Ландша́фтная эколо́гия, научное направление, изучающее зависимость экологических процессов от пространственной структуры ландшафта и влияние этих процессов на современные свойства и динамику пространственной структуры. Развивается на стыке экологии и географии. Рассматривает динамику пространственной неоднородности географического ландшафта, обмен веществом между его элементами, влияние пространственной неоднородности на биотические и абиотические процессы и распространение нарушений, систему причинно-следственных связей между биоценозами и условиями среды в пределах ландшафта, а также разрабатывает способы управления ландшафтами, адаптированные к его пространственной неоднородности.

История развития

Термин «ландшафтная экология» впервые введён немецким географом К. Троллем в 1939 г. В период 1940–1960-х гг. ландшафтная экология развивалась преимущественно в Германии (Э. Неф, Х. Лезер, Г. Хазе) и Центральной Европе в рамках географии как наука о целостных природных комплексах и управлении землепользованием, используя подходы, близкие к ландшафтоведению. С 1980-х гг. это направление получило развитие в рамках экологии в результате осознания необходимости привлечения пространственных факторов ландшафтного масштаба для объяснения оценки жизнеспособности популяций мигрирующих животных и проектирования экологических сетей. Для характеристики пространственной структуры ландшафта использовались количественные показатели размеров, форм, конфигурации, соседства, связности и фрагментации местообитаний. При этом стал активно использоваться методический аппарат пространственного анализа, разработанный в географии. Развитие математических подходов к анализу пространственной структуры ландшафта стимулировалось доступностью персональных компьютеров, материалов космической съёмки, геоинформационных систем. В разработку теоретических основ, методологии и практики ландшафтной экологии за рубежом большой вклад внесли З. Навех (Израиль), Р. Форман, Дж. Уинс, Р. О’Нилл, Р. Гарднер, К. Рийттерс, М. Тёрнер, К. Макгаригал, Дж. Ву (США), И. Зонневельд, П. Опдам (Нидерланды), Е. Солон, А. Рихлинг (Польша), Д. Марсо (Канада), А. Декам, Ф. Бюрель, Ж. Бодри (Франция), А. Фарина (Италия), Ф. Мюллер, О. Бастиан (Германия), М. Антроп (Бельгия), Р. Хоббс (Австралия), Т. Блашке (Австрия). В России проблематика, теория и методология ландшафтной экологии в значительной степени пересекаются с ландшафтоведением и геоэкологией. Объект ландшафтной экологии в России определялся либо как ландшафтно-экологические или эколого-экономические системы, затронутые антропогенной деятельностью (Гунин. 2000), либо как локальные, региональные, зональные и глобальные экосистемы, аранжированные по структуре, рисунку, функции и динамике единиц более крупных надбиогеоценотических порядков (Виноградов. 1998). С 1980-х гг. ландшафтная экология разрабатывается как теоретическая основа управления природопользованием (Р. Йонгман, Б. Педроли в Нидерландах; Ф. Голли, Дж. Нассауэр. Дж. Ахерн в США; Л. Рыжковский в Польше; М. Ружичка и Л. Миклош в Словакии; Г. Фрай в Норвегии, П. Ангельстам в Швеции, Е. Брандт в Дании и др.).

Предмет и методы исследований

Ландшафтная экология развивается в значительной степени как отклик на рост актуальности экологических кризисов, а также противоречия между региональным масштабом природопользования и локальным масштабом сбора данных. Возрастает потребность в создании концепции управления природопользованием с оптимальным использованием географического пространства. Фундаментальные исследования биотических и абиотических потоков вещества и энергии, пространственно-временнóй организации и эволюции ландшафтов формируют теоретическую основу управления природопользованием. В рамках ландшафтной экологии различают 3 основных методологических подхода. В Северной Америке господствует биоцентрический аналитический подход с приоритетом количественных методов и моделирования. В Западной Европе преобладает использование качественных эмпирических методов, широкое применение картографирования, методов гуманитарных наук, основной акцент делается на оптимизацию землепользования, ландшафтное планирование, на управление сильноизменёнными антропогенными ландшафтами и охрану малоизменённых ландшафтов. В Центральной и Восточной Европе доминирует геоцентрический подход, с основным вниманием к естественным процессам в природном комплексе, прежде всего к энерго- и влагообороту и биогеохимическим циклам, антропогенному воздействию на естественные ландшафты. В число приоритетных тем входят следующие.

1. Экологические потоки в ландшафтной мозаике и их роль в возникновении пространственных структур.

2. Причины, процессы и последствия землепользования и изменений ландшафтного покрова.

3. Нелинейная динамика, сложность самоорганизации ландшафта, выявление эмерджентных свойств, критических состояний.

4. Методы передачи информации между пространственными и временны́ми масштабами исследования.

5. Методологические проблемы пространственного анализа, соотношение ландшафтных характеристик и экологических процессов.

6. Социально-экономические процессы как факторы землепользования и изменений ландшафтного покрова.

7. Оптимизация ландшафтной структуры для целей сохранения биоразнообразия и устойчивости ландшафта, управления экосистемами.

8. Методы сбора информации и оценка корректности и точности пространственных данных.

Методологической основой ландшафтной экологии в большинстве зарубежных стран является матричная концепция ландшафта, связывающая функциональную значимость пространственных элементов (ландшафтная матрица, коридор, пятно) с их конфигурацией и взаиморасположением. Первоначальная биоцентричность ландшафтно-экологических исследований с 2000-х гг. существенно дополнена ростом внимания к пространственной организации абиотических и антропогенных процессов, закономерностям распространения нарушений в гетерогенном ландшафте, социально-экономическим и историческим данным для объяснения динамики структур. Современное развитие методологии ландшафтной экологии направлено на переход от двухмерных к трёхмерным моделям структуры ландшафта. Ландшафт рассматривается как гетерогенная иерархически организованная система с преобладанием нелинейных взаимодействий, со способностью к самоорганизации, со свойством эмерджентности. К его изучению привлекаются теории сложных адаптивных систем, самоорганизованной критичности, нелинейной динамики. Усиливается интерес к градиентному анализу как инструменту оценки значимости внутренней неоднородности пространственных элементов для их взаимодействий. На смену дискретному способу описания пространственной структуры приходит байесовский подход, который подразумевает расчёт вероятности принадлежности объекта к тому или иному таксону на основании сходства его характеристик (например, видового состава фитоценоза или зооценоза) с типичными характеристиками таксона (например, растительной формации). Подход допускает расчёт мер неопределённости таксономической принадлежности: чем больше вероятность соответствия типичным характеристикам для одного таксона, тем ниже неопределённость. С начала 21 в. формируется ландшафтная генетика, обеспечивающая доказательства эффективности связности пространственных элементов для жизнеспособности метапопуляции. Появились новые направления – ландшафтная акустика, ландшафтная археология. Значительный пласт исследований посвящён применению концепции полимасштабности к целям территориального планирования и выбора оптимального масштаба для планировочных решений, в том числе для охраны биологического разнообразия и создания экологических сетей. Одна из приоритетных тем – реакция ландшафтов, экосистем, популяций на климатические изменения, особенно выявление нелинейных эффектов и критических порогов свойств. Современная тенденция развития ландшафтной экологии ориентируется на признание многофункциональности ландшафта как среды жизни человека. В связи с этим возрастает значимость междисциплинарных и трансдисциплинарных подходов к разработке сценариев использования ландшафтов с участием заинтересованных землепользователей. Ландшафт в современном широком понимании науки о ландшафте (landscape science) интерпретируется не только как гетерогенная природно-антропогенная система, но и как дом для человека, общее наследие, символ исторического развития общества. Ощущается сдвиг интересов от природных и сельскохозяйственных ландшафтов к городам и агломерациям. Большое место занимают исследования в области оценки экосистемных услуг и их разновидности – ландшафтных услуг, возникающих в пределах большой гетерогенной территории в результате взаимодействий пространственных элементов.

В ландшафтной экологии, помимо полевых методов, широко используются дистанционные, статистические методы, пространственный анализ, математическое моделирование (с использованием марковских моделей, гэп-моделей, моделей клеточного автомата, нейронных сетей, градиентного анализа, сетевого анализа и др.).

Прикладное значение

Ландшафтная экология направлена на определение оптимального соотношения и взаиморасположения природных и культурных пространственных элементов ландшафта для целей экологически безопасного и экономически эффективного землепользования. Прикладное применение ландшафтно-экологических знаний связано с областями проектирования охраняемых природных территорий и экологических сетей, восстановления нарушенных ландшафтов, оценки уязвимости к опасным процессам, с территориальным и городским планированием, управлением многофункциональным землепользованием и др.

С конца 1970-х гг. происходит организационное оформление ландшафтной экологии: возникают университетские дисциплины, создаются международные организации, проводятся регулярные конференции. С 1982 г. действует Международная ассоциация ландшафтной экологии (IALE), постепенно возникают многочисленные её региональные секции (в том числе российская). Мировые и европейские ландшафтно-экологические конгрессы проводятся 1 раз в 4 года. Издаются специализированные журналы Landscape Ecology, Landscape and Urban Planning, Landscape Online, Current Landscape Ecological Reports, Journal of Landscape Ecology, Living Reviews in Landscape Research и др. Важным стимулом для дальнейшего развития ландшафтной экологии стало принятие Советом Европы Общеевропейской стратегии сохранения ландшафтного и биологического разнообразия (1995) и Европейской ландшафтной конвенции (2000).