Экологическая устойчивость - Ecological stability

Считается, что экосистема обладает экологической стабильностью (или равновесием ), если она способна вернуться в свое равновесное состояние после возмущения (способность, известная как устойчивость ) или не испытывает неожиданных значительных изменений в своих характеристиках с течением времени. Хотя термины « стабильность сообщества» и «экологическая стабильность» иногда используются как синонимы, стабильность сообщества относится только к характеристикам сообществ . Экосистема или сообщество могут быть стабильными в одних свойствах и нестабильными в других. Например, растительное сообщество в ответ на засуху может сохранить биомассу, но потерять биоразнообразие .

Стабильные экологические системы изобилуют природой, и научная литература в значительной степени задокументировала их. Научные исследования в основном описывают сообщества пастбищных растений и микробные сообщества. Тем не менее, важно отметить, что не каждое сообщество или экосистема в природе стабильны (например, волки и лоси на острове Рояль ). Кроме того, шум играет важную роль в биологических системах и в некоторых сценариях может полностью определять их временную динамику.

Концепция экологической устойчивости возникла в первой половине ХХ века. С развитием теоретической экологии в 1970-х годах использование этого термина расширилось до самых разных сценариев. Это чрезмерное использование термина привело к спорам по поводу его определения и реализации.

В 1997 году Гримм и Виссел составили список из 167 определений, используемых в литературе, и нашли 70 различных концепций устойчивости. Одна из стратегий, предложенных этими двумя авторами для прояснения предмета, заключается в замене экологической стабильности более конкретными терминами, такими как постоянство , устойчивость и стойкость . Чтобы полностью описать и придать смысл определенному виду стабильности, к нему нужно относиться более внимательно. В противном случае заявления о стабильности не будут иметь практически никакой достоверности, потому что у них не будет информации, подтверждающей это утверждение. Следуя этой стратегии, экосистема, которая циклически колеблется вокруг фиксированной точки, такой как описываемая уравнениями хищник-жертва , будет описана как устойчивая и устойчивая, но не как постоянная. Некоторые авторы, однако, видят веское основание для обилия определений, поскольку они отражают огромное разнообразие реальных и математических систем.

Анализ устойчивости

Когда численность видов в экологической системе обрабатывается с помощью набора дифференциальных уравнений, можно проверить устойчивость путем линеаризации системы в точке равновесия. Роберт Мэй разработал этот анализ устойчивости в 1970-х годах, который использует матрицу Якоби .

Типы

Хотя характеристики любой экологической системы подвержены изменениям, в течение определенного периода времени некоторые из них остаются постоянными, колеблются, достигают фиксированной точки или проявляют другой тип поведения, который можно охарактеризовать как стабильный. Это множество тенденций можно обозначить разными типами экологической стабильности.

Динамическая стабильность

Под динамической стабильностью понимается стабильность во времени.

Стационарные, устойчивые, переходные и циклические точки

Устойчивая точка - это такая точка, при которой небольшое возмущение системы будет уменьшено, и система вернется в исходную точку. С другой стороны, если небольшое возмущение увеличивается, стационарная точка считается неустойчивой.

Локальная и глобальная стабильность

Локальная стабильность  указывает на то, что система устойчива к небольшим кратковременным нарушениям, в то время как глобальная стабильность указывает на то, что система очень устойчива к изменениям в  составе видов  и / или  динамике пищевой сети .

Постоянство

Наблюдательные исследования экосистем используют постоянство для описания живых систем, которые могут оставаться неизменными.

Сопротивление и инерция (настойчивость)

Сопротивление и инерция имеют дело с внутренней реакцией системы на некоторые возмущения.

Возмущение - это любое внешнее изменение условий, обычно происходящее за короткий период времени. Сопротивление - это мера того, насколько мало изменяется интересующая переменная в ответ на внешнее давление. Инерция (или настойчивость) подразумевает, что живая система способна противостоять внешним колебаниям. В контексте изменения экосистем в постледниковой Северной Америке Е.К. Пиелу отметила в начале своего обзора:

«Очевидно, что зрелой растительности требуется значительное время, чтобы закрепиться на вновь обнаженных породах, очищенных от льда, или на ледниковых породах, пока ... также требуется значительное время для изменения целых экосистем с их многочисленными взаимозависимыми видами растений, средами обитания, которые они создают, и животными. которые живут в местах обитания. Следовательно, климатические колебания в экологических сообществах представляют собой затухающую, сглаженную версию климатических колебаний, которые их вызывают ».

Упругость, эластичность и амплитуда

Устойчивость - это тенденция системы сохранять свою функциональную и организационную структуру и способность восстанавливаться после возмущения или нарушения. Устойчивость также выражает потребность в настойчивости, хотя с точки зрения управленческого подхода она выражается в том, что существует широкий спектр вариантов выбора, а события следует рассматривать как равномерно распределенные. Эластичность и амплитуда - это показатели устойчивости. Эластичность - это скорость, с которой система возвращается в исходное / предыдущее состояние. Амплитуда - это мера того, насколько далеко система может быть перемещена из предыдущего состояния и все еще возвращена. Экология заимствует идею стабильности соседства и области притяжения изтеории динамических систем .

Ляпуновская устойчивость

Исследователи, применяющие математические модели системной динамики, обычно используют устойчивость по Ляпунову .

Численная стабильность

Сосредоточение внимания на биотических компонентах экосистемы, популяции или сообщества обладает числовой стабильностью, если количество особей является постоянным или устойчивым.

Стабильность знака

Определить, устойчива ли система, можно, просто взглянув на знаки в матрице взаимодействия. 

Стабильность и разнообразие

Взаимосвязь между разнообразием и стабильностью широко изучалась. Разнообразие может способствовать повышению стабильности функций экосистем в различных экологических масштабах. Например, генетическое разнообразие может повысить устойчивость к нарушениям окружающей среды. На уровне сообщества структура пищевых сетей может влиять на стабильность. Влияние разнообразия на стабильность моделей трофической сети может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от трофической согласованности сети. Было показано, что на уровне ландшафта неоднородность окружающей среды в разных местах повышает стабильность функций экосистемы.

История концепции

Термин «экология» был введен Эрнстом Геккелем в 1866 году. Экология как наука получила дальнейшее развитие в конце 19 - начале 20 века, и все большее внимание уделялось связи между разнообразием и стабильностью. Фредерик Клементс и Генри Глисон предоставили знания о структуре сообщества; среди прочего, эти два ученых представили противоположные идеи о том, что сообщество может либо достичь стабильной кульминации, либо что это в значительной степени случайное и изменчивое состояние . Чарльз Элтон утверждал в 1958 году, что сложные, разнообразные сообщества, как правило, более стабильны. Роберт Макартур предложил математическое описание стабильности числа особей в пищевой сети в 1955 году. После значительного прогресса, достигнутого в экспериментальных исследованиях в 60-х годах, Роберт Мэй продвинулся в области теоретической экологии и опроверг идею о том, что разнообразие порождает стабильность. В последние десятилетия появилось много определений экологической стабильности, но эта концепция продолжает привлекать внимание.

Смотрите также

Примечания

использованная литература