Мультифрактальный анализ биоразнообразия и ценотической структуры сообщества растений по данным дистанционного зондирования Земли (на примере Киевского водохранилища)

Общепринятая в настоящее время широкая и многоуровневая трактовка биоразнообразия включает характеристики структурной организации и функционирования живого вещества на всех его уровнях от молекулярного, организменного и популяционного до экосистемного и биосферного. Разнообразие — это понятие, которое имеет отношение к размаху изменчивости или различий между некоторыми множествами или группами объектов. Термин “биоразнообразие” обычно используется для описания количества разновидностей и изменчивости живых организмов. Биологический смысл термина раскрывается через представления о внутривидовом, видовом и ценотическом (надвидовом) разнообразии жизни.
Предметом исследований являлось ценотическое разнообразие. Для того, чтобы избежать излишней формализации задачи и заложить методологическую основу для практического применения мультифрактального формализма в сочетании с дистанционными методами зондирования объектов с космических аппаратов, изложение материала и верификация математической модели проводится на содержательном примере — анализировалось разнообразие фитоценозов макрофитов мелководий (глубины до 3 м) Киевского водохранилища.
Целью работы являлось исследование возможностей мультифрактального анализа для выявления закономерностей (в частности, самоподобия) видовой структуры биотических сообществ водохранилища.
Киевское водохранилище в настоящее время, т.е. спустя 50 лет после его создания, представляет собой весьма сложные сочетания ландшафтных комплексов, среди которых представлены как аквальные экосистемы, аналогичные речным, озерным, лиманным, так и пойменные. Последние по своей структуре подобны ландшафтным комплексам пойм и дельт крупных равнинных рек. Природа как бы “стремится” к реализации даже в новой ландшафтной ситуации уже имеющихся в ее арсенале решений, и в сходных условиях формируются сходные природным ландшафтные комплексы. Таким образом, водохранилища, техногенные по происхождению, со временем все более приобретают черты природных экосистем, формируя новый, квазиприродный ландшафт долины.
Существование мультифрактальной структуры сообщества ассоциаций растений Киевского водохранилища устанавливалось проверкой выполнения двух необходимых условий распределения ассоциаций по типам: степенная зависимость роста компонентов мультифрактальной меры от размера выборки; невозрастающий вид функции спектра обобщенных размерностей.
На основе мультифрактального формализма можно сравнивать как видовые структуры разных биоценозов в один период времени, так и динамику их развития. Использование мультифрактальных спектров представляется перспективным инструментом анализа существенных изменений в гидробиоценозе под влиянием сильных воздействий на него, в частности, разного рода антропогенных воздействий. Дальнейшее развитие мультифрактального подхода, в частности, выявление связи между параметрами мультифрактального спектра и абиотическими факторами, является актуальной задачей экологии.