Введение

Изучение распределения или пространства, занимаемого видами.

Пространственная экология изучает пределы распространения или занимаемое видом пространство. В конкретной среде обитания, разделяемой несколькими видами, каждый из видов обычно ограничен своей микросредой или пространственной нишей, поскольку два вида на одной общей территории обычно не могут занимать одну и ту же экологическую нишу в течение продолжительного времени.

Обзор

В природе организмы не распределены равномерно и не случайно, а формируют определенные пространственные закономерности. Это обусловлено различными поступлениями энергии, нарушениями и взаимодействиями между видами, которые приводят к образованию пространственно неоднородных структур или градиентов. Эта пространственная изменчивость в окружающей среде создает разнообразие в сообществах организмов, а также в наблюдаемых биологических и экологических процессах. С другой стороны, определенные пространственные закономерности могут опровергать экологические теории, ранее считавшиеся верными. Хотя пространственная экология изучает пространственные закономерности, она обычно основывается на данных наблюдений, а не на существующих моделях. При наличии подробной информации о жизненных стадиях, динамике, демографии, перемещениях, поведении и других аспектах жизни видов, можно разрабатывать модели пространственных закономерностей для оценки и прогнозирования явлений в неисследованных областях. Природная среда все больше фрагментируется из-за деятельности человека; антропогенные изменения ландшафта оказывают каскадное воздействие на популяции диких животных, которые теперь чаще бывают небольшими, ограничены в распространении и все более изолированы друг от друга. Отчасти в ответ на эти знания, а отчасти благодаря развитию более сложных теоретических подходов, экологи стали подчеркивать важность пространственного контекста в исследованиях. Пространственная экология возникла из этого стремления к учету пространственных факторов; как "постепенное включение пространственной изменчивости и сложности в экологический анализ, включая изменения пространственных закономерностей во времени".

Масштаб

В пространственной экологии масштаб относится к пространственному охвату экологических процессов и к способу пространственной интерпретации данных. Реакция организма или вида на окружающую среду характерна для определенного масштаба и может отличаться при рассмотрении более крупных или меньших масштабов. Как правило, экологические закономерности являются результатом множества экологических процессов, которые часто протекают на нескольких пространственных уровнях. С помощью таких пространственно-статистических методов, как геостатистика и анализ главных координат матриц соседства (PCNM), можно выявить пространственные взаимосвязи между организмами и факторами окружающей среды на различных масштабах.

Пространственная автокорреляция

Пространственная автокорреляция означает, что значения выборок, взятых вблизи друг от друга, с большей вероятностью будут схожи по величине, чем если бы это было обусловлено лишь случайностью. Анализ точечных пространственных структур изучает распределение объектов в пространстве и используется для определения, является ли это распределение случайным. Он также позволяет описать тип выявленной структуры и сделать выводы о процессах, которые могли её сформировать. Наиболее часто используемыми статистическими методами являются анализ плотности квадратов и метод ближайших соседей. Анализ поверхностных пространственных структур имеет дело с пространственно-непрерывными явлениями. После определения пространственного распределения переменных посредством дискретной выборки, статистические методы используются для количественной оценки величины, интенсивности и степени пространственной автокорреляции в данных (например, с помощью коррелограмм, вариограмм и периодограмм), а также для визуализации степени пространственной изменчивости.

Исследования

Анализ пространственных тенденций применялся для изучения управления дикой природой, экологии пожаров, экологии популяций, экологии болезней, инвазивных видов, морской экологии и моделирования секвестрации углерода, используя пространственные взаимосвязи и закономерности для определения экологических процессов и их влияния на окружающую среду. Пространственные закономерности обуславливают различное функционирование экосистем в экологии, например, повышение продуктивности.

Междисциплинарная

Концепции пространственной экологии являются основополагающими для понимания пространственной динамики популяционной и сообщественной экологии. Пространственная неоднородность популяций и сообществ играет центральную роль в таких экологических теориях, как сукцессия, адаптация, стабильность сообществ, конкуренция, взаимоотношения хищник-жертва, паразитизм и эпидемии. Моделирование в пространственной экологии использует компоненты дистанционного зондирования и географических информационных систем (ГИС).

Статистические тесты

Для изучения подобных взаимосвязей разработан ряд статистических тестов.

Пьелу α

В 1959 году Пьелу предложила другую статистику. Вместо ближайших соседей она рассматривала расстояние между организмом и набором заранее выбранных случайных точек в пределах исследуемой области, также предполагая постоянную плотность. Если популяция распределена случайным образом по области, эти расстояния будут соответствовать расстояниям до ближайших соседей. Пусть ω – это отношение между расстояниями до случайных точек и расстояниями, рассчитанными на основе анализа ближайших соседей. α определяется как

где d – постоянная общая плотность, а π – его обычное числовое значение. Значения α меньше, равные или больше 1 указывают на равномерное распределение, случайность (распределение Пуассона) или агрегацию соответственно. Значимость отклонения α от 1 можно проверить, вычислив статистику критерия:

где χ2 распределено с 2n степенями свободы, а n – количество исследованных организмов. Монтфорд в 1961 году показал, что при оценке плотности, а не использовании известной константы, эта версия α склонна к переоценке степени агрегации. Он предложил исправленную формулу, устраняющую эту ошибку. Существует широкий спектр математических задач, связанных с пространственными экологическими моделями, касающихся пространственных закономерностей и процессов, связанных с хаотическими явлениями, бифуркациями и нестабильностью.