Кіріспе

Ландшафт экологиясында ландшафт байланысы - кеңінен алғанда, "ландшафт ресурс жапсырмалары арасындағы қозғалысты жеңілдететін немесе кедергі келтіретін дәреже". Байланыстылық құрылымдық байланысты (тұтынушыларды және/немесе жапсырмаларды физикалық орналастыру) және функционалдық байланысты (тұтынушыларды және/немесе жапсырмаларды аралықтағы қозғалысты) қамтиды. Функционалдық байланыс нақты байланысты (жеке қозғалыстарды байқауды талап етеді) және қозғалыстың жолдарын өмір тарихы деректерін пайдалану арқылы бағалауға болатын әлеуетті байланысты қамтиды. Жак Бодри ұсынған ұқсас, бірақ басқаша ұғым, ландшафт байланысы, ландшафттың кеңістіктік құрылымдарының элементтері арасындағы құрылымдық байланыстарды білдіреді, бұл ландшафт ерекшеліктерінің топологиясына қатысты, бірақ экологиялық процестерге қатысты емес.

Анықтама

"Ландшафтты байланыс" ұғымын алғаш рет 1984 жылы доктор Грей Мерриам енгізді. Мерриам мекендеу аймақтарының қозғалысы организмнің қасиеттерінің функциясы ғана емес, сонымен қатар, ол өтуі керек пейзаж элементтерінің сапасы екенін атап өтті. Белгілі бір қозғалыс жолын анықтаудағы осы негізгі өзара әрекеттесуді баса көрсету үшін Мерриам (1984) ландшафтық байланысты "органикалықтардың тіршілік ету орындары арасында қозғалуына мүмкіндік беретін ландшафтық элементтермен абсолютті оқшаулануға жол бермейтін дәреже" деп анықтады. Тоғыз жылдан кейін Мерриам және оның әріптестері бұл анықтаманы "ландшафттың ресурстық жерлер арасындағы қозғалысқа кедергі келтіретін немесе жеңілдететін дәрежесі" деп өзгертті. Бұл анықтама, әрине, ғылыми әдебиеттердегі ең көп қабылданған және келтірілген мағынаға айналғанмен, көптеген авторлар өздерінің анықтамаларын жасауды жалғастырды. With және басқалар (1997) олардың түсіндіруін "жатақтардың кеңістіктік жұқпалы ауруы мен организмдердің ландшафттық құрылымға қозғалыс реакцияларына байланысты тіршілік ету орындары арасындағы функционалдық қарым-қатынас" ретінде ұсынды және Ament және басқалар. (2014) оны "табиғи, жартылай табиғи және дамыған жер бетінің әртүрлі түрлерін қамтитын аймақтық ландшафттардың жабайы табиғаттың қозғалысына және экологиялық процестерді ұстап тұруға ықпал ететін дәрежесі" деп анықтады. Осылайша, соңғы 30 жылда ландшафтты байланыстың көптеген анықтамасы болғанмен, әр жаңа сипаттама ландшафтты байланыстың тұжырымдамасына құрылымдық және мінез-құлық элементтерін де баса көрсетеді. Физикалық компонент ландшафт элементтерінің кеңістіктік және уақытша конфигурациясымен (жердің пішіні, жер бетінің жабыны және жерді пайдалану түрлері) анықталады, ал мінез-құлық компоненті ландшафт элементтерінің физикалық орналасуына организмдер мен/немесе процестердің мінез-құлық реакцияларымен анықталады. Адамның дамуы қазір жер бетінің 50 пайыздан астамын өзгертіп отыр, бұл жерде біз планетаны бөлісетін миллиондаған басқа түрлер үшін табиғи немесе жартылай табиғи мекендер ғана қалды. Табиғи тіршілік ету ортасының жоғалуы мен ландшафт үлгілерінің өзгеруі биогеография мен биологияның көптеген проблемаларының бірі болып табылады. Биологиялық әртүрлілік пен экожүйелік функциялар үлгілері бүкіл әлемде өзгеріп, нәтижесінде бүкіл әлемдік экологиялық желі байланысы мен экологиялық тұтастығы жоғалады. Байланысты жоғалту жеке адамдарға, популяцияларға және қауымдастықтарға түрлер ішіндегі, түрлер арасындағы және экожүйелік өзара іс-қимылдар арқылы әсер етуі мүмкін. Бұл өзара іс-қимылдар экологиялық механизмдерге әсер етеді, мысалы, қоректік және энергия ағыны, жыртқыш олжа қатынастары, тозаңдау, тұқымның таралуы, демографиялық құтқару, іштегі тұқым алудан аулақ болу, бос мекенді отарлау, түрлердің өзара әрекеттесуі және аурулардың таралуы. Осыған сәйкес ландшафттық байланыс жануарлардың қозғалысы, өсімдіктердің көбеюі және генетикалық алмасу сияқты биотикалық процестердің қозғалысын, сондай-ақ экожүйелер ішіндегі және арасындағы су, энергия және материалдардың қозғалысы сияқты абиотикалық процестерді жеңілдетеді. құстар мен теңіз түрлерін, олардың бағыттары жыл сайын бірдей болады. Бұл алмасулар популяциялардың генетикалық және демографиялық әртүрлілігін сақтайды.

Тоқырау қозғалысы

Қоршаған ортаның бұзылуына байланысты адамдардың немесе популяциялардың қолайлы мекеннің жаңа жерлеріне болжауға болмайтын қозғалысы. Өрт, табиғи апаттар, адам дамуы және климаттың өзгеруі сияқты ірі бұзылулар тіршілік ортасының сапасына және таралуына әсер етуі мүмкін және түрлерді қолайлы тіршілік ортасының жаңа жерлеріне көшіруді қажет етеді. Жер бедері арасындағы байланыс жер тұрғындары арасында орын алатын қозғалыстың жалпы көлемін анықтайды. Бұл байланыс гендер ағынына, жергілікті бейімделу, құрып кету қаупіне, отарлау ықтималдығына және организмдердің климаттың өзгеруіне көшу және бейімделу мүмкіндігіне әсер етеді. Табиғи тіршілік орындарының жойылуы мен бөлшектелуі табиғи тіршілік орындарының нашарлауына байланысты, қалған тіршілік орындарының бөлшектерінің көлемі мен оқшаулануы биологиялық әртүрліліктің ұзақ мерзімді сақталуы үшін аса маңызды.

ландшафттық байланысты өлшеу

Ландшафтты байланыстың анықтамасы физикалық және мінез-құлық компонентіне ие болғандықтан, ландшафтты байланысты өлшеу нәтижесінде организмге, процеске және ландшафтқа тән. Келесі қадам - ландшафт құрылымының организм көріп отырған масштабын анықтау. Бұл түрдің ландшафттық элементтердің массивтеріне өзінің ұсақ масштабты (тағамдық) және үлкен масштабты (көлемі) қозғалыс мінез-құлқы арқылы жауап беретін масштабы ретінде анықталады. Соңында, түрдің ландшафттың әртүрлі элементтеріне қалай жауап беретіндігі анықталады. Бұл түрлердің ландшафт элементтерінің өлім-жітім қаупіне, оның ішінде тіршілік ету ортасының кедергілері мен жиектеріне мінез-құлықтық реакцияларға негізделген қозғалыс үлгісін қамтиды. Мысалы, кіші сүтқоректілердің ауқымы аз және таралу қашықтығы қысқа, ал ірілердің ауқымы үлкен және таралу қашықтығы ұзын болады. Қысқаша айтқанда, бұл қатынас сүтқоректілердің дене өлшемдеріне негізделген ландшафт желілерін масштабтауға және құруға көмектеседі. Көптеген организмдер үшін, әсіресе теңіз омыртқасыздары үшін, байланыс масштабы (әдетте личинкалардың таралуы түрінде) мұхит ағыстары арқылы пассивті тасымалдау арқылы жүргізіледі. Дисперсиялық әлеует ауаға қарағанда суда айтарлықтай жоғары болады, себебі оның тығыздығы жоғары (оның нәтижесінде ұшқыштардың жоғары жүзу қабілеті). Сондықтан кейбірде теңіз организмдерінің әлеуетті байланысын личинкалардың таралуының симуляциясы сияқты процестерге негізделген модельдер арқылы өлшеу мүмкін.

Қосылымдық көрсеткіштер

Қосылым интуитивті түсінік болғанымен, оны тұрақты түрде қолданатын өлшем жоқ. Байланыстылық теориясы "коридорлар" және "байланыстар" арқылы байланыстылықтың екілік бейнелерін және жалғасты байланыстылықтың бейнелерін қарастыруды қамтиды, олар қос жағдайды кіші жиынтық ретінде қамтиды. Құрылымдық байланыстық метрикалары ландшафттардың физикалық қасиеттеріне негізделеді, оған жапсырмалар (өлшемі, жапсырмалардың саны, бір-біріне орташа қашықтық) және салыстырмалы бұзылу (жолдар, парцеллендіру, қалалық / ауыл шаруашылығы жерлерін пайдалану, адам саны сияқты адам құрылыстары) идеясы кіреді. Потенциалды байланыс өлшемдері ландшафттық құрылымға, сондай-ақ зерттелген организмнің таралу қабілеті туралы кейбір негізгі ақпараттарға, мысалы, орташа таралу қашықтығына немесе таралу ядросына негізделген. Нақты (осылай-ақ іске асырылған немесе функционалдық) байланыс өлшемдері адамдардың байланыс контурлары бойымен және олардың арасында, соның ішінде жапсырмалар арасында (олар бар жерде) нақты қозғалысына негізделген. Бұл әр түрлі жерлерде туған жеке тұлғалардың нақты санын, олардың көбею деңгейін және таралу кезінде өлім-жітімін ескереді. Кейбір авторлар сайттар арасында таралып қана қоймай, қайта жаңғырту үшін тірі қалған жеке тұлғалардың санына негізделген қосымша айырмашылық жасайды.

Деректер құрылымы

Байланыстылықты әдетте график немесе желі ретінде сипаттауға болады, яғни контурлармен (байланыстылықтың болуын немесе күшін сипаттайтын) байланысты түйіндер жиынтығы (мүмкін дискретті популяцияларды немесе үлгі алу орындарын білдіреді). Байланыстың сипатталатын түріне байланысты, бұл қарапайым бағытталмаған және салмақталмаған графиктен (бәлкім, ортақ түрдің болуы немесе болмауынан көрінетін жиектері бар) бағытталған, салмақталған, қабатталған немесе уақытша графикке дейін (бәлкім, жиектері уақыт бойы адамдар ағынын білдіретін) болуы мүмкін. Байланысты график түрінде көрсету жиі пайдалы, деректерді визуализациялау мақсатында да, талдау үшін де. Мысалы, график теориясының алгоритмдері жиі байланыс (орталық орталық) немесе ішкі байланысы мықты және өзара байланысы әлсіз (модулярлық оптималдеу) топтамаларды сақтайтын орталық популяцияларды анықтау үшін қолданылады. Графикалық деректерді сақтау және пайдалану үшін әр түрлі дерек құрылымдары бар. Әсіресе, массивті бейнелеулер, көбінесе екі өлшемді массивтер үшін байланыс матрицалары деп аталады (әдетте уақыт өзгермелілігі жоқ графиктер үшін). Мысалы, популяциялардың жиынтығы арасындағы потенциалдық байланыс матрица ретінде бейнеленуі мүмкін, әр элемент популяциядан популяцияға таралу қабілетін береді. Көптеген экологиялық модельдер осы матрицалық бейнелеуге сүйенеді. Мысалы, матрицалық өнім таралу кезеңінде популяциядан популяцияға таралу ықтималдығын білдіруі мүмкін және басқа демографиялық процестермен біріктірілгенде, eigenvalue of метапопуляция өсу қарқынын білдіруі мүмкін.

Бағдарламалық жасақтама

Әдетте, байланыстың "табиғи" түрі организмдер қабылдайтын экологиялық қасиет ретінде үздіксіз өткізгіштіктің бетінде модельделеді, бұл бұзылудың нәтижесі болып табылады. Бұл тораптық/растрлық форматта модельдеуге қабілетті географиялық ақпараттық жүйелердің (ГИС) көпшілігімен жүзеге асырылуы мүмкін. Модельдеудің осы түрінің маңызды компоненті - байланыстылық пен бұзылу әр түрлі организмдер мен экологиялық процестер арқылы әртүрлі түрде қабылданады және жауап береді. Жауаптардың бұл әртүрлілігі кеңістіктік модельдеуде байланысты бейнелеудің ең қиын бөліктерінің бірі болып табылады. Әдетте, ең дәл байланыс модельдері бір түрге/процеске арналған және түрлер/процестер туралы ақпаратқа негізделген. Көптеген табиғи ландшафттарды алып жатқан көптеген түрлер немесе процестер үшін кеңістіктік модельдердің, соның ішінде осы жерде сипатталғандардың байланысын білдіретіндігіне айғақтар аз және жиі жоқ. Тоқырауларға негізделген модельдер қосылыстықтың екілік бейнелеуі үшін негіз ретінде пайдаланылады, олар төменде сипатталған ландшафттар арқылы жолдар/коридорлар/байланыстар ретінде қолданылады.

Сұлбалық көрініс

Circuitscape - жеке қозғалыстың, гендердің ағынының және сақтаудың жоспарлануы үшін гетерогенді ландшафттардағы байланысты болжау үшін контур теориясын қолданатын ашық бастапқы кодты бағдарлама. Схема теориясы жалпы аналитикалық байланыстық модельдерге қарағанда бірнеше артықшылықтарды ұсынады, соның ішінде кездейсоқ жүріс теориясының теориялық негіздері мен бірнеше дисперсиялық жолдардың үлесін бағалау мүмкіндігі бар. Ландшафтар өткізгіш беттер ретінде бейнеленеді, қозғалыс үшін ең көп өткізгіш немесе гендер ағынын ең жақсы ынталандыратын мекендерге тағайындалған төменгі кедергілер, ал нашар таралу мекендеріне немесе қозғалыс кедергілеріне тағайындалған жоғары кедергілер. Кейін ландшафттарда есептелген тиімді кедергілер, ток тығыздықтары мен кернеуліктері жеке қозғалысы мен ген ағыны сияқты экологиялық процестерге байланысты болуы мүмкін.

Грапф

Graphab - ландшафт желілерін модельдеуге арналған бағдарламалық жасақтама. Ол төрт негізгі модульден тұрады: графикті құру, оның ішінде бастапқы ландшафт деректерін жүктеу және жапсырмалар мен сілтемелерді анықтау; графиктен қосылу метрикаларын есептеу; график пен экзогендік нүктелік деректер жиынтығының арасындағы байланыс; визуалды және картографиялық интерфейс. Graphab Java 1.6 немесе одан кейінгі нұсқаларын қолдайтын кез келген компьютерде (Linux, Windows, Mac жүйесіндегі PC) жұмыс істейді. Коммерциялық емес мақсатта тегін таратылады.