Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Связность ландшафта в экологии - это, в широком смысле, « степень, в которой ландшафт способствует или препятствует перемещению между участками ресурсов ». [1] В качестве альтернативы, возможность подключения может быть непрерывным свойством ландшафта и не зависеть от участков и путей. [2] [3] Связность включает как структурную связность (физическое расположение нарушений и / или пятен), так и функциональную связность (перемещение людей по контурам нарушения и / или между участками). [4] [5]Функциональная связность включает в себя фактическую связь (требует наблюдения за отдельными перемещениями) и потенциальную связь, при которой траектории движения оцениваются с использованием данных истории жизни. [6] Степень связи ландшафта определяет степень рассредоточенности между участками, которая влияет на поток генов , местную адаптацию , риск вымирания , вероятность колонизации и способность организмов перемещаться по мере того, как они справляются с изменением климата . [7] [8]

Определение [ править ]

Концепция «связности ландшафта» была впервые введена доктором Греем Мерриамом в 1984 году. Мерриам отметил, что перемещение между участками среды обитания было не просто функцией атрибутов организма, но также качеством элементов ландшафта, через которые он должен перемещаться. [9] Чтобы подчеркнуть это фундаментальное взаимодействие при определении конкретного пути передвижения, Мерриам (1984) определил связность ландшафта как «степень, в которой абсолютная изоляция предотвращается элементами ландшафта, которые позволяют организмам перемещаться между участками среды обитания». [10] Девять лет спустя Мерриам и его коллеги пересмотрели определение до «степени, в которой ландшафт препятствует или облегчает перемещение между участками ресурсов». [1]Хотя это определение, несомненно, стало наиболее общепринятым и цитируемым значением в научной литературе, многие авторы продолжали создавать свои собственные определения. Совместно с соавторами (1997) они представили свою интерпретацию как «функциональную взаимосвязь между участками среды обитания из-за пространственного заражения среды обитания и реакции организмов на перемещение на структуру ландшафта», [11] и Ament et al. (2014) определили его как «степень, в которой региональные ландшафты, охватывающие множество естественных, полуестественных и развитых типов земного покрова , способствуют движению дикой природы и поддерживают экологические процессы ». [12]Таким образом, хотя за последние 30 лет было много определений связности ландшафта, каждое новое описание подчеркивает как структурный, так и поведенческий элемент концепции связности ландшафта. Физический компонент определяется пространственной и временной конфигурацией элементов ландшафта ( форма рельефа , почвенный покров и типы землепользования ), а поведенческий компонент определяется поведенческими реакциями организмов и / или процессов на физическое расположение ландшафта. элементы, [13] [14] [9]

Важность [ править ]

Хабитат потеря и фрагментация среды обитания стали повсеместно распространены в природных и человеческих измененных ландшафтах, что приводят к пагубным последствиям для местных видов взаимодействий и глобального биоразнообразия . [15] Человеческое развитие в настоящее время изменяет более 50% ландшафта Земли, оставляя только отдельные участки естественной или полуестественной среды обитания для миллионов других видов, с которыми мы живем на этой планете. [16] Утрата естественной среды обитания и колебания ландшафта - одна из многих проблем биогеографии и природоохранной биологии. [17] Модели биоразнообразия и функций экосистемменяются во всем мире, что приводит к потере связи и экологической целостности для всей глобальной экологической сети . [18] Потеря связи может повлиять на отдельных людей, популяции и сообщества через внутривидовые, межвидовые и меж экосистемные взаимодействия. Эти взаимодействия влияют на экологические механизмы, такие как потоки питательных веществ и энергии, отношения хищник-жертва, опыление , распространение семян , демографическое спасение, предотвращение инбридинга , колонизация незанятой среды обитания, взаимодействия измененных видов и распространение болезней. [19] [20] [21]Соответственно, связность ландшафта облегчает движение биотических процессов, таких как движение животных , размножение растений и генетический обмен , а также абиотических процессов, таких как движение воды, энергии и материалов внутри экосистем и между ними. [12]

Типы передвижения животных [ править ]

Ежедневные движения [ править ]

В пределах своего домашнего ареала или территории большинству животных приходится ежедневно перемещаться между несколькими основными участками обитания, чтобы добывать пищу и получать все необходимые им ресурсы. [12]

Миграция [ править ]

Некоторые виды путешествуют в разные места в течение года, чтобы получить доступ к необходимым им ресурсам. Эти перемещения обычно предсказуемы и связаны с изменениями условий окружающей среды на первичном участке обитания или для облегчения доступа к местам размножения . [12] Миграционное поведение наблюдается у наземных животных, [22] птиц [23] и морских видов [24], и маршруты, по которым они следуют, обычно одни и те же из года в год. [12]

Распространение [ править ]

Это единственное в жизни перемещение определенных особей из одной популяции в другую с целью размножения. [25] Эти обмены поддерживают генетическое и демографическое разнообразие между популяциями. [26]

Возмущение движения [ править ]

Это непредсказуемое перемещение людей или популяций в новые места подходящей среды обитания из-за нарушения окружающей среды. Серьезные нарушения, такие как пожары, стихийные бедствия, человеческое развитие и изменение климата, могут повлиять на качество и распределение местообитаний и вызвать необходимость перемещения видов в новые места подходящей среды обитания. [12]

Случайное движение [ править ]

Перемещение видов в районах, которые обычно используются людьми. К ним относятся зеленые пояса , системы рекреационных троп, живые изгороди и поля для гольфа . [12]

Сохранение связи [ править ]

Сохранение или создание взаимосвязанности ландшафтов все чаще признается в качестве ключевой стратегии защиты биоразнообразия, поддержания жизнеспособности экосистем и популяций диких животных, а также содействия перемещению и адаптации популяций диких животных перед лицом изменения климата . [27] Степень взаимосвязи ландшафтов определяет общее количество перемещений, происходящих внутри и между местным населением. Эта взаимосвязь влияет на поток генов , местную адаптацию , риск исчезновения, вероятность колонизации и способность организмов перемещаться и адаптироваться к изменению климата. [12]В связи с тем, что утрата и фрагментация местообитаний все больше ухудшают естественные среды обитания, размеры и изоляция оставшихся фрагментов среды обитания особенно важны для долгосрочного сохранения биоразнообразия. [12]

Таким образом, взаимосвязь между этими оставшимися фрагментами, а также характеристики окружающей матрицы, проницаемость и структура границ местообитаний важны для сохранения биоразнообразия и влияют на общую устойчивость, силу и целостность оставшихся экологических взаимодействий . [28]

Количественная оценка связности ландшафта [ править ]

Поскольку определение связности ландшафта включает как физический, так и поведенческий компонент, количественная оценка взаимосвязанности ландшафта, следовательно, зависит от организма, процесса и ландшафта. [1] Согласно (Wiens & Milne, 1989), первым шагом в процессе количественной оценки связности ландшафта является определение конкретной среды обитания или сети местообитаний основных видов и, в свою очередь, описание элементов ландшафта с его точки зрения. [29] Следующим шагом является определение масштаба ландшафтной структуры, воспринимаемой организмом . Это определяется как масштаб, в котором вид реагирует на множество элементов ландшафта посредством его мелкомасштабного (зернистость) и крупномасштабного (протяженность) поведения движения. [30]Наконец, определяется, как вид реагирует на различные элементы ландшафта. Сюда входит модель перемещения вида, основанная на поведенческих реакциях на риск гибели элементов ландшафта, включая барьеры и края среды обитания. [9]

Ландшафтные сети могут быть построены на основе линейной зависимости между размером ареала обитания вида и расстоянием до него. [31] Например, у мелких млекопитающих будет небольшой диапазон и короткие расстояния распространения, а у крупных - больший диапазон и большие расстояния распространения. Короче говоря, эта взаимосвязь может помочь в масштабировании и построении ландшафтных сетей на основе размеров тела млекопитающих. [32]

Показатели подключения [ править ]

См. Также: Связность (теория графов)

Хотя возможность подключения - это интуитивно понятная концепция, не существует единой постоянно используемой метрики подключения. Теории связности включают рассмотрение как двоичных представлений связности через « коридоры » и «связи», так и непрерывных представлений связности, которые включают бинарное условие как подмножество [2] [3]

Как правило, показатели подключения делятся на три категории: [33]

  1. Показатели структурной связанности основаны на физических свойствах ландшафтов, которые включают идею участков (размер, количество участков, среднее расстояние друг от друга) и относительных нарушений (человеческие структуры, такие как дороги, парцеллирование, использование городских / сельскохозяйственных земель, человеческое население).
  2. Потенциальные метрики связности основаны на структуре ландшафта, а также на некоторой базовой информации о способности исследуемого организма к рассеянию, такой как среднее расстояние рассредоточения или ядро ​​рассредоточения.
  3. Фактические (также называемые реализованными или функциональными) метрики подключения измеряются на основе фактических перемещений людей вдоль и поперек контуров подключения, в том числе между исправлениями (если они существуют). При этом учитывается фактическое количество особей, родившихся в разных местах, их коэффициент воспроизводства и смертность во время расселения. [34] Некоторые авторы проводят дальнейшее различие, основываясь на количестве особей, которые не только расселяются между участками, но и выживают для размножения. [35]

Программное обеспечение [ править ]

Обычно «естественная» форма связи как экологическое свойство, воспринимаемое организмами, моделируется как непрерывная поверхность проницаемости, которая является следствием нарушения. Это может быть выполнено с помощью большинства географических информационных систем (ГИС), способных моделировать в формате сетки / растра. Важнейшим компонентом этой формы моделирования является признание того, что взаимосвязь и нарушения воспринимаются и реагируют по-разному со стороны разных организмов и экологических процессов. Такое разнообразие ответов - одна из самых сложных частей попытки представить связность в пространственном моделировании. Как правило, наиболее точные модели связности относятся к отдельным видам / процессам и разрабатываются на основе информации о видах / процессах. [36]Существует мало, а зачастую и нет доказательств того, что пространственные модели, включая описанные здесь, могут отражать взаимосвязь для многих видов или процессов, которые населяют многие природные ландшафты. Модели на основе возмущений используются в качестве основы для бинарных представлений связности в виде путей / коридоров / соединений через ландшафты, описанных ниже.

Circuitscape [ править ]

Circuitscape - это программа с открытым исходным кодом, которая использует теорию схем для прогнозирования связности в гетерогенных ландшафтах для индивидуального передвижения, потока генов и планирования сохранения . Теория схем предлагает несколько преимуществ по сравнению с обычными аналитическими моделями связности, включая теоретическую основу случайного блуждания.теория и способность оценивать вклад нескольких путей распространения. Пейзажи представлены как проводящие поверхности, с низким сопротивлением, присваиваемым средам обитания, которые наиболее проницаемы для движения или лучше всего способствуют потоку генов, и высоким сопротивлением, приписываемым плохой среде обитания или препятствиям для передвижения. Эффективные сопротивления, плотности тока и напряжения, рассчитанные для ландшафтов, затем могут быть связаны с экологическими процессами, такими как индивидуальное движение и поток генов. [37]

Graphab [ править ]

Graphab - это программное приложение, предназначенное для моделирования ландшафтных сетей. Он состоит из четырех основных модулей: построение графа, включая загрузку исходных данных ландшафта и идентификацию исправлений и ссылок; вычисление показателей связности из графика; связь между графиком и набором данных экзогенных точек; визуальный и картографический интерфейс. Graphab работает на любом компьютере, поддерживающем Java 1.6 или новее (ПК под Linux, Windows, Mac ...). Распространяется бесплатно для некоммерческого использования. [38]

См. Также [ править ]

  • Ландшафтная Экология
  • Переход дикой природы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Тейлор, Филип Д .; Фариг, Ленор; Хенейн, Кринген; Мерриам, Грей (1993). «Связь - жизненно важный элемент ландшафтной структуры» (PDF) . Ойкос . JSTOR. 68 (3): 571. DOI : 10,2307 / 3544927 . ISSN  0030-1299 . JSTOR  3544927 .
  2. ^ a b ФИШЕР, ДЖОРН; ЛИНДЕНМАЙЕР, ДЭВИД Б .; ФАЗИ, ИОАН (2004). «Оценка экологической сложности: контуры среды обитания как концептуальная модель ландшафта». Биология сохранения . Вайли. 18 (5): 1245–1253. DOI : 10.1111 / j.1523-1739.2004.00263.x . ISSN 0888-8892 . 
  3. ^ а б Фишер Дж. и Д. Б. Линденмайер. 2006. Помимо фрагментации: модель континуума для исследования и сохранения фауны в измененных человеком ландшафтах. Ойкос, 112: 473–480.
  4. Перейти ↑ Brooks, CP (2003). «Скалярный анализ связности ландшафта». Ойкос . 102 (2): 433–439. DOI : 10.1034 / j.1600-0579.2003.11511.x . JSTOR 3548048 . 
  5. ^ Багет, Мишель; Бланше, Саймон; Легран, Дельфина; Стивенс, Вирджиния М .; Турлур, Камилла (24 ноября 2012 г.). «Индивидуальное расселение, связность ландшафта и экологические сети». Биологические обзоры . Вайли. 88 (2): 310–326. DOI : 10.1111 / brv.12000 . ISSN 1464-7931 . PMID 23176626 .  
  6. ^ Калабрезе, Джастин М .; Фэган, Уильям Ф. (2004). «Руководство покупателя для сравнения по показателям подключения» . Границы экологии и окружающей среды . 2 (10): 529–536. DOI : 10,1890 / 1540-9295 (2004) 002 [0529: ACGTCM] 2.0.CO; 2 . ISSN 1540-9309 . 
  7. ^ Ходжсон, JA, CD Thomas, BA Wintle и A. Moilanen. 2009. Изменение климата, возможность установления соединений и принятие решений по сохранению: назад к основам. Журнал прикладной экологии, 46: 964-969.
  8. ↑ McRae, BH, Hall, SA, Beier, P., Theobald, DM 2012. Где восстановить экологическую связь? Выявление препятствий и количественная оценка преимуществ восстановления. PLoS ONE 7: e52604.
  9. ^ a b c Тишендорф, Лутц; Фариг, Ленор (2000). «Об использовании и измерении связности ландшафта». Ойкос . Вайли. 90 (1): 7–19. DOI : 10.1034 / j.1600-0706.2000.900102.x . ISSN 0030-1299 . 
  10. Перейти ↑ Merriam, G. (1984). Связность: фундаментальная экологическая характеристика ландшафтного узора. В: Брандт, Дж. И Аггер, П. (ред.), Труды 1-го международного семинара по методологии ландшафтного экологического исследования и планирования. Роскилльский университет. Дания, стр. 5-15.
  11. ^ С, Кимберли А .; Гарднер, Роберт Х .; Тернер, Моника Г. (1997). «Связность ландшафта и распределение населения в неоднородных средах». Ойкос . JSTOR. 78 (1): 151. DOI : 10,2307 / 3545811 . ISSN 0030-1299 . JSTOR 3545811 .  
  12. ^ a b c d e f g h i Амент, Р., Р. Каллахан, М. МакКлюр, М. Реулинг и Г. Табор (2014). Связь с дикой природой: основы природоохранных мероприятий (отчет). Центр сохранения больших ландшафтов: Бозман, Монтана.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Крукс, Кевин Р .; Санджаян, М. (2006). «Сохранение связи: поддержание связей для природы». В Crooks, Kevin R .; Санджаян, М. (ред.). Сохранение связи . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. С. 1–20. DOI : 10,1017 / cbo9780511754821.001 . ISBN 978-0-511-75482-1.
  14. ^ Беннетт, Эндрю (1999). Связи в ландшафте: роль коридоров и связи в сохранении дикой природы (PDF) . Гланд, Швейцария: МСОП - Всемирный союз охраны природы. ISBN  2-8317-0221-6. OCLC  41214257 .
  15. ^ Fahrig, L. (2003). Влияние фрагментации среды обитания на биоразнообразие. Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики. Vol. 34: 487-515
  16. ^ Барноски, Энтони Д .; Хадли, Элизабет А .; и другие. (2012). «Приближение государственного сдвига в биосфере Земли». Природа . ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 486 (7401): 52–58. DOI : 10.1038 / nature11018 . ЛВП : 10261/55208 . ISSN 0028-0836 . PMID 22678279 . S2CID 4788164 .   
  17. ^ Ричардсон, Дэвид М .; Уиттакер, Роберт Дж. (13 апреля 2010 г.). «Природоохранная биогеография - основы, концепции и проблемы» . Разнообразие и распределения . 16 (3): 313–320. DOI : 10.1111 / j.1472-4642.2010.00660.x . ISSN 1366-9516 . 
  18. Перейти ↑ Foley, JA (22 июля 2005 г.). «Глобальные последствия землепользования» . Наука . Американская ассоциация развития науки (AAAS). 309 (5734): 570–574. DOI : 10.1126 / science.1111772 . ISSN 0036-8075 . PMID 16040698 . S2CID 5711915 .   
  19. ^ Рудник Д.А. и др. Роль связности ландшафта в планировании и реализации приоритетов сохранения и восстановления. Вопросы Ecol. 2012; 16.
  20. ^ Хански Илкка (1998). «Динамика метапопуляции» (PDF) . Природа . ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 396 (6706): 41–49. DOI : 10.1038 / 23876 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4405264 .   
  21. ^ Ayram, С., Мендоса, М., Эттер, А., Salicrup, D. (2016). Связь мест обитания в сохранении биоразнообразия: обзор последних исследований и приложений. Успехи в физической географии. Vol. 40 (1) Стр. 7–37
  22. ^ Дингл, Х. (1996). Миграция: биология жизни в движении. Издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк.
  23. ^ Somveille M, Manica A, Butchart SHM, Rodrigues ASL (2013) Картирование моделей глобального разнообразия мигрирующих птиц. PLoS ONE 8 (8):
  24. ^ Luschi, P. (2013). Миграции животных на большие расстояния в океанической среде: ориентация и навигация. ISRN Зоология, т. 2013
  25. ^ Трэйлл, Л., Брук, Б., Frankham, Р. и Брэдшоу, С. (2010). Прагматические цели жизнеспособности населения в быстро меняющемся мире. Биологическая консервация. Vol. 143, (1) стр. 28–34
  26. Перейти ↑ Frankel, OH и ME Soule 1981. Сохранение и эволюция. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.
  27. ^ Meiklejohn, К. Р. Ament и Г. Табор. (2010). Коридоры среды обитания и связь ландшафта: уточнение терминологии. Центр сохранения больших ландшафтов, Нью-Йорк
  28. ^ Фортуна, М., Bascompte, J. (2006). Утрата среды обитания и структура мутуалистических сетей между растениями и животными. Ecology Letters, (2006) 9: 281–286.
  29. ^ Винс, Дж. А. и Милн, Б. Т. 1989. Масштабирование «ландшафтов» в ландшафтной экологии или ландшафтной экологии с точки зрения жуков. - Пейзаж экол. 3: 87–96.
  30. ^ Wiens, JA 1997. Динамика метапопуляции и ландшафтная экология. - В: Hanski, I. and Gilpin, ME (ред.), Биология метапопуляции. Academic Press, стр. 43–62.
  31. ^ Bowman, Джефф (2003-02-01). "Пропорционально ли расстояние распространения птиц размеру территории?" . Канадский зоологический журнал . 81 (2): 195–202. DOI : 10.1139 / z02-237 . ISSN 0008-4301 . 
  32. ^ Запад, Великобритания (1997-04-04). «Общая модель происхождения законов аллометрического масштабирования в биологии» . Наука . 276 (5309): 122–126. DOI : 10.1126 / science.276.5309.122 . ISSN 0036-8075 . 
  33. ^ Калабрезе, JM, и WF Фейган. 2004. Руководство покупателя для сравнения по показателям подключения. Границы экологии и окружающей среды 2: 529-536.
  34. ↑ Watson, JR, S. Mitarai, DA Siegel, JE Caselle, C. Dong и JC McWilliams. 2010. Реализованная и потенциальная связь личинок в заливе Южной Калифорнии. Серия «Прогресс морской экологии» 401: 31-48.
  35. ^ Пинеда, J., JA Hare и S. Sponaungle. 2007. Перенос и распространение личинок в прибрежных водах океана и последствия для связи населения. Океанография 20: 22-39.
  36. ^ LaPoint, С. П. галерея, М. Wikelski и Р. Kays. 2013. Поведение животных, стоимостные модели коридоров и реальные коридоры. Ландшафтная экология, 28: 1615-1630.
  37. ^ "Circuitscape" . Circuitscape . 19 августа 2016 . Проверено 13 августа 2020 года .
  38. ^ Girardet, Жиль Vuidel и Ксавье. «Графаб» . SourceSup . Проверено 13 августа 2020 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Circuitscape
  • Conefor Sensinode
  • FunConn
  • Graphab
  • PathMatrix