Экология морского пейзажа
 | этой статьи Начальный раздел может быть слишком коротким, чтобы адекватно суммировать ключевые моменты . ( январь 2021 г. ) |
Экология морских ландшафтов — это научная дисциплина, которая занимается причинами и экологическими последствиями пространственной структуры морской среды и в значительной степени опирается на концептуальные и аналитические основы, разработанные в области экологии наземных ландшафтов . [1]
Обзор
[ редактировать ]Экология морских пейзажей, применение концепций ландшафтной экологии к морской среде. [2] медленно развивается с 1970-х годов, [3] [4] [5] [6] [7] дает новые экологические идеи и демонстрирует растущий потенциал для поддержки развития экологически значимых, научно обоснованных методов управления. [8] [9] [10] [11] Что касается морских систем, применение ландшафтной экологии стало возможным благодаря признанию того, что многие концепции, разработанные в теории островной биогеографии, [12] [13] а изучение динамики пятен (предшественников современной ландшафтной экологии) может быть применимо к ряду морских сред, начиная с планктонных пятен. [14] латать подводные камни , [15] приливные мидий пласты [16] и луга с морской травой . [17] [18]
Прогресс в экологическом понимании пространственной структуры не ограничивался мелководной средой морского дна . Что касается открытого океана , достижения в системах наблюдения за океаном с 1970-х годов позволили ученым картировать, классифицировать, количественно определять и отслеживать динамическую пространственную структуру в форме вихрей , шероховатости поверхности , течений , шлейфов стока, льда , температурных фронтов и пятен планктона с использованием океанографических данных. технологии – тема, которую все чаще называют экологией пелагического морского ландшафта. [19] [20] [21] Подповерхностные структуры, такие как внутренние волны , термоклины , галоклины , пограничные слои и стратификация, приводящая к четкому расслоению организмов, все чаще картируются и моделируются в нескольких измерениях.
Подобно ландшафтным экологам , экологи морских пейзажей интересуются пространственно явной геометрией узоров и взаимосвязями между узорами, экологическими процессами и изменениями окружающей среды. Центральный принцип ландшафтной экологии заключается в том, что контекст участка имеет значение, поскольку на местные условия влияют атрибуты окружающей среды. Например, физическое расположение объектов в пространстве и их расположение относительно других объектов влияет на то, как они функционируют. [22]
Ландшафтный эколог будет задавать разные вопросы, ориентированные на разные масштабы, чем другие ученые, например: каковы экологические последствия участков различной формы, размера, качества, геометрии краев, пространственного расположения и разнообразия участков в ландшафте? В каком масштабе структура имеет наибольшее влияние? Как особенности ландшафта влияют на то, как животные находят пищу, уклоняются от хищников и взаимодействуют с конкурентами? Как деятельность человека меняет структуру и функции ландшафтов?
Несколько руководящих принципов, лежащих в основе ландшафтной экологии, внесли большой вклад в планирование и сохранение наземных ландшафтов, но в морских системах наше понимание все еще находится в зачаточном состоянии. Первая книга по экологии морских пейзажей вышла в декабре 2018 года. [23]
Морские пейзажи в широком смысле определяются как пространственно неоднородные и динамичные пространства, которые можно очертить в широком диапазоне масштабов во времени и пространстве. Что касается морских ландшафтов, определенных единицами отбора проб, то 1 м 2 квадрант может быть действительной единицей выборки морского ландшафта (SSU), так же, как и 1-километровый квадрант. 2 аналитическое окно в географической информационной системе. Широкое разнообразие возможных фокусных масштабов морской экологии означает, что термин «морской пейзаж» не может использоваться как показатель масштаба или уровня организации.
Морские пейзажи
[ редактировать ]Море демонстрирует сложную пространственную структуру, которую можно нанести на карту и количественно оценить, например, градиенты растительных сообществ на приливных солончаках или сложную мозаику участков, типичных для коралловых рифов . [24] В открытом океане также можно легко измерить динамическую пространственную структуру в виде водных течений, водоворотов, температурных фронтов и пятен планктона. [25] [26] Физические процессы, такие как штормы, существенно влияют на пространственную структуру окружающей среды, а человеческая деятельность также может напрямую создавать структуру пятен, изменять мозаичную композицию и даже полностью удалять элементы морского пейзажа. Кроме того, вызванные изменением климата изменения в численности видов, связанные с изменением температуры воды и повышением уровня моря, приводят к постепенной реконфигурации географии видов и мест обитания.
Паттерны, выявленные с помощью устройств дистанционного зондирования, чаще всего картируются и представляются с использованием двух типов моделей: (1) наборов дискретных участков, образующих мозаику, например, представленных на двухмерной карте бентической среды обитания, или (2) непрерывно меняющихся градиентов на трехмерной карте. модели местности, например, в батиметрических данных дистанционного зондирования. [27] [28] В ландшафтной экологии участки можно разделить на бинарную матричную модель, основанную на теории островной биогеографии, где очаговый тип участка среды обитания (например, морские травы) окружен негостеприимной матрицей (например, песком), или на мозаику из взаимосвязанных участков. где взаимодействие частей влияет на экологическую функцию всей мозаики. Модели пятен и градиентов дали важную информацию о пространственной экологии морских видов и биоразнообразия.
Масштаб имеет значение
[ редактировать ]Масштаб, пространственные или временные измерения явления, занимают центральное место в экологии морских ландшафтов, и эта тема пронизывает все применения подхода экологии морских ландшафтов, от концептуальных моделей до планирования отбора проб, анализа и интерпретации результатов. [29] Реакция видов и стадий жизни на неоднородность и градиенты структуры окружающей среды, вероятно, будет зависеть от масштаба, поэтому выбор масштаба является важной задачей в любом экологическом исследовании. Экология морских пейзажей признает, что решения, принятые для масштабирования экологических исследований, влияют на нашу точку зрения и, в конечном итоге, на наше понимание экологических моделей и процессов. [30] Исторически сложилось так, что морские ученые играли значительную роль в разъяснении важности масштаба в экологии. [31]
В 1963 году физик-океанограф Генри Стоммел опубликовал концептуальную диаграмму, которая оказала глубокое влияние на все науки об окружающей среде. [32] Диаграмма [33] изображены изменения высоты уровня моря в пространственных масштабах от сантиметров до масштабов планеты и во временных масштабах от секунд до десятков тысячелетий. [34] Океанограф Джон Стил (1978) адаптировал диаграмму Стоммела для изображения пространственных и временных масштабов неоднородности фитопланктона , зоопланктона и рыб .
Измерение структуры среды обитания в нескольких масштабах типично для экологии морских ландшафтов, особенно там, где единый значимый масштаб неизвестен или не имеет значения для представляющего интерес экологического процесса. Многомасштабные измерения были использованы для определения масштаба, в котором популяции связаны с ключевыми особенностями среды обитания. [35] [36] Что касается масштабирования морских пейзажей, один из подходов заключается в выборе пространственных и временных масштабов, которые будут экологически значимыми для движений организма или других представляющих интерес процессов. [37]
Отсутствие информации или отсутствие постоянного наблюдения за тем, как животные используют пространство во времени, слишком часто может привести к недостаточному учету контекста морского ландшафта, что потенциально может привести к ошибочным выводам об основных движущих силах экологических моделей и процессов. Питтман и Макэлпайн (2003) [38] предлагают многоуровневую основу для масштабирования экологических исследований, которая объединяет теорию иерархии с экологией движения и концепцией экологических кварталов. [39] Здесь фокусный масштаб определяется пространственными и временными масштабами, имеющими отношение к интересующему экологическому процессу. Фокальный масштаб вложен в пространственную иерархию, которая включает закономерности и процессы как в более мелких, так и в более широких масштабах. [40]
Связь с рыболовством и инкубаториями
[ редактировать ]Понимание экологии морского ландшафта важно при изучении развития молоди рыб, особенно при исследовании эстуариев . Предыдущие исследования функции нагула преимущественно были сосредоточены на отдельных средах обитания или конкретных видах, при этом не хватало полного понимания сложных взаимоотношений внутри и между различными участками среды обитания. [41] [42] [43] Это вызывает беспокойство из-за частых онкогенных сдвигов. [ нужны разъяснения ] наблюдается у многих молодых видов, что заставляет их использовать несколько сред обитания на протяжении всех фаз развития. Различные среды обитания, включая корни мангровых зарослей, макроводоросли, морские травы и другие, предлагают различные услуги и ресурсы, имеющие решающее значение для развития молоди рыб. Неспособность принять во внимание всю совокупность местообитаний, занятых во время освоения, может помешать экологам и управляющим ресурсами эффективно оценить природоохранную ценность и приоритетность эстуарных регионов.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Питтман С.Дж., Винс Дж.А., Ву Дж., Урбан Д.Л. (2018) Глава 16: Взгляды ландшафтного эколога на экологию морских ландшафтов. стр485-494. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Джон Уайли и сыновья, ООО
- ^ Питтман С.Дж. (2018) Глава 1: Знакомство с экологией морских пейзажей. п3-25. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Джон Уайли и сыновья, ООО
- ^ Соуза WP (1979) Нарушение морских приливных полей валунов: неравновесное поддержание видового разнообразия. Экология 60 (6): 1225–1239.
- ^ Пейн Р.Т., Левин С.А. (1981)Приливные ландшафты: нарушение и динамика структуры. Экологические монографии 51 (2): 145–178.
- ^ Уолш В.Дж. (1985)Динамика сообществ рифовых рыб на небольших искусственных рифах: влияние изоляции, структура среды обитания и биогеография. Бюллетень морской науки 36 (2): 357–376.
- ^ Стил Дж. Х. (1989) Океанский «пейзаж». Ландшафтная экология 3 (3–4): 185–192.
- ^ Джонс Г. П., Эндрю Н. Л. (1992) Рифы умеренного пояса и масштабы экологии морских пейзажей. В Баттерсхилле, штат Коннектикут, Шил Д.Р., Джонс Г.П., Криз Р.Г., МакДиармид А.Б. (редакторы) 2-й Международный симпозиум по рифам умеренного пояса (7–10 января 1992 г.). NIWA Marine, Окленд, стр. 63–76.
- ^ Питтман С.Дж., Кнейб Р.Т., Сименстад К. (2011) Практика экологии прибрежных морских пейзажей. Прогресс морской экологии, серия 427, 187–190.
- ^ Олдс А.Д., Коннолли Р.М., Питт К.А., Питтман С.Дж., Максвелл П.С., Хейберс К.М., Мур Б.Р., Альберт С., Риссик Д., Бэбкок Р.К., Шлахер Т.А. (2016) Количественная оценка природоохранной ценности связности морских ландшафтов: глобальный синтез. Глобальная экология и биогеография 25(1):3-15.
- ^ Питтман С.Дж., Лепчик К.А., Веддинг Л.М., Паррейн С. (2018) Глава 12: Развитие целостного системного подхода в прикладной экологии морских ландшафтов. стр367-389. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Уайли и сыновья, ООО
- ^ Янг М.А., Веддинг Л.М., Карр М.Х. (2017) Применение ландшафтной экологии для проектирования и оценки сетей морских охраняемых территорий. стр. 429-464. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Уайли и сыновья, ООО
- ^ Макартур Р.Х., Уилсон Э.О. (1967) Теория биогеографии островов. Монографии по популяционной биологии. Издательство Принстонского университета, Принстон, Нью-Джерси.
- ^ Симберлофф Д.С. (1974) Теория равновесия островной биогеографии и экологии. Ежегодный обзор экологии и систематики, 5 (1), стр. 161–182.
- ^ Стил Дж. Х. (1978) Пространственная структура планктонных сообществ. Пленум Пресс, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.
- ^ Molles MC Jr (1978)Разнообразие видов рыб на модельных и естественных рифовых участках: экспериментальная островная биогеография. Экологические монографии 48: 289–305.
- ^ Пейн Р.Т., Левин С.А. (1981)Приливные ландшафты: нарушение и динамика структуры.Экологические монографии 51 (2): 145–178.
- ^ McNeill SE, Fairweather PG (1993) Один большой или несколько небольших морских заповедников? Экспериментальный подход с фауной морских водорослей. Журнал биогеографии 1: 429–440.
- ^ Роббинс Б.Д., Белл С.С. (1994) Ландшафты морских водорослей: наземный подход к морской сублиторальной среде. Тенденции в экологии и эволюции 9 (8): 301–314.
- ^ Идальго М., Секор Д.Х., Броуман Х.И. (2016) Наблюдение за морскими пейзажами и управление ими: связь синоптической океанографии, экологических процессов и геопространственного моделирования. Журнал ICES морской науки, 73 (7), стр. 1825–1830.
- ^ Кавано М.Т., Хейлз Б., Сарасено М., Спитц Ю.Х., Уайт А.Э., Летелье Р.М. (2014) Иерархические и динамические морские пейзажи: количественная основа для масштабирования пелагической биогеохимии и экологии. Прогресс в океанографии, 120, стр. 291–304.
- ^ Весы К.Л., Альварес-Берастеги Д., Эмблинг С., Ингрэм С. (2018) Глава 3: Пелагические морские пейзажи. стр57-88. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Уайли и сыновья, ООО
- ^ Белл СС, Маккой ЭД, Мушинский ХР (EDS.). 1991. Структура среды обитания: физическое расположение объектов в пространстве. Чепмен и Холл, Лондон, Великобритания
- ^ Экология морского пейзажа под редакцией Саймона Дж. Питтмана http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-1119084431.html
- ^ Коста Б., Уокер Б.К., Дейкстра Дж.А. (2018) Глава 2: Картирование и количественная оценка моделей морского ландшафта. стр27-56. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Уайли и сыновья, ООО
- ^ Бакун А. (1996) Закономерности в океане: океанические процессы и динамика морского населения.Морской грант Калифорнийского университета, Сан-Диего, Калифорния, США, в сотрудничестве сСеверо-Западный центр биологических исследований, Ла-Пас, Южная Нижняя Калифорния, Мексика.
- ^ Весы К.Л., Альварес-Берастеги Д., Эмблинг С., Ингрэм С. (2018) Глава 3: Пелагические морские пейзажи. стр57-88. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Уайли и сыновья, ООО
- ^ МакГаригал К., Тагил С., Кушман С.А. (2009)Метрики поверхности: альтернатива метрикам участков для количественной оценки структуры ландшафта. Ландшафтная экология 24 (3): 433–450.
- ^ Веддинг Л., Лепчик С., Питтман С., Фридлендер А., Йоргенсен С. (2011) Количественная оценка структуры морского ландшафта: распространение показателей наземной пространственной структуры на морскую сферу. Серия «Прогресс морской экологии» 427: 219–232.
- ^ Шнайдер, округ Колумбия (2001) Возникновение концепции масштаба в экологии: концепция масштаба развивается от словесного выражения к количественному выражению. BioScience 51(7): 545–553.
- ^ Левин С.А. (1992) Проблема структуры и масштаба в экологии. Экология 73: 1943–1967.
- ^ Schneider DC (2018) Глава 4: Масштаб и масштабирование в экологии морских пейзажей. стр89-117. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Уайли и сыновья, ООО
- ^ Вэнс Т.К., Доэл Р.Э. (2010) Графические методы и научная практика времен холодной войны: интригующее путешествие диаграммы Стоммела от физических к биологическим наукам об окружающей среде. Исторические исследования в области естественных наук 40: 1–47.
- ^ Стоммел Х (1963) Разнообразие океанографического опыта. Наука 139: 572–576.
- ^ Schneider DC (2018) Глава 4: Масштаб и масштабирование в экологии морских пейзажей. стр89-117. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Уайли и сыновья, ООО
- ^ Шнайдер, округ Колумбия, Пиатт Дж. Ф. (1986) Зависимая от масштаба корреляция морских птиц со стайной рыбой в прибрежной экосистеме. Серия «Морской экологический прогресс» 32: 237–246.
- ^ Питтман С.Дж., Браун К.А. (2011)Многомасштабный подход к прогнозированию распределения видов рыб по морским ландшафтам коралловых рифов. PLoS ONE 6(5): e20583.
- ^ Питтман С.Дж., Хайл С.Д., Калдоу, К. и Монако М.Э. (2007) Использование типов морских пейзажей для объяснения пространственных моделей рыб, использующих мангровые заросли в Пуэрто-Рико. Прогресс морской экологии, серия 348, 273-284
- ^ Питтман С. Дж. и Макэлпайн Калифорния (2003) Передвижение морских рыб и десятиногих ракообразных: процесс, теория и применение. Достижения морской биологии 44, 205–294.
- ^ Аддикотт Дж. Ф., Ахо Дж. М., Антолин М. Ф., Падилья Д. К., Ричардсон Дж. С., Солук Д. А. (1987) Экологические районы: масштабирование экологических моделей. Ойкос 1:340-346.
- ^ Питтман С.Дж., Дэвис Б., Сантос-Корухо Р.О. (2018) Глава 7: Передвижение животных по морскому пейзажу: интеграция экологии движения с экологией морского пейзажа. стр189-227. В Питтман С.Дж. (ред.) Экология морского пейзажа. Джон Уайли и сыновья, ООО
- ^ Нагелькеркен, Иван; Шивс, Маркус; Бейкер, Рональд; Коннолли, Род М. (июнь 2015 г.). «Питомник морских пейзажей: новый пространственный подход к выявлению и управлению питомниками прибрежной морской фауны» . Рыба и рыболовство . 16 (2): 362–371. дои : 10.1111/faf.12057 . hdl : 10072/60422 . ISSN 1467-2960 .
- ^ Лефчек, Джонатан С.; Хьюз, Брент Б.; Джонсон, Эндрю Дж.; Пфиррманн, Брюс В.; Рашер, Дуглас Б.; Смит, Эшли Р.; Уильямс, Бетани Л.; Бек, Майкл В.; Орт, Роберт Дж. (сентябрь 2019 г.). «Являются ли прибрежные места обитания важными рассадниками? Метаанализ» . Письма о сохранении . 12 (4). дои : 10.1111/conl.12645 . ISSN 1755-263X .
- ^ Чимни, Адриан; Дирич, Лоуренс; Руане, Элоди; Аструч, Патрик; Гужар, Адриан; Бланфуне, Орели; Боном, Денис; Чассен, Лорелин; Жувенель, Жан-Ив; Руиттон, Сандрин; Тибо, Тьерри; Армелен-Вивьен, Мирей (16 июля 2021 г.). «Все мелководные прибрежные места обитания служат рассадниками молоди средиземноморской рыбы» . Научные отчеты . 11 (1): 14631. doi : 10.1038/s41598-021-93557-2 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 8285385 . ПМИД 34272431 .