Применение информационных технологий для оценки биологического разнообразия в природных экосистемах Камчатки

УДК 573+621.3

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 
ДЛЯ ОЦЕНКИ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ 
В ПРИРОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ КАМЧАТКИ

А.Н. Сметанин (КамчатГТУ)

Рассмотрим методологические подходы для комплексной оценки биологического разнообразия Камчатки, которое составляют сосудистые растения -  их на 
полуострове 1136 видов, насекомые -  2400 видов, рыбообразные и рыбы -  375 видов, птицы -  322 вида, млекопитающие -  88, а также другие группы автотрофных 
и гетеротрофных организмов. Ввиду такого большого разнообразия биологических видов и их неравномерного расселения по территории Камчатки (и биотопам) 
весьма затруднительно делать расчеты их участия в природных процессах, совершающихся в экосистемах начиная с формирования ценозов. Эта проблема может 
быть реализована путем применения компьютерных технологий, на что и нацелена наша работа.
Надо учитывать, что каждый биологический вид занимает определенную 
экологическую нишу (многомерное пространство, в котором имеются все условия 
для существования вида). Ниши локализованы в стации (от лат. -  место обитания), 
стации объединяются в более крупные образования -  биотопы (экотопы), последние объединяются в формации, а формации -  в еще более крупные ранги -  ассоциации для растений и фаунистические и зоогеографические комплексы -  для животных. Каждый из названных рангов имеет свой набор биологических видов, 
подвидов, форм, рас, составляющих биологическое разнообразие экосистемы. 
Экологическая ниша связана с понятием «жизненная форма» -  комплекс свойств 
(биологических, физиологических, морфологических), обуславливающих реакцию 
вида на воздействие внешней среды. Виды, составляющие биологическое разнообразие экосистемы, исторически организованы в динамическую структуру (биоценоз). Виды составляют структуру, а структура в сочетании с факторами внешней 
среды формирует виды.

76

Биологическую структуру составляют приведенные в систематическом порядке по таксономическим признакам виды растений и животных, объединенные в 
отделы (для растений), классы, отряды (для животных). Для каждой экосистемы 
имеется свой набор видов и групп, которые характеризуются рядом экологических 
особенностей. Эти особенности хорошо отражает политомический ключ (цифровой код), с помощью которого становится возможным увидеть всю совокупность 
основных признаков биологических групп и видов и на этой основе определить 
виртуальное положение биоты во всем ее многообразии в экосистемах.
Термин «политомический ключ» введен в науку Б. Е. Балковским (1964) 
(от греч. поли -  много, томе -  сочетание). В терминологии встречаются такие 
слова, как «ключ» -  совокупность упорядоченных и сопоставимых признаков, 
«кодовая группа цифр» -  совокупность всех символов данного таксона, выраженная арабскими цифрами. Способ заключается в описании и кодирование 
признаков, составлении матрицы и кодированного цифрового ключа для каждого биологического вида или группы видов. Наиболее важной работой является 
выбор признаков, приведение их в сравнимую форму и объединение в ряды.
Начальным этапом исследований является подбор таксономических 
групп растений и животных для анализа. В нашем анализе -  это сосудистые 
растения (А), насекомые (Б), рыбообразные и рыбы (В), птицы (Г), млекопитающие (Д). Первый политомический ряд составляют названия биологических видов и их систематическое положение. Последующие ряды для всех 
групп: распределение по территории (акватории) полуострова, видовое обилие экосистем и занимаемые биотопы, жизненные формы, географическое 
распространение, хозяйственное значение, охрана. В каждом ряду затем выделяются главные и дополнительные признаки, которые обозначаются порядковыми арабскими цифрами с интервалом через точку или точку с запятой. В результате получается кодовая группа цифр, которая и является поли- 
томическим ключом для данного вида растения.
При составлении базы данных использованы литературные сведения, обмеры собранных образцов, полевые записи и другие авторские материалы, 
включая публикации. Подобранные признаки биологических видов для составления политомических ключей показаны ниже в таблице.
В первом ряду политомического ключа первое число обозначает порядковый номер данного биологического вида, второе число -  семейство, третье 
число -  отдел для растений или отряд для животных.
Кодовые числа второго ряда (цифра 2) несут информацию о распределении биологических видов по территории полуострова; кодовые числа третьего ряда (цифра 3) -  их обилии. Особое внимание следует уделить четвертому 
ряду, кодовые числа которого (цифра 4) содержат информацию о распределении биологических видов в различных типах экосистем и выделенных 
в них биотопах. В пятом ряду (цифра 5) отражены жизненные формы, в шестом (цифра 6) -  относительные размеры видов. В седьмом ряду (цифра 7) закодированы географические связи представителями местной биоты с другими регионами. И, наконец, в восьмом ряду (цифра 8) помещены сведения 
о хозяйственной значимости биологических видов и охраняемые виды.

77

При составлении компьютерных программ все выделенные признаки, 
присущие биологическим видам, надо представить цифровыми кодами:

Подобранные признаки биологических видов 
и их цифровые коды на примере водных растений

Встречаются по всей Камчатке -  20
Встречаются на северо-западе п-ова -  21
Встречаются на северо-востоке п-ова -  22
Встречаются на западе п-ова -  23
Встречаются на востоке п-ова -  24
Встречаются в центральных р-нах п-ова -  25
Встречаются на юго-востоке п-ова -  26
Встречаются на юго-западе п-ова -  27
Массовые виды -  31
Обычные виды -  32
Редкие виды -  33
Морские берега -  411
Приморские болотца -  413
Солоноватые озера, морские мелководья -  416
Реки, ключи -  421
Озера, старицы -  422
Застойные болота -  423
Болота -  424
Кочкарники, мочажины -  425 
Берега рек, ключей, озер -  426 
Ключевые болотца -  451 
У минеральных источников -  453___________

Травянистые одно-, двулетники -  51
Травянистые многолетники -  511
Травянистые вечнозеленые -  512
Низкие травы -  611
Травы средней высоты -  612
Высокие травы -  613
Голарктические -  711
Палеарктические -  712
Восточно-палеарктические -  713
Космополиты -  714
Амфипацифические -  715
Прибрежно-тихоокеанские -  721
Дальневосточные -  722
Местные эндемики -  7231
Эндемики Камчатки и смежных регионов -  7232
Естественные мигранты -  73
Интродуценты -  731
Пищевые дикоросы -  811
Кормовые -  82
Лекарственные -  83
Ядовитые -  86
Охраняемые виды - 88______________________

Составленные цифровые коды, которые помещены в базе данных, несколько громоздки для последующих расчетов. Поэтому их следует упростить 
следующим образом: выделенным признакам в каждом ряду присвоить новые 
цифровые индексы. Так составляется матрица.
Например, для шелковника волосолистного (Batrachium trichophyllum) кодовый набор цифр будет иметь вид: А 114.19.5—24;25;26—32—421—512—613— 
711-82. Расшифровывается этот код следующим образом: шелковник волосолистный, порядковый № 114, относится к семейству под № 19 (сем. лютиковые), принадлежит к отделу под № 5 (покрытосеменные растения), встречается 
на востоке, в центральных районах и на юго-востоке полуострова, является 
обычным видом (инд. 32), произрастает в проточной воде рек, ключей (инд. 421), 
это травянистое вечнозеленое растение, растущее в высоту (инд. 512), но длина 
развивающихся по течению облиствленных стеблей составляет до 150 см (инд. 
613), голарктического происхождения (инд. 711), кормовое (инд. 82).
Данным методом, используя специальные компьютерные программы, 
можно решать многие прикладные задачи в зависимости от поставленной цели. Поставленные задачи могут быть простыми и сложными. При решении 
простых задач используется не более одного, а при решении сложных задач -  
два и более закодированных признаков.

78

Литература

1. Балковский Б.Е. Цифровой политомический ключ для определения 
растений. -  Киев: Наукова думка, 1964. -  36 с.
2. Каталог позвоночных Камчатки и сопредельных морских акваторий. -  
Петропавловск-Камчатский: Камчатский печатный двор, 2000. -  109 с.