Patch dynamik økologi

Patch-dynamik, i økologi, en teoretisk tilgang, der antyder, at strukturen, funktionen og dynamikken i et økologisk system kan forstås og forudsiges fra en analyse af dets mindre interaktive rumlige komponenter (patches). Ud over dets betydning som en teoretisk tilgang kan udtrykket patch-dynamik bruges til blot at henvise til ændringer, der forekommer over tid i de rumlige mønstre af økosystemkomponenter.

Top spørgsmål

Hvad er patch-dynamik?

Udtrykket patch-dynamik kan henvise til to koncepter.

Ændringerne, der forekommer i separate rumlige komponenter i et økosystem, beskrives som patch-dynamik. Patch-dynamik er også en teoretisk tilgang, hvorefter dynamikken i et økosystem kan forstås gennem analysen af ​​dets mindre rumlige komponenter, der interagerer gensidigt, som kaldes patches.

Hvad er forskellen mellem en patch og en mosaik i patch-dynamikken?

I patch-dynamik repræsenterer en patch en del af et habitat med specifikt område, størrelse og egenskaber. Mosaikker er landskabsmønstre, der består af separate habitatlapper.

I hvilke stater kan der findes en patch i patch-dynamikken?

I patch-dynamik kan en habitat-patch findes i tre tilstande: potentiel, aktiv og nedbrudt. Potentielle plaster er endnu ikke blevet aktive gennem spredning af en art i dette område. Nedbrudte programrettelser opgives, men de kan blive potentielle programrettelser igen gennem genopretning.

Hvad er et eksempel på patch-dynamik i akvatiske økosystemer?

Et eksempel på plasterdynamik i et marint økosystem er hule i tidevandslejligheder og lavvandede kysthabitater. Patch-dynamik forekommer også i ferskvandsøkosystemer, ligesom i tilfælde af affaldsdæmninger, dele af en strøm, hvor processer med cyklus af næringsstoffer koncentreres.

Hvordan kan plasterdynamik bruges til at styre habitater?

Patch-dynamik kan bruges til styring af levesteder gennem ordinerede forbrændinger. Brug af roterede patch-mosaikforbrændinger sikrer, at forskellige stadier af økologisk rækkefølge er til stede og således bevarer den biologiske mangfoldighed i området.

På hvilken måde er patch-dynamikken nyttig til konservering?

Patch-dynamik er nyttig i bevaring af levesteder og biodiversitet, fordi befolkningsudsving i plasteret af de dominerende arter kan bruges som en tidlig indikator for mulig fremtidig reduktion af biodiversitet.

Begrebet patch-dynamik er baseret på iagttagelsen af, at økosystemer er rumligt heterogene - dvs. at de indeholder en forskelligartet og ujævnt fordelt blanding af organismer og ressourcer - og heterogenitet forekommer på tværs af tid og rum. Økologiske forstyrrelser, såsom oversvømmelser, brande og sygdomsudbrud, er ansvarlige for meget af dynamikken i den rumlige heterogenitet; de forstyrrer kontinuiteten i det biologiske samfund ved at reducere bestande og fjerne arter fra små områder i landskabet og skabe betingelser for andre arter at bevæge sig i. Som et resultat kan økosystemer betragtes som mosaikker af plaster. Lapperne adskiller sig på forskellige måder, herunder størrelse, form, sammensætning, naturhistorie, varighed i landskabet og grænseegenskaber. Som et resultat er flux snarere end balance en vigtig vægt i forskning i patch-dynamik.

Historie om patch-dynamik

Ideen om plasterdynamik stammer mindst fra 1940'erne, hvor planteøkologer studerede vegetationens struktur og dynamik med hensyn til interaktive plaster. I 1970'erne udviklede den amerikanske økolog Simon A. Levin og den amerikanske zoolog Robert T. Paine en matematisk teori til at beskrive mønsteret og dynamikken i et tidtidssamfund som en pletmosaik oprettet og vedligeholdt af tidevandsforstyrrelser. Ved udgangen af ​​det følgende årti var patch-dynamikken fremkommet som et dominerende perspektiv inden for økologi, efter at have erstattet ligevægtsparadigmet, som i stigende grad blev sat spørgsmålstegn ved. (Ligevægtsparadigmet antydede, at et økosystem forstyrret af en forstyrrelse til sidst ville vende tilbage til sin uforstyrrede tilstand, forudsat at forstyrrelsen ikke var for stærk eller for ødelæggende.) Patch-dynamik er også begrebeligt forbundet med teorien om metapopulationer, udviklet af amerikansk matematisk økolog Richard Levins og andre i 1970'erne og med teorien om ø-biogeografi, udviklet af den amerikanske økolog Robert MacArthur og den amerikanske biolog EO Wilson i 1960'erne. (Den førstnævnte teori foreslog, at de kollektive aktiviteter i flere forskellige, men interagerende befolkninger driver den økologiske skæbne for arten, og den sidstnævnte teori antydede, at øer, der er større og ligger tættere på kontinenter, har en tendens til at have flere arter end mindre og fjernere øer.)

Økologiske anvendelser

Patch-dynamik er blevet anvendt mest på befolknings-, biologiske samfunds-, økosystem- og landskabsskalaer. En skov, for eksempel, kan ses som et ujævn økosystem, der er sammensat af huller i skovbaldakinen og klynger af træer i forskellige aldre, der skyldes forstyrrelser i fortiden. Der forekommer ofte forskellige forstyrrelser i skove; for eksempel kan baldakintræer (et træ, hvis krone er en del af den større baldakin) blive rykket ud eller brudt af kraftige vinde (vindhuller), eller de kan blive dræbt af sygdomme eller skåret ned af mennesker. Når der oprettes en åbning i baldakinen - f.eks. Når et baldakin bryder, dør eller fjernes - får lov, nedbør og andre ressourcer adgang til skovbunden. Denne begivenhed indleder skovsucces i lille skala, hvilket resulterer i udskiftning af plantearter, der er tolerante over for de indledende hulforhold, med arter, der i stigende grad er skyggetolerante eller højere. Med andre ord gennem konkurrence og udtynding vil et enkelt træ til sidst dominere åbningen og blive baldaketræet, og dermed kan skovens dynamik forstås med hensyn til ændringerne i de individuelle mellemrum mellem træerne og deres interaktion med større system.

Andre økosystemer er lignende ujævn. En græsareal er en mosaik af plaster, der kan opstå ved brand, græsning eller den heterogene fordeling af jordressourcer, såsom vand og andre næringsstoffer. Individuelle buske distribueres ofte klodset i en ørken, hvor de fælder jord og vand for at danne "frugtbarhedsøer." En flod er også et ujævnt system med puljer, riffler og sandbjælker. I marine miljøer er den rumlige ujævnhed af fytoplankton og dyreplankton længe blevet dokumenteret.

Skalaens rolle

Landskaber og regioner består af grupper af forskellige jordiske og akvatiske økosystemer, der interagerer med hinanden. Den økologiske dynamik mellem de forskellige plaster inden for disse brede skalaer er ofte drevet af geomorfologi (landformer), klima og ændringer i arealanvendelse, der omgiver og indeholder det undersøgte område eller adskiller en plaster fra en anden inden i den. I lokale skalaer bliver topografiske, hydrologiske og jordmønstre såvel som biologiske interaktioner (f.eks. Konkurrence, predation og græsning) vigtige årsager og drivkræfter for dynamik. Forstyrrelser, både naturlige og menneskelige, er inducerede, er især vigtige i patch-dynamik-konceptet, fordi de driver dannelsen og dynamikken af ​​plaster på tværs af alle skalaer.

Landskaber kan ses som rumligt heterogene geografiske områder eller plastermosaikker. Landskaber kan være lige så store som regionale farvande, der omfatter skove, græsarealer, floder, søer, landbrugsområder og byområder, eller de kan være så små som en del af et lokalt økosystem, hvor rumlig ufuldstændighed påvirker en økologisk proces af interesse. Således definerer organismer eller processer, der tjener som emner i en økologisk undersøgelse, ofte landskabets rumlige skala. For eksempel, når man undersøger, hvordan det rumlige mønster af urteagtige planter påvirker bevægelsen af ​​biller i en græsareal, er et plot på 100 kvadratmeter (1.076 kvadratmeter) stort nok til at fungere som studieområdet. Der kan dog være behov for et landskab på hundreder af kvadratkilometer for at vurdere, hvordan arealanvendelse og landdækningsmønstre påvirker mangfoldigheden og befolkningsdynamikken for en fugleart. Derfor er landskaber ofte hierarkisk strukturerede mosaikker af forskellige levesteder og arealanvendelser, hvor lappedynamik finder sted på flere skalaer - hvis undersøgelse er blevet kendt som hierarkisk lappedynamik. Mens begrebet patch-dynamik afviser begrebet homeostatisk ligevægt, når det kommer til økologisk stabilitet, anerkender det eksistensen af ​​økologisk stabilitet i form af en skiftende mosaik-stabil tilstand (hvor den økologiske dynamik i landskabet som helhed forbliver temmelig stabil, mens dem på niveauet med de individuelle programrettelser, der udgør landskabet, svinger).

Konservationsmæssige konsekvenser

Patch-dynamik har mindst tre praktiske konsekvenser. For det første indebærer den fremtrædende rolle af forstyrrelser i patch-dynamik-konceptet, at manipulering af forstyrrelsesregimet (de rumlige og tidsmæssige forstyrrelsesmønstre) kan være en effektiv metode til økosystemstyring, især til bevarelse og økologisk restaurering. For eksempel er det i styrede økosystemer at efterligne dynamikken og forholdene skabt af naturlige forstyrrelser (såsom ild og græsning i et græsareal) for den langsigtede bevaring og gendannelse af et økosystem.

For det andet antyder begrebet patch-dynamik, at for at bevare biologisk mangfoldighed eller gendanne og styre økosystemer med succes, skal økologiske processer (såsom næringsstofcykling) og økosystemets elasticitet (mængden af ​​forstyrrelser et økosystem kan absorbere uden at ændre dens grundlæggende struktur og funktion) have forrang over målrettede slutpunkter og bevarelse af ligevægtsstater. Med andre ord er bevarelses- og restaureringsmetoder, der er baseret på begrebet patch-dynamik, mere fleksible end tilgange, der søger målrettede slutpunkter. Strategier baseret på målrettede slutpunkter, der antages at have en særlig blanding af arter, er ofte uhensigtsmæssige, fordi befolkningstallet og artssammensætningen svinger over tid inden for et økosystem. Derudover findes ligevægtstilstande, som findes i klimaksamfund (hvor rækkefølge er standset) sjældent i niveauer af store økosystemer og landskaber.

For det tredje indikerer hierarkisk patch-dynamik, at mønster og proces fungerer i flere skalaer, og bevaring, økologisk restaurering og økosystemforvaltere skal derfor overveje faktorer, der ligger uden for målrettelsen, og landskabskonteksten, som økosystemet befinder sig i, ikke kan ignoreres. Denne opfattelse kræver i det væsentlige en liggende tilgang til bevarelse og økosystemforvaltning i stedet for den traditionelle artsorienterede eller enkelt økosystembaserede tilgang. Selvom få projekter eksplicit erklærer patch-dynamik som deres vejledende princip, indbefatter landskabsmetoden, der i stigende grad er blevet brugt siden slutningen af ​​1980'erne i bevarelses- og økosystemstyringsindsats over hele verden, de væsentlige elementer i patch-dynamikken.