Stabilność ekologiczna - Ecological stability

Ekosystemu mówi się, że posiadają stabilność ekologicznej (lub stanu równowagi ), jeśli jest ona zdolna do powrotu do stanu równowagi, po zaburzenia (pojemność znany jako odporność ), czy też nie nieoczekiwane duże zmiany w jego właściwości w czasie. Chociaż terminy stabilność społeczności i stabilność ekologiczna są czasami używane zamiennie, stabilność społeczności odnosi się tylko do cech społeczności . Ekosystem lub społeczność mogą być stabilne w niektórych swoich właściwościach, a niestabilne w innych. Na przykład zbiorowisko roślinne w odpowiedzi na suszę może oszczędzać biomasę, ale tracić bioróżnorodność .

Stabilne systemy ekologiczne obfitują w przyrodę, a literatura naukowa w dużym stopniu je udokumentowała. Badania naukowe opisują głównie zbiorowiska roślinne na łąkach i zbiorowiska drobnoustrojów. Niemniej jednak należy wspomnieć, że nie każda społeczność lub ekosystem w przyrodzie jest stabilna (na przykład wilki i łosie na Isle Royale ). Hałas odgrywa również ważną rolę w układach biologicznych iw niektórych scenariuszach może w pełni określić ich dynamikę czasową.

Koncepcja stabilności ekologicznej pojawiła się w pierwszej połowie XX wieku. Wraz z postępem ekologii teoretycznej w latach 70. użycie tego terminu rozszerzyło się na wiele różnych scenariuszy. To nadużywanie terminu doprowadziło do kontrowersji dotyczących jego definicji i implementacji.

W 1997 r. Grimm i Wissel sporządzili spis 167 definicji stosowanych w literaturze i znaleźli 70 różnych koncepcji stabilności. Jedną ze strategii zaproponowanych przez tych dwóch autorów w celu wyjaśnienia tematu jest zastąpienie stabilności ekologicznej bardziej szczegółowymi terminami, takimi jak stałość , odporność i trwałość . Aby w pełni opisać i nadać znaczenie danemu rodzajowi stabilności, trzeba mu się dokładniej przyjrzeć. W przeciwnym razie stwierdzenia dotyczące stabilności będą miały niewielką lub żadną wiarygodność, ponieważ nie będą miały informacji na poparcie twierdzenia. Zgodnie z tą strategią ekosystem, który oscyluje cyklicznie wokół stałego punktu, takiego jak ten wyznaczony przez równania drapieżnik-ofiara , zostałby opisany jako trwały i odporny, ale nie jako stały. Niektórzy autorzy widzą jednak dobry powód do obfitości definicji, ponieważ odzwierciedlają one ogromną różnorodność systemów rzeczywistych i matematycznych.

Analiza stabilności

Kiedy liczebność gatunków systemu ekologicznego traktuje się zestawem równań różniczkowych, możliwe jest testowanie stabilności poprzez linearyzację systemu w punkcie równowagi. Robert May opracował tę analizę stabilności w latach siedemdziesiątych, która wykorzystuje macierz Jakobian .

Rodzaje

Chociaż cechy każdego systemu ekologicznego są podatne na zmiany, w określonym czasie niektóre pozostają stałe, oscylują, osiągają ustalony punkt lub prezentują inny rodzaj zachowania, który można określić jako stabilny. Tę mnogość trendów można nazwać różnymi rodzajami stabilności ekologicznej.

Stabilność dynamiczna

Stabilność dynamiczna odnosi się do stabilności w czasie.

Punkty stacjonarne, stabilne, przejściowe i cykliczne

Punkt stabilny to taki, że niewielkie perturbacje systemu zostaną zmniejszone i system powróci do pierwotnego punktu. Z drugiej strony, jeśli małe zaburzenie zostanie powiększone, punkt stacjonarny jest uważany za niestabilny.

Stabilność lokalna i globalna

Stabilność lokalna  wskazuje, że system jest stabilny podczas niewielkich, krótkotrwałych zakłóceń, podczas gdy stabilność globalna wskazuje na system wysoce odporny na zmiany w  składzie gatunkowym  i/lub  dynamice sieci troficznej .

Stałość

Badania obserwacyjne ekosystemów wykorzystują stałość do opisu żywych systemów, które mogą pozostać niezmienione.

Opór i bezwładność (upór)

Opór i bezwładność zajmują się nieodłączną reakcją systemu na pewne perturbacje.

Perturbacja to każda zewnętrznie narzucona zmiana warunków, zwykle występująca w krótkim czasie. Opór jest miarą tego, jak niewiele zmienia się zmienna będąca przedmiotem zainteresowania w odpowiedzi na naciski zewnętrzne. Bezwładność (lub upór) oznacza, że ​​żywy system jest w stanie oprzeć się zewnętrznym fluktuacjom. W kontekście zmieniających się ekosystemów w postglacjalnej Ameryce Północnej, EC Pielou zauważyła na początku swojego przeglądu:

„Oczywiście potrzeba dużo czasu, aby dojrzała roślinność utworzyła się na nowo odsłoniętych lodem skałach lub glinach lodowcowych… również zajmuje dużo czasu, aby całe ekosystemy zmieniły się, z ich licznymi współzależnymi gatunkami roślin, siedliskami, które tworzą i zwierzętami. które żyją w siedliskach. Dlatego zmiany klimatyczne w społecznościach ekologicznych są wytłumioną, wygładzoną wersją fluktuacji klimatycznych, które je powodują”.

Odporność, elastyczność i amplituda

Odporność to tendencja systemu do zachowania swojej struktury funkcjonalnej i organizacyjnej oraz zdolność do odbudowy po perturbacji lub zakłóceniu. Odporność wyraża również potrzebę wytrwałości, chociaż w podejściu do zarządzania wyraża się to, że ma szeroki zakres wyborów i wydarzeń, które należy postrzegać jako równomiernie rozłożone. Elastyczność i amplituda są miarami odporności. Elastyczność to szybkość, z jaką system powraca do swojego pierwotnego/poprzedniego stanu. Amplituda jest miarą tego, jak daleko system może być przesunięty z poprzedniego stanu i nadal powracać. Ekologia zapożycza ideę stabilności sąsiedztwa i dziedzinę przyciągania zteorii systemów dynamicznych .

Stabilność Lapunowa

Badacze stosujący modele matematyczne z dynamiki systemów zwykle posługują się stabilnością Lapunowa .

Stabilność numeryczna

Skupienie się na biotycznych składnikach ekosystemu, populacji lub społeczności ma stabilność liczbową, jeśli liczba osobników jest stała lub odporna.

Stabilność znaku

Można określić, czy system jest stabilny, patrząc na znaki w macierzy interakcji. 

Stabilność i różnorodność

Związek między różnorodnością a stabilnością był szeroko badany. Różnorodność może działać w celu zwiększenia stabilności funkcji ekosystemów w różnych skalach ekologicznych. Na przykład różnorodność genetyczna może zwiększyć odporność na zakłócenia środowiskowe. Na poziomie społeczności struktura sieci pokarmowych może wpływać na stabilność. Wpływ różnorodności na stabilność w modelach sieci pokarmowej może być pozytywny lub negatywny, w zależności od troficznej spójności sieci. Na poziomie krajobrazów wykazano, że heterogeniczność środowiskowa w różnych lokalizacjach zwiększa stabilność funkcji ekosystemów

Historia koncepcji

Termin „ekologia” został ukuty przez Ernsta Haeckela w 1866 roku. Ekologia jako nauka rozwijała się dalej pod koniec XIX i na początku XX wieku, a coraz większą uwagę zwracano na związek między różnorodnością a stabilnością. Frederic Clements i Henry Gleason wnieśli wiedzę o strukturze społeczności; między innymi ci dwaj naukowcy wprowadzili przeciwstawne idee, że społeczność może albo osiągnąć stabilny punkt kulminacyjny, albo że jest w dużej mierze przypadkowa i zmienna . Charles Elton argumentował w 1958 r., że złożone, zróżnicowane społeczności są zwykle bardziej stabilne. Robert MacArthur zaproponował matematyczny opis stabilności liczby osobników w sieci pokarmowej w 1955 roku. Po znacznym postępie, jaki poczyniono w badaniach eksperymentalnych w latach 60-tych, Robert May posunął naprzód dziedzinę ekologii teoretycznej i obalił pogląd, że różnorodność rodzi stabilność. W ostatnich dziesięcioleciach pojawiło się wiele definicji stabilności ekologicznej, a pojęcie to wciąż przyciąga uwagę.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia