Lokální a velkoplošné datové soubory a jejich využití pro klasifikaci vegetace

Mgr. Ilona Knollová, Ph.D.

Doctoral thesis

Local and large-scale data sets and their use for vegetation classification

Anotácia:

Ve své disertační práci jsem se pokusila objasnit vliv prostorového měřítka studia na vymezení rostlinných společenstev, klasifikaci vegetace a popsání variability vegetace. Nutnost studia rostlinných společenstev v závislosti na měřítku se objevila v souvislosti s nedávným rozvojem velkých fytocenologických databází a jejich využitím pro nejrůznější účely. Fytocenologie studuje rostlinná společenstva. Součástí fytocenologie je i klasifikace společenstev, jejíž podstatou je vymezení jednotlivých typů rostlinných společenstev, jejich pojmenování a zařazení do přehledného systému. Rostlinná společenstva jsou definována a charakterizována na základě společného výskytu druhů, tj. jejich pozitivní mezidruhové korelace, a závislosti mezi druhovým složením a podmínkami prostředí. Tyto aspekty však jsou v ekologii považovány za závislé na měřítku studia, tj. scale-dependent. Ve fytocenologii byla tato závislost přehlížena a různá měřítka byla kombinována při vytváření klasifikačních systémů. Klasifikační systémy byly vytvářeny dvěma přístupy: 1) zdola nahoru, tj. lokální jednotky jsou přebírány do velkoplošných klasifikačních systémů; 2) a shora dolů, tj. klasifikační systémy vznikají analýzou velkých datových souborů. Klasické vegetační jednotky vzniklé na základě lokálních studií přesně odrážejí maloplošnou variabilitu, ale mohou selhávat při vytváření velkoplošných klasifikací. Naopak analýzou velkých datových souborů vytváříme klasifikaci, která je mnohem hrubší, nepostihuje variabilitu vegetace na lokální úrovni, avšak umožňuje srovnání vegetace např. na mezinárodní úrovní. Výzkum vegetace velkých území je časově a finančně náročný, a proto se v zemích s dlouhou fytocenologickou tradicí využívají již existující databáze. Data obsažená v databázi jsou heterogenní, geografické pokrytí a zastoupení jednotlivých vegetačních typů je nerovnoměrné. Nevyvážená struktura fytocenologických databází může ovlivňovat výsledky analýz. Hlavními otázkami, na které jsem se zaměřila ve své disertační práci, byly: Jsou ekologické gradienty, které ovlivňují vývoj a diferenciaci jednotlivých společenstev, neměnné při změně měřítka? Jsou společenstva vymezená v malých územích přenositelná např. na území celé republiky? A jak vlastně struktura fytocenologických databází ovlivňuje výsledky analýz? Výsledky předkládaných prací naznačují, že lokální a velkoplošné klasifikační systémy jsou pouze částečně kompatibilní. Použití lokálně definovaných asociací pro sestavení národních přehledů vegetace (přístup zdola nahoru) vede k velkému počtu nejasně definovaných jednotek. Často chybí vzájemné srovnání náplně floristicky podobných společenstev. Hranice areálu takto definovaných jednotek jsou do značné míry stanoveny arbitrárně. Taktéž korelace mezi druhy, tj. společný výskyt druhů, která je podstatou pro vymezení vegetačních jednotek pomocí sociologických skupin druhů, se mění s měnícím se měřítkem studia. Proto na jednotlivých škálách různé faktory ovlivňují variabilitu vegetace a maloplošná variabilita je spojena spíše s ekologickými než fytogeografickými faktory. Nevyvážená struktura velkých fytocenologických databází významně ovlivňuje výsledky klasifikací. Částečně lze tento problém omezit pomocí stratifikovaných výběrů. Ty mohou zvýšit reprezentativnost fytocenologických databází, avšak různé typy stratifikací vedou k různým klasifikacím. Nelze říci, která z navrhovaných stratifikací je optimální: vhodná metoda musí být vybrána se zřetelem na cíl studia.

Abstract:

This PhD thesis studies the effect of spatial scale on delimitation of plant communities, vegetation classification and vegetation variability. The increasing necessity for an appraisal of scale approach in phytosociology is connected with the recent development of the large phytosociological databases and their usage for different purposes. Phytosociology studies plant communities. Vegetation classification is a part of phytosociology, which tries to delimit and name plant communities and create a concise classification system describing vegetation pattern in the field. Plant communities are defined and characterized on the basis of species co-occurrence, i.e. positive inter-specific correlation, and the relationship between species composition and habitat conditions. These aspects, however, depend strongly on the scale of the study. Scale-dependence of these factors has been largely neglected in phytosociology and different scales were combined in creating vegetation classifications. Large-scale classification systems were created using two approaches: 1) the bottom-up approach, i.e. regional or national overviews of vegetation units basically take over the locally delimited vegetation units; 2) the top-down approach, i.e. classification systems based on an analysis of large data sets. Vegetation pattern assessed on the basis of local studies involved local peculiarities but could fail in creating large-scale classification systems. On the contrary, classification based on the analysis of large data sets is much more coarse, does not reflect fine-scale vegetation variability but it enables scientific co-operation and communication. Vegetation surveys of large areas are expensive and time consuming. For this reason, the required information on large-scale vegetation pattern in countries with a lengthy phytosociological tradition is often extracted from existing databases. The heterogeneous origin of the data and unbalanced geographical and habitat representativeness in large phytosociological databases may seriously influence the results of their analysis. The main questions, I focused in my PhD thesis, included: Are ecological gradients determining the development of plant communities constant at different scales? Are local and large-scale classifications compatible? Does the structure of a phytosociological database influence the results of the analysis, and if so, how? The results support the view that local and large-scale vegetation classifications are only partly compatible. Locally defined associations used for compiling national overviews of vegetation units (the bottom-up approach) lead to the confusing system of vegetation units and lack comparison among related communities. In addition, delimitation of their distribution area is arbitrary to some extent. Correlation among species, i.e. co-occurrence, which is the basis for the delimitation of vegetation units by the sociological species groups, changes with a change of the scale. Thus, on different scales, different factors influence vegetation variability and small-scale variability is connected rather with ecological than phytogeographical factors. An unbalanced structure of large phytosociological data sets considerably influences the results of large-scale classification. This may be partly remedied by stratified resampling, which may increase the representativeness of phytosociological data sets. However, different types of stratification may result in different classifications. No single resampling strategy is optimal or superior: the appropriate stratification method must be selected according to the objectives of specific studies.

Kľúčové slová

vegetation science, phytosociology, ordination and classification methods, scale, phytosociological database, fytocenologie, výzkum vegetace, ordinační a klasifikační metody, měřítko, fytocenologická databáze

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 2. 5. 2006

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 2. 5. 2006
• Vedúci: prof. RNDr. Milan Chytrý, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Biology / Botany