Ekologiska effekter av biologisk mångfald
Mångfalden av arter och gener i ekologiska samhällen påverkar hur dessa samhällen fungerar. Dessa ekologiska effekter av biologisk mångfald . påverkas i sin tur av både klimatförändringar genom ökade växthusgaser , aerosoler och förlust av marktäcke, och biologisk mångfald, vilket orsakar en snabb förlust av biologisk mångfald och utrotning av arter och lokala populationer Den nuvarande hastigheten av utrotning anses ibland vara en massutdöende , med nuvarande artutrotningshastigheter i storleksordningen 100 till 1000 gånger så höga som tidigare.
De två huvudområdena där den biologiska mångfaldens effekt på ekosystemfunktionen har studerats är förhållandet mellan mångfald och produktivitet, och förhållandet mellan mångfald och samhällens stabilitet. Mer biologiskt mångfaldiga samhällen verkar vara mer produktiva (i termer av biomassaproduktion ) än mindre mångfaldiga samhällen, och de verkar vara mer stabila inför störningar.
Även djur som bor i ett område kan förändra överlevnadsförhållandena genom faktorer som assimileras av klimatet.
Definitioner
För att förstå vilka effekter förändringar i biologisk mångfald kommer att ha på ekosystemens funktion är det viktigt att definiera några termer. Biologisk mångfald är inte lätt att definiera, men kan ses som antalet och/eller jämnheten av gener , arter och ekosystem i en region . Denna definition inkluderar genetisk mångfald , eller mångfalden av gener inom en art, artdiversitet , eller mångfalden av arter inom en livsmiljö eller region, och ekosystemdiversitet, eller mångfalden av livsmiljöer inom en region.
Två saker som vanligtvis mäts i relation till förändringar i mångfald är produktivitet och stabilitet . Produktivitet är ett mått på ekosystemets funktion. Det mäts i allmänhet genom att ta den totala biomassan ovan jord för alla växter i ett område. Många antar att det kan användas som en allmän indikator på ekosystems funktion och att total resursanvändning och andra indikatorer på ekosystems funktion är korrelerade med produktivitet.
Stabilitet är mycket svårare att definiera, men kan generellt tänkas på två sätt. Allmän stabilitet för en befolkning är ett mått som antar att stabiliteten är högre om det finns mindre chans att utrotas. Denna typ av stabilitet mäts i allmänhet genom att mäta variationen av aggregerade samhällsegenskaper, som total biomassa, över tiden. Den andra definitionen av stabilitet är ett mått på resiliens och motstånd, där ett ekosystem som snabbt återgår till en jämvikt efter en störning eller motstår invasion anses vara mer stabilt än ett som inte gör det.
Produktivitet och stabilitet som indikatorer på ekosystems hälsa
Betydelsen av stabilitet i samhällsekologin är tydlig. Ett instabilt ekosystem kommer att vara mer benägna att förlora arter. Således, om det verkligen finns ett samband mellan mångfald och stabilitet, är det troligt att förluster av mångfald kan återkoppla sig själva och orsaka ännu fler förluster av arter. Produktivitet har å andra sidan en mindre tydlig betydelse i samhällsekologin. I förvaltade områden som odlingsmark och i områden där djur odlas eller fångas, ökar produktiviteten den ekonomiska framgången för området och innebär att området har blivit mer effektivt, vilket leder till möjlig långsiktig resurshållbarhet . Det är svårare att finna vikten av produktivitet i naturliga ekosystem.
Utöver det värde som biologisk mångfald har för att reglera och stabilisera ekosystemprocesser, finns det direkta ekonomiska konsekvenser av att förlora mångfald i vissa ekosystem och i världen som helhet. Att förlora arter innebär att förlora potentiella livsmedel , mediciner , industriprodukter och turism , som alla har en direkt ekonomisk effekt på människors liv.
Effekter på samhällets produktivitet
- Komplementaritet Samexistens av växtarter tros vara resultatet av nischuppdelning eller skillnader i resursbehov mellan arter. Genom komplementaritet bör ett mer mångsidigt växtsamhälle kunna använda resurser mer fullständigt och därmed vara mer produktivt. Även kallad nischdifferentiering, är denna mekanism en central princip i den funktionella gruppansatsen , som bryter ner arternas mångfald i funktionella komponenter.
- Facilitation Facilitation är en mekanism där vissa arter hjälper eller låter andra arter växa genom att modifiera miljön på ett sätt som är gynnsamt för en samförekommande art. Växter kan interagera genom en mellanhand som kväve, vatten, temperatur, utrymme eller interaktioner med ogräs eller växtätare bland andra. Några exempel på underlättande inkluderar stora ökenperenner som fungerar som sköterska växter, som hjälper till att etablera unga grannar till andra arter genom att lindra vatten- och temperaturstress, och näringsberikning med kvävefixare som baljväxter.
- Provtagningseffekten Provtagningseffekten av mångfald kan tänkas ha en större chans att inkludera en art med störst inneboende produktivitet i en tomt som är mer mångsidig. Detta ger en sammansättningseffekt på produktiviteten, snarare än att mångfald är en direkt orsak. Provtagningseffekten kan dock i själva verket vara en sammanställning av olika effekter. Provtagningseffekten kan separeras i den större sannolikheten för att välja en art som är 1) väl anpassad till särskilda platsförhållanden eller 2) med en större inneboende produktivitet. Dessutom kan man lägga till provtagningseffekten en större sannolikhet att inkludera 3) ett par arter som i hög grad kompletterar varandra, eller 4) en viss art med en stor underlättande effekt på andra medlemmar av samhället.
Granskning av data
Fältexperiment för att testa i vilken grad mångfald påverkar samhällets produktivitet har haft varierande resultat, men många långtidsstudier i gräsmarksekosystem har visat att mångfald verkligen förbättrar ekosystemens produktivitet. Dessutom har bevis på detta förhållande också hittats i gräsmarksmikrokosmos. De olika resultaten mellan studierna kan delvis bero på deras beroende av prover med lika artdiversitet snarare än artdiversiteter som speglar de som observerats i miljön. Ett experiment från 2006 som utnyttjade en realistisk variation i artsammansättning för sina gräsmarksprover fann ett positivt samband mellan ökad mångfald och ökad produktion.
Dessa studier har dock kommit till olika slutsatser om huruvida orsaken mer berodde på mångfald eller artsammansättning . Specifikt kan en mångfald i arternas funktionella roller vara en viktigare egenskap för att förutsäga produktivitet än mångfalden i artantal. Nya matematiska modeller har belyst vikten av ekologisk kontext för att reda ut detta problem. Vissa modeller har indikerat betydelsen av störningshastigheter och rumslig heterogenitet i miljön, andra har indikerat att tiden efter störning och livsmiljöns bärförmåga kan orsaka olika samband. Varje ekologiskt sammanhang bör inte bara ge ett annat förhållande, utan ett annat bidrag till förhållandet på grund av mångfald och sammansättning. Den nuvarande konsensus håller åtminstone att vissa kombinationer av arter ger ökad gemenskapsproduktivitet.
Framtida forskning
För att korrekt kunna identifiera konsekvenserna av mångfald på produktivitet och andra ekosystemprocesser måste många saker hända. För det första är det absolut nödvändigt att forskare slutar leta efter ett enda förhållande. Det är nu uppenbart från modellerna, data och teorin att det inte finns någon övergripande effekt av mångfald på produktiviteten [ citat behövs ] . Forskare måste försöka kvantifiera skillnaderna mellan sammansättningseffekt och mångfaldseffekter, eftersom många experiment aldrig kvantifierar den slutgiltiga realiserade artdiversiteten (istället bara räknar antalet arter av planterade frön) och blandar ihop en provtagningseffekt för facilitatorer (en sammansättningsfaktor) med mångfaldseffekter .
Relativa mängder överavkastning (eller hur mycket mer en art växer när den odlas med andra arter än den gör i monokultur) bör användas snarare än absoluta mängder eftersom relativ överavkastning kan ge ledtrådar om den mekanism genom vilken mångfald påverkar produktiviteten, men om det är experimentellt protokoll är ofullständiga, kan man kanske indikera förekomsten av en komplementär eller underlättande effekt i experimentet, men inte kunna känna igen dess orsak. Experimentörer bör veta vad målet med deras experiment är, det vill säga om det är avsett att informera naturliga eller förvaltade ekosystem, eftersom provtagningseffekten bara kan vara en verklig effekt av mångfald i naturliga ekosystem (hanterade ekosystem är sammansatta för att maximera komplementaritet och underlättande oavsett artnummer). Genom att veta detta bör de kunna välja rumsliga och tidsmässiga skalor som är lämpliga för deras experiment. Slutligen, för att lösa debatten om mångfald-funktion, är det tillrådligt att experiment görs med stora mängder rumslig och resursheterogenitet och miljöfluktuationer över tid, eftersom dessa typer av experiment lättare borde kunna demonstrera mångfald-funktionssambandet.
Effekter på samhällets stabilitet
- Genomsnittlig effekt Om alla arter har olika reaktioner på förändringar i ekosystemet över tid, kommer medelvärdet av dessa svar att orsaka ett mer tidsmässigt stabilt ekosystem om fler arter finns i ekosystemet. Denna effekt är en statistisk effekt på grund av summering av slumpvariabler .
- Negativ samvarianseffekt Om vissa arter klarar sig bättre när andra arter inte mår bra, då när det finns fler arter i ekosystemet, kommer deras totala varians att vara lägre än om det fanns färre arter i systemet. Denna lägre varians indikerar högre stabilitet. Denna effekt är en konsekvens av konkurrens eftersom mycket konkurrenskraftiga arter kommer att samvariera negativt .
- Försäkringseffekt Om ett ekosystem innehåller fler arter kommer det att ha större sannolikhet att ha överflödiga stabiliserande arter, och det kommer att ha ett större antal arter som reagerar på störningar på olika sätt. Detta kommer att förbättra ett ekosystems förmåga att buffra störningar.
- Motstånd mot invasion Olika samhällen kan använda resurser mer fullständigt än enkla samhällen på grund av en mångfaldseffekt för komplementaritet. Således inkräktare ha minskad framgång i olika ekosystem, eller så kan det finnas en minskad sannolikhet att en invaderande art kommer att introducera en ny egenskap eller process till ett mångsidigt ekosystem.
- Resistens mot sjukdomar Ett minskat antal konkurrerande växtarter kan tillåta att förekomsten av andra arter ökar, vilket underlättar spridningen av sjukdomar hos dessa arter.
Granskning av tidsstabilitetsdata
Modeller har förutspått att empiriska samband mellan tidsmässig variation av samhällets produktivitet och artmångfald verkligen är verkliga, och att de nästan måste vara det. Vissa tidsstabilitetsdata kan nästan helt förklaras av medelvärdeseffekten genom att konstruera nollmodeller att testa data mot. Konkurrens, som orsakar negativa kovarianser, tjänar bara till att stärka dessa relationer.
Granskning av resistens- och resiliensstabilitetsdata
Detta område är mer omtvistat än området för tidsstabilitet, mest för att vissa har försökt generalisera resultaten av de tidsmässiga stabilitetsmodellerna och teorin till stabilitet i allmänhet. Även om förhållandet mellan tidsmässiga variationer i produktivitet och mångfald har en matematisk orsak, vilket gör att förhållandet kan ses mycket oftare än inte, är det inte fallet med motstånds-/resiliensstabilitet. Vissa försöksledare har sett ett samband mellan mångfald och minskad invasibilitet, även om många också har sett motsatsen. Korrelationen mellan mångfald och sjukdom är också svag, även om teori och data verkar stödja det.
Framtida forskning
För att bättre kunna förstå effekterna av mångfald på ekosystemens tidsmässiga stabilitet är det nödvändigt att inse att de kommer att inträffa. Genom att konstruera nollmodeller för att testa data mot (som i Doak et al. 1998) blir det möjligt att hitta situationer och ekologiska sammanhang där ekosystemen blir mer eller mindre stabila än de borde vara. Att hitta dessa sammanhang skulle möjliggöra mekanistiska studier av varför dessa ekosystem är mer stabila, vilket kan möjliggöra tillämpningar inom bevarandeförvaltning .
Ännu viktigare, mer kompletta experiment om huruvida olika ekosystem faktiskt motstår invasion och sjukdomar bättre än deras mindre olika motsvarigheter, eftersom invasion och sjukdom är två viktiga faktorer som leder till att arter utrotas i dag.
Teori och preliminära effekter från att undersöka näringsnät
Ett stort problem med debatterna om både mångfald-produktivitet och mångfald-stabilitet som diskuterats fram till denna punkt är att båda fokuserar på interaktioner på bara en trofisk nivå . Det vill säga, de berör endast en nivå av näringsväven, nämligen växter. Annan forskning, som inte bryr sig om effekterna av mångfald, har visat stark top-down forcering av ekosystem (se keystone arter ) . Det finns mycket lite faktisk data tillgänglig om effekterna av olika näringsvävar, men teorin hjälper oss på detta område. första , borde om ett näringsnät i ett ekosystem har mycket svag interaktion mellan olika arter, den ha mer stabila populationer och samhället som helhet borde vara mer stabilt. Om de övre nivåerna av nätet är mer mångfaldiga kommer det att finnas mindre biomassa i de lägre nivåerna och om de lägre nivåerna är mer mångsidiga kommer de bättre att kunna motstå konsumtion och vara mer stabila inför konsumtion. Också, top-down forcering bör minskas i mindre olika ekosystem på grund av partiskheten för arter i högre trofiska nivåer att dö ut först. Slutligen har det nyligen visat sig att konsumenter dramatiskt kan förändra relationerna biologisk mångfald-produktivitet-stabilitet som enbart antyds av växter. Det kommer därför att vara viktigt i framtiden att införliva teorin om näringsväv i den framtida studien av effekterna av biologisk mångfald. Dessutom kommer denna komplexitet att behöva tas upp när man utformar planer för förvaltning av biologisk mångfald.