Матричная концепция ландшафта
Ма́тричная конце́пция ландша́фта (Концепция «матрица – пятно – коридор», англ. Matrix-patch-corridor concept), двухмерное представление ландшафта как совокупности матрицы, пятен и коридоров, контролирующих потоки живого и косного веществ.
Концепция сформировалась в рамках англоязычной ландшафтной экологии. Основная терминология предложена в работах американского эколога Р. Формана и французского лесоведа М. Годрона в 1981 г. с опорой на теорию островной биогеографии американских биологов Р. Макартура и Э. Уилсона (1967). Концепция разработана преимущественно на примере территорий с ярко выраженным преобладанием антропогенных пространственных элементов и дискретностью ландшафтного покрова.
Ландшафт рассматривается как гетерогенная (мозаичная) территория с характерной комбинацией и конфигурацией пространственных элементов, занимающая площадь в десятки и сотни квадратных километров. Пространственные элементы ландшафта рассматриваются как результат совокупного действия в определённом диапазоне масштабов: а) абиотических условий (климат, рельеф, почвы), б) биотических взаимодействий, способных сформировать неоднородность на исходно гомогенной территории (конкуренция, мутуализм, хищничество, потребление растительной массы и др.), в) естественных нарушений (disturbance) и сукцессий, г) эффектов современного и прошлого землепользования. Пространственные единицы, в отличие от восточноевропейской генетико-морфологической концепции ландшафтной структуры, выделяются преимущественно по контрастным свойствам ландшафтного покрова (земельного покрова), в том числе по типам растительности и земельным угодьям, которые могут быть как антропогенными (сформироваться в результате землепользования), так и иметь связь с естественными геолого-геоморфологическими факторами. Считается, что в ландшафтном масштабе, приоритетном для матричной концепции, реализуются процессы, обеспечивающие существование видов со значительной миграционной способностью, а также могут формироваться специфический климат и набор геоморфологических процессов.
Пространственные элементы ландшафта разделяются в соответствии с функциями в латеральных потоках вещества.
Фоновый элемент ландшафтного покрова, занимающий большую площадь с высокой связностью, получил название матрицы (matrix). В русскоязычной терминологии матрица соответствует доминантному урочищу с тем отличием, что матрица необязательно характеризуется генетическим единством, но имеет единый тип растительного покрова (например, сельскохозяйственные поля как господствующий тип угодий). Оговаривается, что далеко не все ландшафты могут иметь матрицу; существуют мозаичные ландшафты с несколькими содоминирующими типами растительного покрова. Для антропогенных ландшафтов матрица обычно рассматривается как местообитание, непригодное для зональных животных, малопригодное или пригодное только в течение краткого периода. На ранних этапах развития матричной концепции матрица рассматривалась как монотонная по свойствам территория; на современном этапе в рамках градиентного анализа матрица чаще изучается как пространственный элемент с внутренней неоднородностью и, соответственно, с неодинаковым влиянием на пятна и коридоры на разных участках.
Пятна (patch) выделяются как относительно небольшие компактные участки, резко отличающиеся по облику или происхождению от фона (матрицы). В качестве пятен могут выступать как остаточные фрагменты зональной растительности на фоне антропогенной матрицы (например, леса или нераспаханные степи на фоне пахотных угодий), так и пятна естественных или антропогенных нарушений или специально созданных экосистем на фоне господствующего зонального покрова (луга или ветровальные участки на фоне лесов, лесопосадки в степной зоне). В антропогенных ландшафтах пятна часто интерпретируются как сохранившиеся местообитания, наиболее пригодные, в отличие от матрицы, для зональных животных и растений. Форма и размер пятна, характер границы с матрицей являются индикатором сформировавших его процессов и важным фактором пригодности местообитания ядровых и краевых видов, а также фактором устойчивости к внешним воздействиям и нарушениям.
Коридоры (corridor) выделяются как линейные (точнее – полосные) элементы, отличающиеся с обеих сторон от матрицы и обеспечивающие связь между пятнами посредством биотических миграций или абиотических потоков. Функции и качество коридора считаются зависимыми от его ширины, сплошности, формы, характера границ и примыкающих участков матрицы. Эффективность коридоров миграции в большой степени зависит от наличия и количества узлов (мест пересечения коридоров). Сеть связанных коридорами ключевых местообитаний (пятен) считается условием выживания популяций зональных видов в сильно нарушенном ландшафте.
В рамках матричной концепции ландшафта центральный вопрос исследования сформулирован как взаимное влияние экологических процессов и пространственных структур. Выделяются следующие основные предметы исследования:
экологические процессы, вызвавшие формирование той или иной пространственной структуры ландшафта;
влияние пространственной структуры ландшафта на ход экологических процессов;
связность пятен посредством коридоров как условие успешной миграции живых организмов и выживания метапопуляций;
фрагментация исходного ландшафта как следствие естественных нарушений или антропогенных воздействий;
пути и интенсивность распространения нарушений в зависимости от пространственной конфигурации и связности элементов;
динамика пространственной структуры как следствие естественных процессов и землепользования;
возможность сохранения зональной фауны и флоры посредством создания или сохранения оптимального взаиморасположения и размеров матрицы, пятен и коридоров;
способы регулирования путей распространения нарушений;
способы регулирования интенсивности латеральных абиотических потоков.
На этапе 1980–1990-х гг. исследования в рамках матричной концепции ландшафта имели чётко выраженный биоцентрический характер; основным предметом исследования были миграции животных в сильно нарушенном ландшафте. С рубежа 20–21 вв. концепция часто применяется к исследованию пространственной организации антропогенной деятельности, абиотических потоков вещества, устойчивости ландшафта к опасным природным процессам (эрозия, дефляция, засухи и др.), эмерджентных абиотических эффектов, зависящих от взаимодействия пространственных элементов. Многие положения матричной концепции реализовывались задолго до её оформления в ландшафтной экологии, в частности, с первой половины 20 в. – в системе полезащитного лесоразведения в Северной Евразии (в том числе в России) и Северной Америке, с 1960–1970-х гг. – при проектировании природоохранных мероприятий в антропогенных ландшафтах.
Основным методом исследований является пространственный анализ, заимствованный из географии и получивший стимул к быстрому развитию с появлением геоинформационных технологий и ростом доступности данных дистанционного зондирования. С 1990-х гг., после появления специального программного обеспечения (например, Fragstats, GRASS, SAGA GIS и др.), широко применяются ландшафтные метрики, позволяющие количественно характеризовать пространственную структуру и её изменения во времени. С 2000-х гг. возрастает популярность инструментов ландшафтной генетики (landscape genetics), обеспечивающих проверку гипотез о миграции живых организмов между пространственными элементами ландшафта с помощью генетико-молекулярных методов.
Матричная концепция нашла широкое применение в проектировании экологических сетей и экологических каркасов, территориальном планировании городских, сельскохозяйственных, рекреационных и лесохозяйственных ландшафтов.