Łączność krajobrazowa

W ekologii krajobrazu łączność krajobrazu to ogólnie „ stopień, w jakim ułatwia lub utrudnia przemieszczanie się między płatami zasobów ”. krajobraz Alternatywnie, łączność może być ciągłą właściwością krajobrazu i być niezależną od płatów i ścieżek. Łączność obejmuje zarówno łączność strukturalną (fizyczne rozmieszczenie zakłóceń i/lub płatów), jak i łączność funkcjonalną (przemieszczanie się osobników przez kontury zakłóceń i/lub Łączność funkcjonalna obejmuje łączność rzeczywistą (wymaga obserwacji poszczególnych ruchów) oraz łączność potencjalną, w której ścieżki ruchu są szacowane na podstawie danych dotyczących historii życia.

Podobna, choć inna koncepcja, zaproponowana przez Jacquesa Baudry'ego, krajobraz powiązań , odnosi się do strukturalnych powiązań między elementami struktur przestrzennych krajobrazu, co dotyczy topologii cech krajobrazu, a nie procesów ekologicznych.

Definicja

Pojęcie „połączenia krajobrazu” zostało po raz pierwszy wprowadzone przez dr Graya Merriama w 1984 r. Merriam zauważył, że przemieszczanie się między płatami siedlisk nie jest jedynie funkcją atrybutów organizmu, ale także jakości elementów krajobrazu, przez które musi się poruszać. Aby podkreślić tę fundamentalną interakcję w określaniu określonej ścieżki przemieszczania się, Merriam (1984) zdefiniował łączność krajobrazu jako „stopień, w jakim absolutnej izolacji zapobiegają elementy krajobrazu, które pozwalają organizmom przemieszczać się między płatami siedlisk”. Dziewięć lat później Merriam i współpracownicy zmienili definicję, określając „stopień, w jakim krajobraz utrudnia lub ułatwia przemieszczanie się między fragmentami zasobów. Chociaż definicja ta niewątpliwie stała się najczęściej akceptowanym i cytowanym znaczeniem w literaturze naukowej, wielu autorów nadal tworzy własne definicje. Wraz z et al (1997) przedstawili swoją interpretację jako „funkcjonalny związek między płatami siedliska, wynikający z przestrzennego zarażania siedliska i odpowiedzi ruchowych organizmów na strukturę krajobrazu”, a Ament i in. (2014) zdefiniowali ją jako „stopień, w jakim krajobrazy regionalne, obejmujące różnorodne naturalne, półnaturalne i ukształtowane typy pokrycia terenu , sprzyjają przemieszczaniu się dzikich zwierząt i podtrzymywaniu procesów ekologicznych ”. Tak więc, chociaż w ciągu ostatnich 30 lat pojawiło się wiele definicji łączności krajobrazu, każdy nowy opis podkreśla zarówno strukturalny, jak i behawioralny element koncepcji łączności krajobrazu. Składnik fizyczny jest definiowany przez przestrzenną i czasową konfigurację elementów krajobrazu ( ukształtowanie terenu , pokrycie terenu i użytkowanie gruntów). typów), a składnik behawioralny jest definiowany przez reakcje behawioralne organizmów i/lub procesów na fizyczne rozmieszczenie elementów krajobrazu.

Znaczenie

Utrata siedlisk i fragmentacja siedlisk stały się wszechobecne zarówno w krajobrazach naturalnych, jak i zmodyfikowanych przez człowieka, co ma szkodliwe konsekwencje dla interakcji lokalnych gatunków i globalnej różnorodności biologicznej . Rozwój człowieka modyfikuje obecnie ponad 50% krajobrazu Ziemi, pozostawiając jedynie skrawki odizolowanych naturalnych lub półnaturalnych siedlisk dla milionów innych gatunków, z którymi dzielimy tę planetę. Utrata siedlisk przyrodniczych i fluktuacje wzorców krajobrazu to jeden z wielu problemów biogeografii i biologii konserwatorskiej. Wzorce różnorodności biologicznej i funkcji ekosystemów zmieniają się na całym świecie, powodując utratę łączności i integralności ekologicznej całej globalnej sieci ekologicznej . Utrata łączności może wpływać na jednostki, populacje i społeczności poprzez interakcje w obrębie gatunku, między gatunkami i między ekosystemami. Te interakcje wpływają na mechanizmy ekologiczne, takie jak przepływ składników odżywczych i energii, relacje drapieżnik-ofiara, zapylanie , rozsiewanie nasion , ratowanie demograficzne, unikanie chowu wsobnego , kolonizacja niezamieszkałych siedlisk, zmienione interakcje między gatunkami i rozprzestrzenianie się chorób. W związku z tym łączność krajobrazu ułatwia przemieszczanie się procesów biotycznych, takich jak przemieszczanie się zwierząt , rozmnażanie roślin i wymiana genetyczna , a także procesów abiotycznych, takich jak przepływ wody, energii i materiałów w obrębie ekosystemów i pomiędzy nimi.

Rodzaje ruchu zwierząt

Codzienne ruchy

W obrębie swojego zasięgu lub terytorium większość zwierząt musi codziennie przemieszczać się między wieloma pierwotnymi siedliskami w poszukiwaniu pożywienia i wszystkich potrzebnych im zasobów.

Migracja

Niektóre gatunki podróżują w różne miejsca przez cały rok, aby uzyskać dostęp do potrzebnych im zasobów. Przemieszczenia te są zwykle przewidywalne i wynikają ze zmian warunków środowiskowych w miejscu pierwotnego siedliska lub w celu ułatwienia dostępu do lęgowisk . Zachowania migracyjne obserwuje się u zwierząt lądowych, ptaków i gatunków morskich, a trasy, którymi podążają, są zwykle takie same rok po roku.

Rozproszenie

Jest to jednorazowe przemieszczanie się pewnych osobników z jednej populacji do drugiej w celu rozrodu. Te wymiany utrzymują genetyczną i demograficzną różnorodność wśród populacji.

Ruch zakłócający

Jest to nieprzewidywalne przemieszczanie się osobników lub populacji do nowych lokalizacji odpowiednich siedlisk z powodu zakłóceń w środowisku. Poważne zakłócenia, takie jak pożary, klęski żywiołowe, rozwój człowieka i zmiana klimatu, mogą wpływać na jakość i rozmieszczenie siedlisk oraz powodować konieczność przemieszczania się gatunków do nowych miejsc odpowiednich siedlisk.

Przypadkowy ruch

Przemieszczanie się gatunków na obszarach typowo użytkowanych przez ludzi. Należą do nich pasy zieleni , systemy szlaków rekreacyjnych, żywopłoty i pola golfowe .

Zachowanie łączności

Zachowanie lub tworzenie połączeń krajobrazowych jest coraz częściej uznawane za kluczową strategię ochrony różnorodności biologicznej, utrzymania żywotnych ekosystemów i populacji dzikich zwierząt oraz ułatwiania przemieszczania się i adaptacji populacji dzikich zwierząt w obliczu zmian klimatu . Stopień, w jakim krajobrazy są ze sobą powiązane, determinuje ogólną ilość przemieszczania się w obrębie i pomiędzy lokalnymi populacjami. Ta łączność ma wpływ na przepływ genów , lokalną adaptację , ryzyko wyginięcia, prawdopodobieństwo kolonizacji oraz potencjał organizmów do przemieszczania się i przystosowania do zmian klimatycznych. Wraz z utratą i fragmentacją siedlisk, które coraz bardziej niszczą siedliska przyrodnicze, rozmiary i izolacja pozostałych fragmentów siedlisk mają szczególne znaczenie dla długoterminowej ochrony różnorodności biologicznej.

Zatem łączność między tymi pozostałymi fragmentami, jak również cechy otaczającej matrycy oraz przepuszczalność i struktura obrzeży siedlisk są ważne dla zachowania różnorodności biologicznej i wpływają na ogólną trwałość, siłę i integralność pozostałych interakcji ekologicznych .

Kwantyfikacja połączeń krajobrazowych

Ponieważ definicja łączności krajobrazu obejmuje zarówno komponent fizyczny, jak i behawioralny, ilościowe określenie łączności krajobrazu jest w konsekwencji specyficzne dla organizmu, procesu i krajobrazu. Według (Wiens i Milne, 1989) pierwszym krokiem w procesie kwantyfikacji spójności krajobrazu jest zdefiniowanie konkretnego siedliska lub sieci siedlisk gatunków ogniskowych, a następnie opisanie elementów krajobrazu z jego punktu widzenia. Kolejnym krokiem jest określenie skali struktury krajobrazu postrzeganej przez organizm . Jest to definiowane jako skala, w jakiej gatunek reaguje na szereg elementów krajobrazu, poprzez zachowania ruchowe na małą skalę (ziarno) i na dużą skalę (zasięg). Na koniec określa się, w jaki sposób gatunek reaguje na różne elementy krajobrazu. Obejmuje to wzorzec przemieszczania się gatunku oparty na reakcjach behawioralnych na ryzyko śmiertelności elementów krajobrazu, w tym barier i obrzeży siedlisk.

Sieci krajobrazowe można konstruować w oparciu o liniową zależność między wielkością zasięgu występowania gatunku a odległością jego rozprzestrzeniania się. Na przykład małe ssaki będą miały mały zasięg i krótkie odległości rozprzestrzeniania się, a duże będą miały większy zasięg i duże odległości rozprzestrzeniania się. Krótko mówiąc, ta zależność może pomóc w skalowaniu i konstruowaniu sieci krajobrazowych w oparciu o rozmiar ciała ssaków.

Metryki łączności

Chociaż łączność jest koncepcją intuicyjną, nie ma jednej konsekwentnie stosowanej miary łączności. Teorie łączności obejmują rozważenie zarówno binarnych reprezentacji łączności poprzez „ korytarze ” i „powiązania”, jak i ciągłych reprezentacji łączności, które obejmują stan binarny jako podzbiór

Ogólnie metryki łączności można podzielić na trzy kategorie:

Wskaźniki łączności strukturalnej opierają się na właściwościach fizycznych krajobrazów, które obejmują ideę płatów (rozmiar, liczba płatów, średnia odległość od siebie) i względne zaburzenia (konstrukcje ludzkie, takie jak drogi, parcelacja, miejskie/rolnicze użytkowanie gruntów, Populacja ludzka).
Potencjalne wskaźniki łączności opierają się na strukturze krajobrazu, a także na niektórych podstawowych informacjach o zdolności badanego organizmu do rozprzestrzeniania się , takich jak średnia odległość rozprzestrzeniania się lub jądro rozprzestrzeniania się.
Rzeczywiste (zwane również zrealizowanymi lub funkcjonalnymi) wskaźniki łączności są mierzone na podstawie rzeczywistych ruchów jednostek wzdłuż i w poprzek konturów łączności, w tym między łatami (jeśli takie istnieją). Uwzględnia to rzeczywistą liczbę osobników urodzonych w różnych miejscach, ich wskaźniki reprodukcji i śmiertelność podczas rozproszenia. Niektórzy autorzy dokonują dalszego rozróżnienia na podstawie liczby osobników, które nie tylko rozpraszają się między stanowiskami, ale także przeżywają, aby się rozmnażać.

Oprogramowanie

Zazwyczaj „naturalna” forma łączności jako właściwość ekologiczna postrzegana przez organizmy jest modelowana jako ciągła powierzchnia przepuszczalności, która jest następstwem zakłócenia. Można to osiągnąć za pomocą większości systemów informacji geograficznej (GIS) zdolny do modelowania w formacie siatki/rastra. Krytycznym elementem tej formy modelowania jest rozpoznanie, że łączność i zakłócenia są postrzegane i reagowane w różny sposób przez różne organizmy i procesy ekologiczne. Ta różnorodność odpowiedzi jest jedną z najtrudniejszych części próby przedstawienia łączności w modelowaniu przestrzennym. Zazwyczaj najdokładniejsze modele połączeń dotyczą pojedynczych gatunków/procesów i są opracowywane na podstawie informacji o gatunkach/procesach. Istnieje niewiele, a często nie ma dowodów na to, że modele przestrzenne, w tym te opisane tutaj, mogą reprezentować łączność wielu gatunków lub procesów, które zajmują wiele naturalnych krajobrazów. Modele oparte na zakłóceniach są wykorzystywane jako podstawa binarnych reprezentacji łączności jako ścieżek/korytarzy/powiązań w krajobrazach opisanych poniżej.

Obwodnica

Circuitscape to program typu open source, który wykorzystuje teorię obwodów do przewidywania połączeń w heterogenicznych krajobrazach dla indywidualnego ruchu, przepływu genów i planowania ochrony. Teoria obwodów ma kilka zalet w porównaniu z popularnymi analitycznymi modelami łączności, w tym teoretyczne podstawy błądzenia losowego teoria i umiejętność oceny wkładu wielu ścieżek rozprzestrzeniania się. Krajobrazy są reprezentowane jako powierzchnie przewodzące, z niskimi oporami przypisanymi siedliskom, które są najbardziej przepuszczalne dla ruchu lub najlepiej sprzyjają przepływowi genów, a wysokie opory są przypisywane siedliskom o słabym rozprzestrzenianiu się lub barierom ruchu. Efektywne rezystancje, gęstości prądu i napięcia obliczone w krajobrazach można następnie powiązać z procesami ekologicznymi, takimi jak ruch indywidualny i przepływ genów.

Graphab

Graphab to aplikacja przeznaczona do modelowania sieci krajobrazowych. Składa się z czterech głównych modułów: budowanie grafu, w tym ładowanie początkowych danych krajobrazowych oraz identyfikacja płatów i powiązań; obliczanie metryk łączności z wykresu; połączenie między wykresem a egzogenicznym zbiorem danych punktowych; interfejs wizualny i kartograficzny. Graphab działa na każdym komputerze obsługującym Javę 1.6 lub nowszą (PC z systemem Linux, Windows, Mac...). Jest dystrybuowany bezpłatnie do użytku niekomercyjnego.

Zobacz też

Linki zewnętrzne