся под   контролем   эдификато-ров

Условно однородные части континуума, совокупности дифференцированных по нишам популяций, объединенных условиями среды. Вклад взаимоотношений различен в разных типах растительности

Категории для оценки разнокачественное™ популяций в сообществе

Фитоценотипы    -   типы популяций по характеру отношений друг к другу

Типы эколого-ценотических стратегий - типы популяций по реакции на биотические и абиотические условия

Представления о синморфологии

Ценоэлементы различаются четко

Ценоэлементы могут различаться и четко, и иметь кон-тинуумообразную структуру

Представления о синдинамике

Сообщества изменяются как целостные   единства,      де-терминированно с достижением   ограниченного   числа климаксовых состояний

Популяции меняются более или менее независимо, процессы носят стохастический характер, сопровождаются дифференциацией экологических ниш и завершаются климакс-мозаикой (континуумом)

Представления об эволюции

Коадаптация популяций

Сеткообразный характер эволюции

Классификация экосистем

Возможно построение естественной        иерархической классификационной    системы на основе сходства эди-фикаторов,   как видов,   определяющих      внутреннюю сущность сообществ

Естественная иерархическая классификация невозможна, любая классификация - приближение к естественной

Как и физико-химик, синэколог и биоценолог должен не расчленять своего объекта (растительность) на иерархию условных единиц (формации, ассоциации, субассоциации и т.д.), но соединять, спаивать все разрозненные а нализы ценозов в единую координатную схему (разрядка автора. - Ремэркд НЭШЭ). Работа в этом отношении не игнорирует возможных случаев скачков в сменах растительного покрова,    подобных точкам инверсии физико-

263


химических систем (вода - лед - пар, два гидрата глауберовой соли в одном растворе и т.п.).

Координатный метод универсален и в нем одинаково полно отразятся и непрерывность и возможные (но мне лично неизвестные) скачки, переломы экологических рядов".

Эта цитата (если не принимать несколько прямолинейную аналогию растительного сообщества с некоторыми однофазными и гетерогенными химическими равновесиями в силу системного видения проблемы; см. разд. 2) лишний раз свидетельствует о глубочайшем понимании Л.Г.Раменским одного из коренных свойств растительности и, в более широком плане, существа экосистем. С современных позиций континуум представляет собой сложное и иерархическое явление (Миркин и др., 1989; Миркин, Наумова, 1994). При этом различают различные формы континуума - топографический (постепенное изменение растительности в пространстве), временной (постепенное изменение растительности в ходе экологической сукцессии), синтаксономическии (наличие переходов между классификационными единицами фитоценозов), биоценотический (отсутствие четких границ у каналов трансформации вещества и энергии в экосистеме).

Для обоснования идеи иерархии континуумов полезны исследования И.Хэнски (Hanski, 1982; Миркин, Наумова, 1994, 1996): виды расклассифицированы по двум параметрам - широте амплитуды их распространения и обилию (см. табл. 23). При этом континуумы высших уровней иерархии (зональные смены, высотная поясность) формируются центральными видами с различным составом видов-спутников и видов-горожан (последние дают вспышки обилия в отсутствии центральных видов). Континуумы низших уровней более "мобильны" и в пространстве, и во времени; на фоне ограниченного числа центральных видов непрерывность формируют виды-селяне, а мозаичность (например, в сообществах высокотравной прерии) - виды-спутники.

Таблица 23 Классификация видов по И.Хэнски (Hanski, 1982)

Обилие

Диапазон условий среды

широкий

узкий

высокое

виды ядра (англ. core)

горожане (англ. urban)

низкое

селяне (англ. rural)

спутники (англ. satellite)

Причины возникновения непрерывности (дискретности) подробно рассмотрены выше. Здесь лишь еще раз подчеркнем зависимость степени непрерывности растительного покрова от наличия доминантов и видового разнообразия (табл. 24 ; Миркин, Розенберг, 1983, с. 48).

264


Таблица 24 Зависимость степени непрерывности растительного покрова от числа доминантов и видового разнообразия

Видовое разнообразие

Доминанты

сильные

слабые

высокое

непрерывность (тропический лес)

непрерывность (травяные сообщества)

низкое

дискретность (бореальный лес)

дискретность (пустынные сообщества); непрерывность (лишайниковый покров тундры)

Все современные методы классификации и ординации растительности в основном эвристичны и не позволяют какого-либо аналитического обобщения -это "вотчина" эмпирико-статистического моделирования (Розенберг, 1984). Единственное что объединяет их, это представление о некоторых "скоплениях" и "переходах" между объектами-описаниями в соответствующем пространстве (видов и экологических факторов). Поэтому можно говорить о диалектическом синтезе представлений о континууме и дискретности (Александрова, 1966, 1969). Именно здесь происходит единение экстенсивных и интенсивных методов исследования (Розенберг, 1980, 1983): первые позволяют выделить группы более или менее однородных объектов, вторые - дать для них описание механизмов функционирования, которые и выступают в ранге теоретических законов для этих групп объектов.

КОНЦЕПЦИЯ КОНТИНУУМА (Миркин и др., 1989; Дедю, 1990) - концепция, отражающая одно из коренных свойств экосистем и позволяющая рассматривать их как непрерывную мозаику популяционных распределений, связанных условиями среды.

ИНДИВИДУАЛИСТИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА Раменского-Глизона (Миркин и др., 1989) - гипотеза, заключающаяся в признании неповторимости экологии каждого вида: "...каждое растение по своему, своеобразно распределено по условиям среды, входя в ряд определенных группировок с другими видами. Нет двух кривых обилия, которые бы совпадали или были вполне параллельны друг другу: все кривые сложно пересекаются, на различных уровнях ориентируя свою вершину (уровень наибольшего обилия) и имея форму симметричную или неравнобокую, растянутую или сжатую с боков (стенотопные виды) и т.д. Видовая специфичность распределения несомненно является отражением факта физиологического своеобразия (курсив автора. - Ремэркэ нэшэ) каждого вида организмов. Нет сомнения, что реакция каждого организма на внешние условия своеобразна; было бы непонятной странностью если-бы, вопреки этому, растения в природе маршировали в ногу" (Раменский, 1925, С. 15).

265


ГИПОТЕЗА ГРАДИЕНТОВ ВИДОВ (эко-, топо-, хроноклины) И СООБЩЕСТВ (ценоэко-, ценотопо-, ценохроноклины) (Уиттекер, 1980; Миркин и др., 1989) - предположения о закономерно распределенных характеристиках видов и сообществ вдоль отдельных факторов среды или комплексных градиентов. В известном смысле является развитием индивидуалистической гипотезы Л.Г.Раменского.

ГИПОТЕЗА СООБЩЕСТВ-ЕДИНИЦ (Дедю, 1990) - предположение, согласно которому виды образуют группировки, характеризующие определенные четко ограниченные друг от друга типы сообществ - синтаксоны (одна из иерархий синтаксонов, построенная на флористическом подходе к классификации растительности, включает субвариант, вариант, субассоциацию, ассоциацию, подсоюз, союз, класс и дивизион).

МЕТОДЫ (ЗАКОНЫ) ОРДИНАЦИИ (Миркин и др., 1989) - методы анализа и описания закономерностей распределения видов или сообществ вдоль некоторых осей (гипотеза градиентов видов и сообществ), определяющих характер варьирования компонент экосистем. Ординация (от лат. ordination - расположенный в порядке) - упорядочение видов (R-анализ) или сообществ (Q-анализ) вдоль некоторых осей, определяющих характер их варьирования.

По методам различают прямую (ординация ведется по реальным факторам среды - экологическим, пространственным, временным), "полупрямую" (ось фактора задается максимальными и минимальными значениями при невозможности прямым способом измерить все значения фактора - например, пастбищная нагрузка) и непрямую (упорядочение объектов происходит вдоль направления изменения сходства между описаниями или связи между видами), одномерную (ординация ведется вдоль одного фактора или одной оси) и многомерную, экологическую (призванную оценивать связь видов или сообществ с факторами среды, вскрывать влияние этих факторов и учитывать распределение видов вдоль них) и синтаксономическую (призванную оценивать структуру сообществ в пространстве выделенных осей) ординации.

Существует очень большое число методов ординации (см.: Миркин, Ро-зенберг, 1978; Миркин и др., 1989). Далее рассмотрим лишь три метода, имеющих наиболее частое применение в экологических исследованиях.

Прямой градиентный анализ - один из наиболее эффективных мето

дов ординации, который выполняется при возможности прямого измерения

фактора среды, используемого как ось ординации. Своими корнями метод

уходит в работы Л.Г.Раменского (1924) и исландского геоботаника Х.Хансена

(Hansen, 1930). В дальнейшем метод получил развитие в работах американ

ских исследователей - Р.Уиттекера (Whittaker, 1952) и Дж.Кертиса (Curtis,

1959; справедливости ради отметим, что метод Кертиса правильнее отнести к

"полупрямым").    В    данном    контексте    интересно    письмо    Р.Уиттекера

Т.А.Работнову, написанное 9 марта 1960 г.: "...сходные подходы были разработаны в США совершенно независимо доктором Кертисом из Висконсинского университета и мною. При изучении европейской и русской литературы (последнее главным образом по переводам на немецкий язык и рефератам) я обнаружил, что Раменский, опубликовав ряд блестящих работ, опередил нас на целое поколение" (Работнов, 1963, с. 148). Монография Дж.Кертиса, подводящая итог 20-летней работы по изучению им и его сотрудниками растительности штата Висконсин,   на долгие

266


годы стала настольной книгой американских экологов и фитоценологов; свидетельством признания заслуг Дж.Кертиса стало издание в 1993 г. сборника работ "Пятьдесят лет Висконсинской школе экологии растений" и публикация в этом сборнике большой статьи одного из ведущих современных экологов Р.Макинтоша (R.Mclntosh) "Континуум продолжается: влияние (influence) идей Дж.Т.Кертиса на экологию". Наконец, два больших обзора, посвященных технике и результатам прямого градиентного анализа, опубликовал в 1973 г. Р.Уиттекер.

Строгую статистическую форму прямому градиентному анализу придали исследования уфимских геоботаников под руководством Б.М.Миркина (1974; Миркин, Розенберг, 1978; Миркин, Наумова, 1983; Миркин и др., 1989). Количественный прямой градиентный R-анализ складывается из следующих этапов:

  1. разбиение интересующего исследователя прямо измеренного фактора X на классы (градации - Xj);
  2. построение графика эмпирического распределения встречаемости (обилия, биомассы и пр.) некоторого вида в зависимости от градаций фактора среды

(рО;

  1. проверка достоверности одновершинного характера этого распределения с использованием статистического критерия Стъюдента (см. далее модель колоколовидного распределения и разд. 5.1);
  2. если в одной или нескольких градациях на встречаемость вида оказывает достоверное влияние какой-либо другой фактор, приводящий к возникновению двух- или многовершинности эмпирического распределения, то проводится процедура выравнивания распределения методом скользящей средней до достоверно одновершинного распределения (эта процедура может осуществляться несколько раз);
  3. проводится оценка силы влияния фактора с использованием однофакторно-

2                                               2

го дисперсионного анализа )   или критерия хи-квадрат (% );

•   если влияние на выровненное распределение встречаемости вида оценено

(например, по критерию Фишера) как достоверное, то проводится опреде

ление средневзвешенной напряженности фактора и ее дисперсии:

X = Z Xj * pi  ,

а2 = Z (Хі - X)2 * pi .

При этом положение средневзвешенной напряженности фактора для данного вида на оси градиента будет свидетельствовать о "принадлежности" вида к минимальным или максимальным значениям исследуемого фактора, а величина дисперсии - о степени эвритопности (большая дисперсия) или сте-нотопности вида (маленькая дисперсия). Примеры прямого градиентного анализа приведены в табл. 25 и 26   и на рис. 35.

Висконсинская (полярная, сравнительная) орд и нация. Метод полярной орд инации был предложен Б. Бреем иДж.Кертисом (В.Вгау, J.Curtis) в 1957 г. Суть метода сводится к следующему (Cottam et al., 1973; Orloci, 1975; Миркин, Розенберг, 1978, с.73-75).

267


Таблица 25

Прямой градиентный анализ распределения некоторых видов

степей Тэвшрулэха (МНР) по высоте над уровнем моря

с учетом экспозиции (Кашапов и др., 1975, с. 51;

Миркин, Розенберг, 1978, с. 71)

Виды

Сила влияния фактора

Средневзвешенные

напряженности фактора и

дисперсии

H2c

Л ю

Хс

СТс

Х|о

СТю

Sanguisorba officinalis

0,61

0,71

1820

103

1870

85

Phlomis tuberosa

0,10

0,09

1740

94

1840

118

Trifolium lupinaster

0,25

0,39

1780

100

1850

99

Arenaria capillaris

0,18

0,08

1610

129

1660

164

Cymbaria daurica

0,27

0,38

1510

76

1530

105

Agropyron cristatum

0,23

0,12

1500

68

1610

153

Trigonella ruthenica

0,46

0,38

1480

52

1500

95

Примечание. Все значения силы влияния достоверны для уровня значимости р = 0,95; с - склоны северной экспозиции, ю - склоны южной экспозиции; распределение некоторых видов по градиенту см. на рис. 40.

Таблица 26 Прямой градиентный анализ распределения некоторых видов орибатид вдоль катены на р.Большая Глушица (Самарская область) по высоте над меженью (Смелянский, 1994, с. 179)

Виды

Сила влияния фактора

л2

Средняя численность орибатид

по классам градиента,

экз./пробу

1

2

3

4

5

Punctoribates hexagonus

0,253

1,05

0,70

0

0

0

Scutovertex sculptus

0,211

0

0

0,50

0

0

Peloptulus gibbus

0,163

0

0,05

2,30

0,65

0,10

Tectoribates ornatus

0,104

0

0

0,50

0,10

0,10

Plesiodamaeus glaber

0,402

0

0

0,10

0,95

0,15

Punktoribates astrachanicus

0,284

0

0

0,60

2,05

0,40

Pelohbates longipilosus

0,193

0

0

0

0,70

0,05

Pedrocortesia fissurata

0,181

0

0

0

0,25

1,35

Eupelops nepotulus

0,167

0

0

0

0

0,50

Zugohbatula exarata

0,098

0

0

0

0

0,65

Simkinia turanika

0,135

0

0,10

0

0,25

0

Scutovertex minutus

0,127

0

0,30

0

0,95

0,15

Tectocepheus velatus

0,060

0

1,30

0,70

1,40

0,70

Перепад высот, м

0,09

2,32

8,85

16,80

7,17

Протяженность по склону,м

5

260

649

607

609

Примечание.  Все значения силы влияния достоверны для уровня значимости р = 0,95; выделены группы видов с одной или двумя вершинами в распределении по градиенту.

Первоначально рассчитывается матрица сходства между всеми сообществами, участвующими в анализе. В качестве индекса сходства может быть выбран любой показатель (см. ниже); пусть это будет коэффициент сходства Съеренсена (Ks). На следующем шаге выбираются два самых различающихся сообщества (по минимальному значению Ks); если минимальное значение Ks отмечено у нескольких пар сообществ, выбирается та пара, у которой минимальна сумма всех значений Ks с остальными сообществами. Для выбранных сообществ находят расстояние L = 1 - Ks, и эти сообщества определяют противоположные (полярные) концевые точки первой оси ординации. Все остальные описания (С) ранжируются между этими концевыми точками (А и В),  и их координаты на первой оси (Сдв) определяются по теореме Пифагора.

269


Заметим, что в качестве концевых точек А и В могут быть выбраны сообщества с заведомо резко различающимися условиями среды (например, с сухих и увлажненных местообитаний); в этом случае висконсинская ординация будет характеризоваться как "полупрямая" ординация и носить название композиционной ординации.

Пара концевых точек для второй оси должна отвечать следующим требованиям: сообщества должны находиться в средней части первой оси (т.е. быть примерно одинаково удаленными от концевых сообществ первой оси -координаты (х) относительно первой оси должны быть близки) и сходство между этими сообществами должно быть минимальным (расстояние L - максимальным). Если этим условиям отвечает несколько пар сообществ, то в качестве концевых точек второй оси выбираются те, для которых наибольшее значение имеет вертикальная дистанция (е); фактически, эти условия соответствуют требованиям независимости первой и второй оси.

Простота вычислительных алгоритмов висконсинской ординации делает ее несомненно полезной, особенно при первичном упорядочении экологической информации и построении рабочих гипотез о характере факторов воздействия, которые впоследствии могут быть проверены более точными методами. В качестве примера в табл. 27 приведены некоторые результаты композиционной ординации, использованной для изучения растительности пойменных лугов Белорусского Полесья (Сапегин, Онищенко, 1982, с. 96-99). В анализ были включены 300 описаний растительности пойм рек Днепра, Сожа, Ипути и Беседи. Композиционная ординация позволила авторам сделать вывод о значительной мезофильности остепненных лугов в поймах Полесья и расширенности диапазона распределения гидрофильных видов за счет благоприятности климата.

270


Таблица 27 Результат композиционной ординации пойменных лугов Белорусского Полесья по фактору увлажнения почвы

Виды

л2

X

a2

Постоянство видов в классах градиента

Pi

Р2

Рз

Р4

Trifolium montanum

0,309

1,00

0

0,34

0

0

0

Veronica spicata

0,255

1,00

0

0,28

0

0

0

Thymus ovatus

0,125

1,00

0

0,14

0

0

0

Koeleria delavignei

0,594

1,06

0,06

0,79

0,05

0

0

Potentilla argentea

0,575

1,07

0,07

0,79

0,06

0

0

Poa angustifolia

0,369

1,14

0,13

0,68

0,12

0

0

Rumex thyrsiflorus

0,464

1,72

0,46

0,68

0,78

0,21

0

Thalictrum lucidum

0,068

2,00

0

0

0,12

0

0

T. flavum

0,050

2,00

0

0

0,09

0

0

Galium rubioides

0,116

2,35

0,23

0

0,25

0,14

0

Veronica longifolia

0,100

2,58

0,46

0

0,30

0,21

0,06

Poa palustris

0,346

2,70

0,42

0

0,67

0,82

0,17

Equisetum palustre

0,156

3,78

0,27

0

0,01

0,03

0,25

Carex vesicaha

0,573

3,88

0,12

0

0

0,07

0,69

Glyceria maxima

0,979

3,96

0,03

0

0

0,03

1,00

Polygonum amphibium

0,235

4,00

0

0

0

0

0,29

Glyceria fluitans

0,166

4,00

0

0

0

0

0,20

Факторный анализ - раздел статистического многомерного анализа, объединяющий методы оценки размерности множества наблюдаемых переменных путем исследования структуры корреляционных (или ковариационных) матриц связи или сходства этих переменных. Основное предположение, лежащее в фундаменте всех методов факторного анализа, заключается в том, что корреляционные связи между всеми наблюдаемыми переменными определяются существенно меньшим числом гипотетических, ненаблюдаемых переменных или факторов. Математическая корректность методов факторного анализа (см., например, Харман, 1972) позволяет не только выделять такие факторы (оси максимального варьирования переменных), но и определять их число и вклад каждого фактора в общее варьирование. Факторный анализ был создан в начале нашего века трудами К.Пирсона (K.Pearson), Ч.Спирмена (С.Spearmen) и Г.Хотеллинга (H.Hotelling) для решения ряда задач психологии. Активное использование методов факторного анализа в экологии началось в 60-х годах (у нас в стране - в 70-х).

Одним из наиболее часто используемых (в том числе и в экологии) методов факторного анализа является метод главных компонент (англ. principal component analysis; РСА). Основная идея этого метода состоит в предположении, что все разнообразие коэффициентов корреляции между N параметрами Aj  объясняется наличием небольшого числа   п < N  простых, линейно незави-

271


симых факторов Xj, через которые эти переменные выражаются следующим образом:

Aj = 2^ ay * Xj ,

где ajj - факторные нагрузки признака Aj на ось Xj, определяемые методами матричной алгебры с использованием собственных значений и собственных векторов исходной корреляционной матрицы. Математические аспекты РСА реализованы в целом ряде стандартных и специализированных пакетов прикладных программ для ПЭВМ (назовем СТАТГРАФ, ORDIFLEX, DECORANA,  CANOCO и др.).

Достоинствами метода главных компонент являются:

  1. количественное определение доли общего варьирования переменных, которую "берет на себя" та или иная выделенная ось максимального варьирования [ при этом значения этих долей-нагрузок могут быть использованы в качестве количественных значений либо для некоторых факторов, для которых они не могут быть определены непосредственно (например, увлажнение при однократном наблюдении), либо для обобщенных комплексных градиентов ];
  2. хорошее математическое обеспечение;
  3. удобная форма представления результатов ординации в независимых (перпендикулярных) осях варьирования.

Недостатками метода главных компонент являются:

  1. линейность исходной модели (особенно заметным этот недостаток становится при размерности корреляционных матриц для более 50 признаков);
  2. сложность идентификации получаемых осей максимального варьирования (преодоление этого недостатка возможно при использовании для интерпретации осей максимального варьирования результатов прямого градиентного анализа).

На рис. 36 показан результат непрямой ординации методом главных компонент (Q-анализ) малых рек Самарской области по гидробиологическим показателям (сообществам хирономид; Шитиков, Зинченко, 1997, с. 52). Первая ось интерпретируется как фактор разнообразия хирономид, вторая - биомассы.

Еще один пример использования метода главных компонент (R-анализ) представлен на рис. 37 - положение 15 видов горных луговых степей Северо-Восточного Хангая (МНР) в осях, интерпретируемых как факторы скелетно-сти почвы (40,2%) и гумусированности почвы (31,3%; Миркин, Розенберг, 1977, с. 33).

МЕТОДЫ (ЗАКОНЫ) КЛАССИФИКАЦИИ (Миркин и др., 1989) - методы анализа экосистем как дискретных образований (гипотеза сообществ-единиц), осуществляемые по их функциональным или структурным признакам (в частности, широкое применение имеет классификация по биомам, основанная на типах растительности и основных стабильных физических чертах ландшафта).

272


II ось,   9%     ©

©

©

®

Он

I ось, 31 %

о10

©                    U  13

о®

14W

© ©

©                    °12

Рис. 36. Положение малых рек Самарской области в пространстве двух главных

осей максимального варьирования, полученных методом главных компонент

по матрице корреляции видов сообществ хирономид;   реки:  1 - Уса, 2 - Б.Черем-

шан,   3 - Камышла, 4 - Сосновка, 5 - Черновка, 6 - Хорошенькая, 7 - Б.Кинель,

8 - Маза, 9 - Тайдаков, 10 - Муранка, 11 - Сок, 12 - Байтурган, 13-Чапаевка

(верховья), 14 - Чапаевка (низовья); верховья р.Чапаевки тяготеют к

сравнительно чистым и биопродуктивным рекам области, низовья (после

г.Чапаевска) отличаются сильным угнетением биомассы и видового

разнообразия, превзойдя в этом отношении другие грязные реки

Самарской области (Зинченко, 1994)

Классификация является неотъемлемой частью практически любой науки, выполняя систематизирующую, объяснительную и прогностическую функции теории. Неслучайно С.В.Мейен (1978; Меуеп, 1988) рассматривал классификацию (таксономию, мерономию) как раздел теоретической биологии. Систематизирующая функция классификации заключается в упорядочении имеющегося знания об объекте [ "Никакое изучение сущностей невозможно для всех объектов; изучается модель, а области экстраполяции определяются в ходе классификации по признакам проявления. Без «свертки информации» (это тоже редукция) в определенное число типов изучение бесконечного разнообразия биологических систем невозможно..." (Миркин, 1989, с. 707) ], объяснительная - в определении и оценке связей и сходства между объектами, прогностическая - в способности на основе выявленных закономерностей предсказывать существование новых объектов и связей [ "Достаточно строго и четко проведенная классификация, как показывает история, одновременно подытоживает результаты предшествующего этапа развития и вместе с тем означает начало нового этапа развития. Такая классификация обладает большой эвристической силой, позволяя предсказывать существование неизвестных ранее объектов или вскрыть новые связи и зависимости между уже существующими объектами" (Мейен, Шрейдер, 1976, с. 67). Аналогичные мысли высказывал на VI Всесоюзном совещании по классификации растительности (г.Уфа, 1981 г.) и В.В.Мазинг (1981, с. 6): "...общая цель классификационной теории - стремление объективно охватить и систематизировать все знания о разнообразии материального мира. Практически эта задача всегда решается частичным приближением к определенному идеалу, который меняется со временем" ].

[ Для понимания различий между классификацией и ординацией по соотношению дискретности и континуальности исследуемого объекта приведем следующие примеры. Пусть мы имеем кусок сыра и плитку шоколада, которые необходимо разделить. Первый объект являет пример превалирования непрерывности над дискретностью и его "классификация" может быть осуществлена только по "принципу договоренности" - для званого ужина будем резать сыр тонкими и аккуратными кусочками, для своего ужина в общежитии сойдут и крупные шматки... В плитке шоколада наблюдается и непрерывность, и дискретность, причем, вторая превалирует, так как разламывая плитку шоколада, мы чаще всего будем получать его намеченными дольками.

Еще один пример приводит Л.Г.Наумова (1995, с. 114): можно классифицировать людей по росту, разделив их на группы по классам высоты (например, через каждые 10 см), а можно их ординировать, построив в шеренгу по ранжиру от самого низкого к самому высокому. ] А.Пуанкаре (1983, с. 292) подчеркивал, что "...мы должны сосредоточить свое внимание, главным образом, не столько на сходствах и различиях, сколько на тех аналогиях, которые часто скрываются в кажущихся различиях".

Результаты ординации сообществ не очень удобны для прямого практического использования - они дают обширную информацию об экологии видов и сообществ, что служит, в свою очередь, фундаментом построения классификационных схем. Методы построения классификаций многочисленны и опираются, в основном, на пространство используемых для классификации признаков. Наиболее полно развиты методологические и методические подходы к классификации растительности - назовем лишь несколько обзорных работ (Whittaker, 1962, 1973; Александрова, 1969; Василевич, 1972; Миркин, Розен-берг, 1978;  Gauch, 1982;  Миркин, 1987, 1989).

274


Р.Уиттекер (Whittaker, 1962), рассмотрев множество классификационных подходов в фитоценологии (классификация растительности, во многом, определяет классификацию экологических сообществ в целом) разделил их на две основные группы:

•   использование в качестве основного критерия классификации доминантов

сообщества (этот подход еще называется физиономическим, или мор-

фолого-флористическим); этот подход широко использовался и продолжа

ет использоваться экологами северных стран - Россия, США, Швеция

(основными объектами исследований были бореальные леса с заметным

превалированием дискретности над непрерывностью); развитие подхода у

нас в стране связано с именами  В.Н.Сукачева,   Н.В.Дылиса,   Б.А.Быкова  и

ДР-;

•   использование в качестве критерия всех видов с отбором из общего числа

тех, которые индицируют различные экологические условия (такой подход

называется эколого-флористическим); этот наиболее популярный в мире

подход к классификации (в числе ее сторонников не менее 80% фитоце-

нологов мира; Миркин, 1985, с.111) был разработан в 20-х годах нашего

столетия Ж.Браун-Бланке (J.Braun-Blanquet); в развитие и использование

этого метода большой вклад внесли Р.Тюксен (R.Tbxen), Э.Ван-дер-Маарел

(Е. van der Maarel), у нас в стране - Б.М.Миркин.

В.С.Ипатов и Л.А.Кирикова (1997, с. 303) к этим двум группам добавляют:

  1. топологический подход (распределение сообществ в осях факторов среды; фактически, эту функцию выполняют методы координации, рассматриваемые ниже); примерами могут служить разделение лугов на материковые (суходольные и низинные) и поемные, расположенные в разных частях поймы, и классификация лесов и лесостепи украинско-белорусского Полесья,  построенную П.С.Погребняком;
  2. методы эколого-динамической классификации (отражение в классификации смены растительности во времени; примером могут служить типы леса Б. П. Колесникова).

Б.М.Миркин с соавторами (1989) еще больше расширяют этот список, выделяя,  кроме названных выше, следующие подходы к классификации:

  1. генетические (филогенетические), пытающиеся отразить в синтаксономи-ческой иерархии историю растительности (А.Н.Краснов, И.К.Пачоский, С.И.Коржинский,  В.Б.Сочава и др.);
  2. прагматические (основной элемент этого подхода - признание невозможности построения естественной классификации, допущение множественности синтаксономических решений, преодолеваемой на основе коллективной договоренности);  развитие подхода связано с работами Б.М.Миркина;
  3. количественные (автоматические) методы классификации.

Количественные методы автоматической классификации могут быть сгруппированы по целому ряду критериев (Миркин, Розенберг, 1978, 1979):

  1. по объектам классификации (как и при ординации) различают R-анализ (классификация видов) и Q-анализ (классификация сообществ);
  2. по принципам построения алгоритмов эвристические (интуитивные) и вариационные (введение функционала качества классификации и его экстре-мумизация);
  3. по числу признаков классификации - моно- и политетические;

275


  1. по логике классификации - объединяющие (индуктивные - от отдельных объектов к общей совокупности) и делящие (дедуктивные - от общей совокупности к отдельным объектам);
  2. по порядку выделения классов - иерархические (группа і-го ранга целиком входит в группу (і+1)-го ранга) и неиерархические (все группы выделяются одновременно);
  3. по объему классифицируемой совокупности - тип А (размерность задачи измеряется десятками объектов) и тип В (размерность измеряется сотнями и тысячами объектов); для задач типа А можно использовать процедуры полного перебора и вариационные алгоритмы, для типа В такие возможности исключаются.

Прежде чем переходить к иллюстрациям тех или иных классификационных построений, рассмотрим некоторые из самых распространенных в экологии коэффициентов связи видов и индексов сходства описаний (Миркин, Ро-зенберг, 1979; Миркин и др., 1989).

Свойства, присущие объектам, составляющим различные типы гомологических рядов, прослеживаются также и в растительности и отражающих ее разнообразие син-таксонах (единица систематики растительных сообществ. - Ремарка наша). В синтаксономии под общим планом строения мы будем понимать участие во флористическом составе близких синтаксонов одних и тех же групп диагностических видов, индицирующих определенный набор факторов среды. Группы диагностических видов в данном случае выступают в качестве однотипных, повторяющихся в разных синтаксо-нах и более простых по отношению ко всему флористическому составу синтаксонов элементов. Если в двух или более синтаксонах имеется не одна, а несколько повторяющихся групп видов, то изменчивость таких синтаксонов может быть представлена в виде рядов с параллельно меняющимся флористическим составом, которые мы будем называть гомологическими рядами изменчивости растительных сообществ" (Соло-мещ, 1995, с. 427).

В качестве примера (табл. 28) рассмотрим гомологические ряды изменчивости у трех ассоциаций сфагновых болот (две первые - из Западной Европы, последняя - из северо-западных районов России; Соломещ, 1995, с. 429-430) класса Scheuchzeho-Caricetea, порядка SheuchzerietaliaNordh. 1936, союзов Rhynchosporion albae Koch 1926 и Caricion lasiocarpae Van. Bergh. in Lebr. et al. 1949. Каждая из трех ассоциаций имеет сходный набор субассоциаций, выделяемых по доминированию сфагновых мхов и образующих параллельные ряды изменчивости.

Представленный результат достаточно нагляден, и здесь прокомментируем только одно свойство гомологических рядов - прогностическую роль, т.е. способность предсказывать существование новых,   еще не описанных типов

281


Таблица 28

Гомологические ряды изменчивости у трех ассоциаций сфагновых болот


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ассоциация

Sphagno-Rhynchosporetum

Caricetum limosae

Caricetum lasiocarpae

Число описаний

77

11

11

0

76

20

92

57

66

153

146

338

110

70

23

4

3

6

19

3

Номер синтаксона

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

Диагностические виды ассоциаций и субассоциаций

RhynchosporaalbaCarexlimosaCarexlasiocarpaSphagnumpulchrumSphagnumlindbergiiSphagnumfallaxSphagnummajusSphagnumcuspidatumSphagnumbalticumSphagnumpapillosumSphagnumsubsecun-dum

Sphagnum angusti-folium

II

I

II        II        II

V

V

V

V      V      V

V

II

I      I      II      I

I

I

V

IV

I I

III    I     I I           I

II II

I I

V

V

V       IV       V

V

II V

I I

II      I      II I      I

II

I I I I

i

V     V     V     V     V     V

I

III I

III I

V

I I

I

II I

V

I

I

I I

III III

V

I

III I

II I I

v

V

II

I I

II I

V

II ••

I

•*..IL.»

:* in

•..J.L.

V

v

I

V

II I I

V

I

I   *

III

V

I

I

V

I   I

v

V

I

V

V

III

V

  1. sph. fallacis;  4, 15   - sph.
  2. sph. angustifolii.  Римские 100%.  Штриховка - общее

Примечание.   Субассоциации:    колонки 1, 8  - sphagnetosumpulchri2, 9  - sph. lindbergii3, 10 maji5, 17  - sph. baltici6, 12, 18  - sph. papillosi7, 13  - sph. subsecundi;   11, 16  - sph. cuspidati;   19 цифры - постоянство видов в синтаксонах:  I -1-20%,  II - 21-40%,  III - 41-60%,  IV - 61-80%  и V-81-проективное покрытие: без штриховки - до 25%, далее - 26-50%, 51-75% и более 75%.

растительных сообществ. Выявив в классификационной системе в одной из ассоциаций полный ряд изменчивости, следует ожидать, что и другие близкие к ней ассоциации будут иметь такие же ряды. Так, в сообществах олигомезо-трофных болот (см. табл. 28) ассоциации Caricetumlimosae, описанных в Центральной и Северо-Западной Европе (Dierssen, 1982), отсутствуют субассоциации (в таблице они отмечены пунктирным овалом) sphagnetosummajiи shp. baltici, а в ассоциации Sphagno-Rhynchosporetum- субассоциация sph. CUSpidati. "Возникает вопрос: связано отсутствие этих субассоциаций с какими-либо экологическими или фитосоциологическими ограничениями, или объясняется неполнотой данных? Поиск сообществ для заполнения пустующих мест в данных рядах показал, что такие синтаксоны были описаны на северо-западе России... и на Южном Урале. Основанием для прогноза служит предположение, что близкие синтаксоны подчинены одному закону преобразования" (Соломещ, 1995, с. 434).

Заметим, что в синтаксономии с конца 80-х годов (Мейен, 1989, Миркин и др., 1989, с. 158)  используется понятие «рефрен»  (от фр.   refrain  - припев)

-   повторяющиеся синтаксоны-аналоги в параллельных экологических рядах

(например, ряды по отношению к фактору засоления при разных режимах ув

лажнения). В этом контексте рефрены являются полным аналогом гомологиче

ских рядов в понимании А.И.Соломеща.

МЕТОДЫ (ЗАКОНЫ) КООРДИНАЦИИ Координация - это ординация вдоль некоторых факторов или абстрактных осей не отдельных видов или сообществ, а групп видов (корреляционных плеяд; R-анализ) или синтаксонов (Q-анализ). Методы координации практически ни чем не отличаются от орди-национных, если не считать того, что для координации стараются привлечь самые простые и наглядные алгоритмы.

В качестве примера координации на рис. 39 представлено положение нескольких растительных ассоциаций, выделенных в долине р.Чапаевки (Самарская область) с использованием методов классификации Ж.Браун-Бланке (Ужамецкая, 1997, с. 63). Оценка местообитаний была проведена с помощью экологических шкал Л.Г.Раменского. Шкала увлажнения (У) охватывала на территории исследования четыре ступени увлажнения: среднестепное (СС), луговостепное (ЛС), сухолуговое (СП) и влажнолуговое (ВЛ). Шкала богатства и засоления почвы (БЗ) включала три градации: довольно богатые почвы (ДБ), богатые (Б) и слабо солончаковые (С). Кстати, как непрямую координацию можно рассматривать рис. 36.

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.