Огурцов С.С., Желтухин А.С., Пузаченко Ю.Г., Сандлерский Р.Б., Волков В.П.

Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник, Тверская область, Россия

ГИС-технологии и ДДЗ в изучении экологии крупных млекопитающих на примере бурого

медведя в Центрально-Лесном заповеднике

2016

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, Москва, Россия

Центрально-Лесной заповедник расположен на юго-западе Тверской области, на стыке Нелидовского, Андреапольского, Селижаровского и Оленинского

районов

250 км до Твери

350 км до Москвы

600 км до Санкт-Петербурга

ТЕХНОЛОГИИ. ЗАПОВЕДНИК1. ГИС как информационная система обеспечения управления основной

деятельностью заповедника

•На основе информации, полученной в результате основной деятельности заповедника и внесенной в базы данных, построены тематические карты: оперативного состояния объектов лесной инфраструктуры, нарушения заповедного режима, типов растительности, типов ландшафтного покрова, регистрации следов жизнедеятельности животных, зонирования территории и другие.

Выбор объекта изучения

Крупным видам наземных млекопитающих свойственны широкие перемещения в пространстве и многообразие взаимодействий с окружающей средой. Данное обстоятельство делает организацию исследований их экологии традиционными методами исследований подчас затрудненной и связанной с необходимостью проведения долговременных полевых работ. Бурый медведь – высокоорганизованный эврифаг с широкой экологической нишей. Ему свойственны значительные передвижения по территории и зависимость от ландшафтных параметров. Все это делает ГИС-технологии незаменимым средством в изучении его экологии и популяционной структуры.

На протяжении 2008-2016 годов на базе Центрально-Лесного заповедника проводятся специальные работы по изучению бурого медведя. Комплекс работ включает в себя ряд задач, которые успешно решаются при помощи дистанционных методов, в частности ГИС и ДДЗ.

Направления работ• Моделирование пригодности местообитания бурого медведя на исследуемой территории с

применением статистических методов.

• Изучение особенностей питания медведя на территории. Во время прохождения постоянных маршрутов проводятся учетные работы по определению доли изъятия пищевых объектов с единицы площади с использованием космо- и аэрофотоснимков высокого разрешения. По материалам ДДЗ определяется структура и продуктивность биотопов, имеющих значение для медведя.

• Организация и проведение ежегодного летнего учета численности бурого медведя на территории заповедника и охранной зоны. Во время проведения маршрутных учетов фиксируются все следы медведя с необходимой дополнительной информацией. В дальнейшем в ГИС создается слой данных учета и проводится пространственный анализ, в результате которого определяются показатели численности и плотности особей для территории заповедника и охранной зоны.

• Мониторинг популяционной группировки медведя с применением фотоловушек. Постоянное слежение за состоянием населения медведя осуществляется с помощью сети фотоловушек с географической привязкой. Обработка и анализ полученных изображений осуществляется в специальных программах, имеющих связь с ГИС.

Панхроматический снимок высокого разрешения Ресурс ДК

Векторизованный объект поля с нанесенными точками яблонь

Tree D iagram f or 5 V ariab les

W ard`s m et hod

E uc lidean d is tanc es

И с топтаннос ти Заломы Вку с О с таток У рожай8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

Link

age

Dis

tanc

e

Атрибутивная таблица характеристик яблонь Результаты анализа

MapView Professional Ver. 3.4.

Актуальность темыЭкологическая ниша включает в себя не только физическое пространство, занимаемое организмом (местообитание), но и функциональную роль организма в сообществе и его положение относительно градиентов внешних факторов (Одум, 1975).Бурый медведь представляется крайне интересным объектом для подобного рода исследований. Представитель одной из самых крупных размерных групп наземных позвоночных, эврифаг, экологически пластичный вид с сильно развитой высшей нервной деятельностью – все это обуславливает множественные и разнообразные связи со средой обитания, делая экологическую нишу медведя привлекательной для изучения.Крупные размеры особей и характер питания определяют широкие перемещения в пространстве, создавая многообразную мозаику биотопов, через которые передвигается зверь. Способность добывать и усваивать многочисленные пищевые ресурсы разных кормовых групп побуждает его к подобным перемещениям и формирует сложноорганизованную трофическую систему связей со множеством других видов. Все это усложняет характер взаимодействий с внешним миром и определяет экологическую нишу бурого медведя как сложную качественно-количественную систему с множеством переменных абиотической и биотической природы.Бурые медведи нуждаются в достаточно больших территориях, обеспечивающих их жизненные потребности. Умение грамотно предсказывать распределение медведя по территории - одно из наиболее значимых условий организации успешной программы по его сохранению.

Использование цифровой модели рельефа, дистанционной информации при инвентаризации состояния среды

Состояния свойстввидовых стаций

ПОЛЕВЫЕ ОПИСАНИЯ

Методы исследований

Общая схема моделирования местообитаний рельеф

Полевые описания

Дистанционная информация Landsat

грид

1

2 Полевые обследования

Грид

Пройденные маршруты и точки вида

HSM

площадь заповедника 24415 га

площадь охранной зоны 46061 га

Территория исследований

Материалы полевых исследований

Сбор полевого материала проводился на территории Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника и его охранной зоны (Тверская область, Нелидовский район) в течение вегетационных периодов 2008, 2009 и 2011 – 2014 годов. Продолжительность полевых работ составила 575 дней.

• Пройдено 268 маршрутов, общее расстояние которых составило 4248 км: из них пеших маршрутов – 3755 км; с использованием внедорожной вездеходной техники – 266 км; с использованием автомобиля – 187 км; на велосипеде – 40 км.

• С помощью навигатора получено 1666 точек пространственной привязки со следами жизнедеятельности бурого медведя.

В обучающую выборку вошли треки 268 маршрутов (99988 единиц учета (пикселей)). Из них 1651 единиц достоверного присутствия следов бурого медведя. Остальные 98337 точек – «достоверного» отсутствия следов бурого медведя.

Качество распознавания присутствия/отсутствия следов бурого медведя в четырех вариантах дискриминантного анализа

Переменная Метод Условие Состояние Доля правильного распознавания, %

Число случаев

С отсутствием

С наличием

Все вперед наблюдения отсутствие 99,53 97874 463 наличие 8,42 1512 139 В целом 98,02 99386 602 равновероятн отсутствие 79,05 77732 20605 наличие 53,24 772 879 В целом 78,62 78504 21484Рельеф вперед наблюдения отсутствие 99,99 98334 3 наличие 0,00 1651 0 В целом 98,35 99985 3 равновероятн отсутствие 65,97 64874 33463 наличие 55,36 737 914 В целом 65,80 65611 34377Landsat вперед наблюдения отсутствие 99,75 98087 250 наличие 5,51 1560 91 В целом 98,19 99647 341 равновероятн отсутствие 77,76 76467 21870 наличие 53,00 776 875 В целом 77,35 77243 22745

Соотношение между значениями оси дискриминантного анализа и вероятностей двух классов для модели по обнаружению (по пропорциональной модели).

ОТСУТСТВИЕ ПРИСУТСТВИЕ

Вер

оятн

ость

сос

тоян

ия

-6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

Значение оси дискриминантного анализа

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Абсолютная непригодность

Абсолютная пригодность

Результаты исследований

Генеральная модель оптимума местообитаний бурого медведя

a b

c Карты пригодности местообитаний (HSM)

бурого медведя:a – летний период

b – летне-осенний периодс – осенний период

Степень пригодности определяется

доступностью и обилием основных кормов

Переменная Месяц Условие Состояние Доля правильного распознавания, %

Число случаев

С отсутствием С наличием

Все июль наблюдения отсутствие 99,28 19151 139 наличие 18,2 180 40 В целом 98,37 19331 179 август отсутствие 99,40 19795 119 наличие 8,31 364 33 В целом 97,62 20159 152 сентябрь отсутствие 98,92 17104 186 наличие 21,26 374 101 В целом 96,85 17478 287

Переменные Месяц Нагрузка Canonic R Wilks’ Lambda χ² df p-levelВсе Июль 0,034891 0,183615 0,966285 668,2742 45 0,00 Август 0,028303 0,165905 0,972476 566,4810 25 0,00 Сентябрь 0,065304 0,247590 0,938699 1121,947 55 0,00

Качество распознавания присутствия/отсутствия следов бурого медведя по месяцам.

Вариант пошагового дискриминантного анализа (с шагом вперед).

июль

август

сентябрь

Биотоп Кол-во площадо

к (n)

Учетная площадь,

м²

Кол-во целых

растений (M ± m)

Кол-во поеденных растений

(M ± m)

% изъятия(M ± m)

% изъятия

(CV)

Поле 15 486,8 176,2 ± 19,5

55,8 ± 10,3 23,2 ± 2,8

47,4

Поляна 24 2507,5 337,7 ± 116,4

82,7 ± 24,4 35,0 ± 3,7

51,2

Дорога 3 10952,0 9,3 ± 7,4

1,4 ± 0,6 21,6 ± 7,8

62,4

Установлено, что медведь в среднем выедает больше дудника в биотопе «поляна», нежели в биотопе «поле» (t=-2,29, df=37, p˂0,05, Student test)

Во всех открытых биотопах медведь предпочитает питаться на участках с максимальным обилием растений (rs =0,89, p˂0,05, Spearman correlation)

И юнь /2 (n=28)И юнь/3 (n=21)

И юль /1 (n=21)И юль /2 (n=10)

И юль/3 (n=31)А в гу с т /1 (n=18)

А в гу с т /2 (n=6)

М ес яц/д екад а

0

20

40

60

80

100

120

Вы

сота

сте

бля,

см

Вы с от а с т ебля, с м : F(6;128) = 72,8465; p = 0.0000

Mean Mean±SE Min-Max

Показатель уч. площадки n M±m Lim SD CV

m ягод (контроль) 132 75,2 ± 6,4 2,4 – 356,0 73,5 97,8 %

m ягод (опыт) 60 43,1 ± 3,1 0 – 106,1 24,2 56,1 %

n ягод (контроль) 118 216,5 ± 19,4 11 – 1083 210,6 97,3 %

n ягод (опыт) 43 124,1 ± 10,2 0 – 285 67,1 54,0 %

Ca teg . B ox & W h is ke r P lo t: m , м ас с а я г од Mean Mean±S E Mean±S D

Год с бора

m, м

асса

яго

д

Х арактер площ адки: Контроль

2009 2012 2013 2014-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

Х а рактер п ло щ адки: Оп ы т

2009 2012 2013 2014

В период наибольшего урожая черники в 2009 году медведем оставлялось наименьшее количество ягод (r=-0,53 p=0,138); с 1м² медведем поедалось 74% всех ягод. В среднем по годам поедалось 42,7%, что составляет 32,1 г.

Бореальные типы леса с черникой в травяно-

кустарничковом ярусе – излюбленные стации медведя

в летний период

Медведи предпочитают заламывать деревья с самыми крупными и вкусными яблоками (rs=0,67; p˂0,05). Медведи предпочитают сначала подбирать яблоки с земли, а уже затем лезут на деревья и ломают ветки (rs=0,43; p˂0,05; Spearmen cor.).

Яблоневые сады чаще всего расположены в заброшенных

деревнях, сосредоточенных по моренно-камовым грядам в охранной зоне заповедника

Tree D iagram f or 5 V ariables

W ard`s m ethod

Euc lidean d is tanc es

И с топ таннос ти Заломы Вку с О с таток У рож ай8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

Link

age

Dis

tanc

e

Значение результатов регрессии с показателем «Заломы».R=0,65 R²=0,43 Adjusted R²=0,40 F(3,58)=14,35 p<0,05 Std.Error: 0,92

N=62 Beta ± Std.er. B ± Std.er. t(58) p-level

Intercept 0,18 ± 0,37 0,49 0,63

Вкус 0,71 ± 0,11 0,47 ± 0,07 6,46 ˂0,05

Урожай -0,21 ± 0,13 -0,20 ± 0,12 -1,65 0,10

Остаток 0,17 ± 0,13 0,14 ± 0,11 1,36 0,18

Выводы:

• Территория заповедника дифференцировано привлекательна для бурого медведя. Высоко мозаичный комплекс биотопов, сформированный на моренной гряде на территории охранной зоны обладает наибольшей степенью пригодности для вида. Спелые заповедные леса бореального типа пригодны в меньшей степени.

• Распределение медведей по территории неоднородно в течение сезонов вегетационного периода. Привлекательность местообитаний – величина динамичная и поликомпонентная.

• Одними из решающих факторов, определяющих степень привлекательности местообитания, являются наличие и доступность кормовых ресурсов и их урожайность.

• Наибольшее значение в питании медведя играют зонтичная растительность, черника, яблоки, лещина, рябина и овес.

• Общая деградация антропогенного ландшафта (зарастание и депопуляция) способствует увеличению его привлекательности для медведя ввиду повышения кормности угодий и снижения фактора беспокойства.

• Многообразие кормовых ресурсов, мозаичность и биотопическая разнородность территории, умеренная степень антропогенного воздействия, отсутствие селективного отбора и наличие рефугиумов обеспечивают существование популяции со стабильной численностью и плотностью особей.

• Комплекс современных высокотехнологичных методов, не требующих причинения дискомфорта и вреда медведю, позволяет проводить полноформатные исследования с достаточно высокой степенью надежности полученных данных.

Благодарю за внимание!