Войти
Пространственная экология изучает конечную распределительную или пространственную единицу, занимаемую виды. В определенной среде обитания, разделяемой несколькими видами, каждый из видов обычно ограничен своим собственным микропредприятием или пространственной нишей, поскольку два вида на одной и той же общей территории обычно не могут занимать одну и ту же экологическая ниша на любой значительный период времени.
В природе организмы не распределены равномерно или случайным образом, вместо этого они образуют своего рода пространственный образец. Это происходит из-за различных энергозатрат, возмущений и взаимодействия видов, которые приводят к образованию пространственно неоднородных структур или градиентов. Эти пространственные различия в окружающей среде создают разнообразие сообществ организмов, а также разнообразие наблюдаемых биологических и экологических явлений. Тип присутствующего пространственного расположения может предполагать определенные взаимодействия внутри и между видами, такие как конкуренция, хищничество и размножение. С другой стороны, определенные пространственные закономерности могут также исключать определенные экологические теории, которые ранее считались правдой.
Хотя пространственная экология имеет дело с пространственными структурами, она обычно основана на наблюдениях. данные, а не на существующей модели. Это потому, что природа редко следует установленному ожидаемому порядку. Чтобы правильно исследовать пространственный образец или популяцию, необходимо определить пространственный масштаб, в котором он встречается. В идеале это можно сделать заранее с помощью эталонного пространственного исследования, которое определит, является ли образец или процесс в локальном, региональном или глобальном масштабе. Однако в реальных полевых исследованиях такое бывает редко из-за нехватки времени и финансирования, а также из-за постоянно меняющейся природы таких широко изученных организмов, таких как насекомые и дикая природа. Имея подробную информацию об этапах жизни вида, динамике, демографии, перемещении, поведении и т. Д., Можно разработать модели пространственной структуры для оценки и прогнозирования событий в местах без выборки.
Большинство математических исследований в области экологии девятнадцатого века предполагали равномерное распределение живых организмов в их среде обитания. За последнюю четверть века экологи начали понимать, в какой степени организмы реагируют на пространственные закономерности в окружающей их среде. В связи с быстрым развитием компьютерных технологий в тот же период времени стали применяться более совершенные методы статистического анализа данных. Кроме того, многократное использование изображений с дистанционным зондированием и географических информационных систем в определенной области привело к расширению анализа и идентификации пространственных закономерностей с течением времени. Эти технологии также расширили возможности определения того, как деятельность человека повлияла на среду обитания животных и изменение климата. Мир природы становится все более фрагментированным из-за деятельности человека; антропогенное изменение ландшафта оказало волновое воздействие на популяции диких животных, которые теперь, скорее всего, будут небольшими, ограниченными в распространении и все более изолированными друг от друга. Отчасти в ответ на эти знания, а отчасти из-за все более сложных теоретических разработок экологи начали подчеркивать важность пространственного контекста в исследованиях. Пространственная экология возникла из этого движения к пространственной ответственности; «постепенное внедрение пространственных вариаций и сложности в экологический анализ, включая изменения пространственных моделей с течением времени».
В пространственной экологии масштаб относится к пространственная протяженность экологических процессов и пространственная интерпретация данных. Реакция организма или вида на окружающую среду специфична для определенного масштаба и может реагировать по-разному в большем или меньшем масштабе. Выбор шкалы, соответствующей рассматриваемому экологическому процессу, очень важен для точного предположения и определения основной причины. Чаще всего экологические закономерности являются результатом нескольких экологических процессов, которые часто действуют в более чем одном пространственном масштабе. Используя такие методы пространственной статистики, как геостатистика и анализ основных координат соседних матриц (PCNM), можно определить пространственные отношения между организмами и переменными окружающей среды в нескольких масштабах.
Пространственная автокорреляция означает, что значения выборок, взятых близко друг к другу, с большей вероятностью будут иметь одинаковую величину, чем только случайно. Когда пара значений, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, больше похожа, чем ожидалось случайно, пространственная автокорреляция считается положительной. Когда пара значений менее схожа, пространственная автокорреляция считается отрицательной. Обычно значения имеют положительную автокорреляцию на более коротких расстояниях и отрицательную автокорреляцию на больших расстояниях. Это широко известно как первый закон географии Тоблера, резюмируемый как «все связано со всем остальным, но близлежащие объекты более связаны, чем удаленные объекты».
В экологии есть два важных источника пространственной автокорреляции, которые оба возникают из пространственно-временных процессов, таких как рассредоточение или миграция :
Большинство экологических данных демонстрируют некоторую степень пространственной автокорреляции в зависимости от экологического масштаба (пространственного разрешения), представляющего интерес. Поскольку пространственное расположение большинства экологических данных не является случайным, традиционные случайные выборки населения имеют тенденцию переоценивать истинное значение переменной или выявлять значительную корреляцию там, где ее нет. Это смещение можно исправить с помощью геостатистики и других более сложных статистических моделей. Независимо от метода, размер выборки должен соответствовать масштабу и используемому пространственному статистическому методу, чтобы быть достоверным.
Пространственные закономерности, такие как распределение видов, являются результат истинной или индуцированной пространственной автокорреляции. В природе организмы не распределены ни равномерно, ни случайно. Окружающая среда пространственно структурирована различными экологическими процессами, которые в сочетании с поведенческой реакцией видов обычно приводят к:
Теоретически любая из этих структур может иметь место в любом заданном масштабе. Из-за наличия пространственной автокорреляции в природе градиенты обычно встречаются на глобальном уровне, тогда как пятна представляют собой промежуточные (региональные) масштабы, а шум - на локальных масштабах.
Анализ пространственных экологических моделей включает два семейства
Анализ пространственных тенденций использовался для исследования управления дикой природой, экологии пожаров, экологии популяций, экологии болезней, инвазивных виды, морская экология и моделирование секвестрации углерода с использованием пространственных отношений и закономерностей для определения экологических процессов и их воздействия на окружающую среду. Пространственные модели имеют разное экосистемное функционирование в экологии, например, повышение продуктивности.
Концепции пространственной экологии имеют фундаментальное значение для понимания пространственной динамики населения и общественная экология. Пространственная неоднородность популяций и сообществ играет центральную роль в таких экологических теориях, как сукцессия, адаптация, стабильность сообщества, конкуренция, взаимодействия хищник-жертва., паразитизм и эпидемии. Быстро развивающаяся область ландшафтной экологии использует в своих исследованиях основные аспекты пространственной экологии.
Практическое использование концепций пространственной экологии необходимо для понимания последствий фрагментации и потери среды обитания для диких животных. Понимание реакции вида на пространственную структуру дает полезную информацию в отношении сохранения биоразнообразия и восстановления среды обитания.
Моделирование пространственной экологии использует компоненты дистанционного зондирования и географических информационных систем (ГИС).
Для изучения таких отношений был разработан ряд статистических тестов.
Кларка и Эванса Кларк и Эванс в 1954 году предложили тест, основанный на плотности и расстоянии между организмами. Согласно нулевой гипотезе ожидаемое расстояние (r e) между организмами (измеренное как расстояние до ближайшего соседа) с известной постоянной плотностью (ρ) составляет
Разница между наблюдаемым (r o) и ожидаемым ( r e) можно проверить с помощью теста Z
, где N - количество измерений ближайшего соседа. Для больших выборок Z распределяется нормально. Результаты обычно представлены в виде отношения: R = (r o) / (r e)
Пиелу Пиелу в 1959 г. разработал другую статистику. Ближайшие соседи расстояние между организмом и набором заранее выбранных случайных точек в пределах области отбора проб, снова предполагая постоянную плотность. Если популяция рассредоточена случайным образом в области, эти расстояния будут равны расстояниям до ближайших соседей. Пусть ω будет соотношение между расстояниями от случайных точек и расстояниями, рассчитанными на основе вычислений ближайшего соседа. α равно
, где d - постоянная общая плотность и π имеет свое обычное числовое значение. Значения α меньше, равные или больше 1 указывают на однородность, случайность (распределение Пуассона ) или агрегацию соответственно. Альфа может быть проверена на наличие значительного отклонения от 1 вычисляя статистику теста
где χ распределен с 2n степенями свободы. n - количество отобранных организмов.
Монтфорд в 1961 году показал, что, когда оценивается плотность, а не известная константа, эта версия альфа имеет тенденцию переоценивать фактическую степень агрегации. Он представил измененную формулировку, исправляющую эту ошибку. Существует широкий спектр математических проблем, связанных с пространственными экологическими моделями, относящимися к пространственным структурам и процессам, связанным с хаотическими явлениями, бифуркациями и нестабильностью.
