NMS ordination of the Kostroma vegetation sample plots with the

Biodiversity Monitoring Programme of
Russian Academy of Science
Center for Forest Ecology and Productivity of RAS
Assessment of vegetation diversity of the
North-Eastern forests in Kostroma region.
Upscaling vegetation data from forest-stand to
regional level
Larisa Khanina, Maxim Bobrovsky,
Vadim Smirnov, Elena Glukhova
Institute of Mathematical Problems in Biology of RAS
Institute of Physicochemical and Biological Problems of
Soil Science of RAS
Structure of the computer informationanalytical system
Списки видов:
список видов сосудистых растений
Нечерноземной зоны России (Черепанов, 1981);
список видов мхов (Игнатов, Афонина, 1992)
Геоботанические
описания
Экологические свойства видов
(Воробьев, 1953; Раменский, 1956; Ellenberg,
1974; Landolt, 1977; Цыганов, 1985)
Таксационные описания
Типы популяционного поведения видов
(Grime et al., 1988;
Смирнова, Заугольнова, не опубликов.)
Демографические данные
Ценотические свойства видов
(Ниценко, 1969; Зозулин, 1970; Клеопов, 1990;
Ильинская и др., 1982, 1985; Нешатаев,
Доронина, 1995; Смирнова, Заугольнова, не
опубликов.)
Ареалы видов
(Meusel et al., 1965; Флора СССР, 1934-1960)
Первичные базы данных
Справочные базы данных
Программы обработки и анализа
Геоинформационная система
Flowchart of vegetation diversity assessment
Справочные базы данных
Базы первичных данных
типы популяционного
поведения
эколого-ценотические группы
экологические шкалы
региональный список видов
демографические данные
таксационные описания
геоботанические описания
Программы обработки
расчет видового богатства и числа видов в системе
экологическая оценка местообитания
расчет потенциальной флоры местообитания
расчет мер -разнообразия
растительности
Оценка -разнообразия
Оценка меры Уиттекера
Оценка коэффициентов
сходства
Оценка числа ассоциаций
Анализ эколого-ценотической
структуры растительности
расчет значений структурных
диагностических признаков
Оценка видового
разнообразия
Оценка -разнообразия
Оценка -разнообразия
Оценка
представленности
потенциальной флоры
Оценка структурного
доля разнообразия
видов с чертами
конкурентной и толерантной
стратегии (Д, К)
процент демографически
полночленных популяций (Д, К)
участие видов теневых лесов
(Т)
Обозначения: Д - деревья, К - кустарники, Т - травы
Steps of vegetation sample plots data
proceeding to assess vegetation diversity at
forest-stand level
1) расчет показателей разнообразия для каждого отдельного описания:
•число видов по основным ярусам растительности,
•число видов по жизненным формам (деревья, кустарники, травы),
•общее число видов на площадке без повторов по ярусам,
•число видов разных эколого-ценотических групп;
2) расчет экологических оценок описания по экологическим шкалам (Д.Цыганова,
Г.Элленберга);
3) предварительная типизация описаний (по доминантам древостоя и
доминирующей группе видов напочвенного покрова);
4) ординация описаний для выявления основных градиентов варьирования
растительности;
5) уточнение типизации описаний;
6) расчет показателей разнообразия выделенных типов растительных сообществ:
•общее число видов в целом в сообществе и в среднем на площадке,
•число деревьев, кустарников и трав в целом в сообществе и в среднем на
площадке,
•число видов разных эколого-ценотических групп в целом в сообществе и в
среднем на площадке,
•коэффициенты флористического сходства между сообществами,
•коэффициенты гетерогенности,
•диапазоны и средние экологических факторов для сообществ;
Number of vegetation sample plots in
different forest types at the North-East of
Kostroma region
2003 2004 Всего
ельники, пихто-ельники
PcBN
39
24
63
PcBr
15
35
50
PcGm
5
15
20
PcH
52
8
60
PcNB
30
29
59
PcS
5
5
PcVm
20
22
42
березняки
BBN
3
8
11
BBr
12
12
BH
11
11
BNB
2
8
10
BVm
1
2
3
24 типа леса
444 описания
2003 2004 Всего
сосняки
PnBr
5
PnF
PnGm
8
PnNB
3
PnS
1
PnVm
8
осинники
PpBN
PpBr
PpNB
липняки
TBN
TH
6
ольшаники
A
4
2
5
22
21
3
1
10
18
2
3
18
2
3
3
3
6
22
13
4
Number of phytosociological releves per
forest type groups and per year
F
2003
2004 22
Всего 22
Gm
13
28
41
Vm
29
26
55
Br
20
49
69
NB
35
40
75
BN
42
53
95
TH
69
8
77
Nt
4
S
6
4
6
DCA ordination of the Kostroma
vegetation sample plots
Ellenberg’s indicator
values:
R – soil reaction
N – soil nutrient
T – temperature
F – soil moisture
K – climate continentality
PCoA ordination of the Kostroma
vegetation sample plots
Группы Группы
типов леса
боровая
зеленомошная
черничная
бореальная
неморал.-бореал.
бореал.-неморал.
высокотравная
нитрофил.(ольшан.)
сфагновая
0.4
L
Ось 2
0.2
R
N
0.0
K
T
-0.2
Ellenberg’s indicator
values:
-0.4
-0.6
-0.2
0.2
Ось 1
0.6
R – soil reaction
N – soil nutrient
T – temperature
F – soil moisture
K – climate continentality
NMS ordination of the Kostroma
vegetation sample plots
2.0
Ось 2
1.0
R
N
0.0
K
T
-1.0
ГруппыГруппы
типов леса
боровая
зеленомошная
черничная
бореальная
неморал.-бореал.
бореал.-неморал.
высокотравная
нитрофил.(ольшан.)
сфагновая
Ellenberg’s indicator
values:
-2.0
-3
-1
1
Ось 1
R – soil reaction
N – soil nutrient
T – temperature
F – soil moisture
K – climate continentality
NMS ordination of the Kostroma
vegetation sample plots
2.0
2003
2004
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
-3
-1
1
Ось 1
3
NMS ordination of the Kostroma
vegetation sample plots
Overstorey
dominants
Доминант
древостоя
ель
Picea sp.
Betula sp.
береза
Pinus sylv.
сосна
Populus tremula
осина
Tila cordata
липа
Alnus glutinosa
ч.ольха
2.0
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
-3
-1
1
Ось 1
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with values F (soil moisture) overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
4
6
-3
8
-1
1
Ось 1
F
Ось 1
r = -.413 tau = -.323
Ось 2
r = -.040 tau = .057
8
6
4
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with values N (soil nutrient) overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
1
3
5
-3
7
-1
1
Ось 1
N
Ось 1
r = -.923 tau = -.792
Ось 2
r = -.085 tau = -.057
7
5
3
1
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with values R (soil reaction) overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
2
4
6
-3
8
-1
1
Ось 1
R
Ось 1
r = -.924 tau = -.802
Ось 2
r = .040 tau = .049
8
6
4
2
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with values L (light regime) overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
4.0
5.0
6.0
-3
7.0
-1
1
Ось 1
L
Ось 1
r = .348 tau = .213
Ось 2
r = .317 tau = .297
7.0
6.0
5.0
4.0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with values K (climate continentality)
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
3.5
4.5
5.5
-3
6.5
-1
1
Ось 1
K
Ось 1
r = .751 tau = .584
Ось 2
r = .133 tau = .060
6.5
5.5
4.5
3.5
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with values T (temperature regime)
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
2
4
-3
6
-1
1
Ось 1
T
Ось 1
r = -.751 tau = -.633
Ось 2
r = -.110 tau = .024
6
4
2
0
Reliability of a difference between the forest
types upon the species number at the plots
BN
BN
Br
F
Gm
NB
Nt
S
TH
Vm
Br
1
1
1
1
1
0
0
1
1
F
1
1
1
1
1
0
0
1
0
Gm
1
1
0
0
1
1
1
1
0
NB
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
-
р
а
з
л
и
ч
и
я
м
е
ж
д
у
г
р
у
п
п
а
м
и
н
е
д
о
с
т
о
в
е
р
н
S
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1 - различия между группами достоверны
0
Nt
0
0
1
1
0
1
0
п
ы
TH
1
1
1
1
1
0
1
р
и
p
1
<
0
.
0
5
Vm
1
0
0
1
1
1
0
1
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of vascular plants
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
20
40
60
-3
80
-1
1
Ось 1
Sp
Ось 1
r = -.791 tau = -.664
Ось 2
r = .052 tau = .100
80
60
40
20
0
Tree and shrub species diversity of the
forest types
Общее число видов
20
18
D
16
K
14
12
10
8
6
4
2
0
Среднее число видов на площадке
100 кв. м
F
Gm
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
7
6
SpD
SpK
5
4
3
2
1
0
F
Gm
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of tree species
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
2
4
6
8
-3
10
-1
1
Ось 1
SpD
Ось 1
r = -.475 tau = -.368
Ось 2
r = -.072 tau = -.028
10
8
6
4
2
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of tree species in
overstorey overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
2
4
-3
6
-1
1
Ось 1
DA
Ось 1
r = -.189 tau = -.132
Ось 2
r = -.093 tau = -.059
6
4
2
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of shrub species
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
2
4
-3
6
-1
1
Ось 1
SpK
Ось 1
r = -.601 tau = -.500
Ось 2
r = .063 tau = .099
6
4
2
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of shrub species
in the upper understorey overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
2
4
-3
6
-1
1
Ось 1
KB
Ось 1
r = -.257 tau = -.216
Ось 2
r = .014 tau = .065
6
4
2
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the species number of
different ecological-coenotic groups overlay
2.0
Ось 2
1.0
TH
0.0
Nt
Pn
Md
Nm
ЭЦГ:
Nm – неморальная
Nt – нитрофильная
Pn – боровая
-1.0
Md – луговоопушечная
TH - высокотравная
-2.0
-3
-1
1
Ось 1
3
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of boreal species
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
10
20
-3
30
-1
1
Ось 1
Br
Ось 1
r = -.438 tau = -.331
Ось 2
r = -.119 tau = .011
30
20
10
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of nemoral species
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
10
-3
20
-1
1
Ось 1
Nm
Ось 1
r = -.751 tau = -.671
Ось 2
r = -.048 tau = -.007
20
10
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of nitrophilous
species overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
4
8
12
-3
16
-1
1
Ось 1
Nt
Ось 1
r = -.711 tau = -.640
Ось 2
r = .200 tau = .130
16
12
8
4
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of piny species
overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
2
4
6
-3
8
-1
1
Ось 1
Pn
Ось 1
r = .465 tau = .429
Ось 2
r = .311 tau = .213
8
6
4
2
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of meadow
species overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
5
10
15
-3
20
-1
1
Ось 1
Md
Ось 1
r = -.555 tau = -.513
Ось 2
r = .133 tau = .153
20
15
10
5
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of oligotrophic
species overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
2
4
-3
6
-1
1
Ось 1
Olg
Ось 1
r = .021 tau = -.010
Ось 2
r = .019 tau = .151
6
4
2
0
NMS ordination of the Kostroma vegetation
sample plots with the number of tall herbaceous
species overlay
2.0
Groups
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Ось 2
1.0
0.0
-1.0
-2.0
0
5
10
15
-3
20
-1
1
Ось 1
TH
Ось 1
r = -.719 tau = -.639
Ось 2
r = .143 tau = .100
20
15
10
5
0
Общее число видов сосудистых
растений
Ecological-coenotic structure of forest types
250
ЭЦГ
200
Olg
Wt
150
Md
Pn
100
Nt
Br
50
Nm
0
Среднее число видов сосудистых
растений на площадке 100 кв. м
F
Gm
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
45
ЭЦГ
40
35
30
Olg
25
Md
20
Pn
15
10
Nt
5
Nm
Wt
Br
0
F
Gm
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
Jaccard's similarity coefficient for forest
types
F
F
GM
Vm
Br
NB
BN
TH
Nt
S
GM Vm
1 0.4 0.3
1 0.5
1
Br
0.3
0.3
0.5
1
NB
0.3
0.2
0.4
0.5
1
BN
0.2
0.2
0.3
0.4
0.6
1
TH
0.2
0.2
0.3
0.4
0.6
0.6
1
Nt
0.1
0.1
0.1
0.2
0.3
0.3
0.3
1
S
0.2
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.2
1
Forest types and succession variants from the
1st to 5th succession stage
Spruce forest
Pine forest
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
E-1
E-2
E-3
E-4
E-5
Mixed spruce and lime forest
100%
80%
S-1
S-2
H - высокотравная
BN - бореально-неморальная
NB - неморально-бореальная
Br - бореальная
Vm - черничная
Gm - зеленомошная
F - боровая
1
0. 6
0. 4
0. 2
0
1
40%
20%
0%
EL-1
EL-2
EL-3
EL-4
EL-5
S-4
Forest types groups:
0. 8
60%
S-3
2
3
Generalization of local vegetation
diversity indices
 путем непосредственного совмещения локальных
точечных данных с картами лесонасаждений при
использовании баз данных лесотаксационных
описаний
 путем интерполяции локальных точечных значений
характеристик разнообразия с использованием
данных дистанционного зондирования и цифровой
модели рельефа