Projekt dynamiki biologicznej fragmentów lasu

Projekt zlokalizowany jest w pobliżu Manaus

Projekt Biological Dynamics of Forest Fragments Project ( BDFFP lub Projeto Dinâmica Biológica de Fragmentos Florestais, PDBFF, w języku portugalskim ) to zakrojony na szeroką skalę eksperyment ekologiczny badający wpływ fragmentacji siedlisk na tropikalne lasy deszczowe . Eksperyment, który powstał w 1979 roku, znajduje się w pobliżu Manaus w brazylijskiej dżungli amazońskiej . Projekt jest wspólnie zarządzany przez Centrum Różnorodności Biologicznej Amazonii i Brazylijski Instytut Badań Amazonii (INPA).

Projekt został zainicjowany w 1979 roku przez Thomasa Lovejoya w celu zbadania debaty SLOSS . Początkowo nazwany Projektem Minimalnego Krytycznego Rozmiaru Ekosystemów, projekt stworzył fragmenty lasów o rozmiarach 1 hektara (2 akry), 10 hektarów (25 akrów) i 100 hektarów (247 akrów). Dane zostały zebrane przed utworzeniem fragmentów, a badania skutków fragmentacji przekraczają obecnie 25 lat.

Według stanu na kwiecień 2020 r. w ramach projektu opublikowano 785 artykułów w czasopismach naukowych oraz ponad 150 prac dyplomowych i magisterskich.

Historia

Projekt Biological Dynamics of Forest Fragments Project (BDFFP) zrodził się z debaty SLOSS (pojedynczy duży lub kilka małych rezerwatów o równej powierzchni) w połowie lat 70. XX wieku na temat zastosowania teorii biogeografii wysp do planowania ochrony . Debata została zapoczątkowana, gdy Dan Simberloff i Larry Abele zakwestionowali wykorzystanie teorii biogeografii wysp do projektowania rezerwatów przyrody. Teoria opracowana przez Roberta MacArthura i EO Wilsona przewidywała, że ​​bogactwo gatunkowe wyspy wzrasta wraz ze wzrostem obszaru rezerwatu i zmniejszaniem się odległości do źródeł kolonizujących kontynent. Ustalono również, że ukształtowanie rezerwatu ma duże znaczenie dla różnorodności gatunkowej. Rezerwy o dużym stosunku krawędzi do powierzchni są zwykle bardziej podatne na efekty krawędzi niż rezerwy o małym stosunku krawędzi do powierzchni. Odległość między rezerwatami a siedliskiem otaczającym rezerwaty (matryca) może również wpływać na bogactwo i różnorodność gatunkową. Koncepcja została zastosowana do planowania rezerwatów przyrody, które w rzeczywistości są wyspami na morzu siedlisk stworzonych przez człowieka lub zdominowanych przez człowieka. Simberloff i Abele argumentowali, że chociaż mniejsze rezerwaty będą zawierać mniej gatunków niż większe rezerwaty, seria małych rezerwatów mogłaby teoretycznie pomieścić (chronić) tyle gatunków, co jeden duży rezerwat.

Pomimo pozornej logiki tych pomysłów, ekolodzy zakwestionowali wyniki debaty SLOSS z powodu braku krytycznego zbioru dowodów na ten temat. Wielu ekologów zaczęło prowadzić badania i eksperymenty na fragmentarycznych ekosystemach, aby wypełnić tę lukę, w tym Tom Lovejoy, który zaprojektował eksperyment na dużą skalę, który badał wpływ fragmentacji o różnych rozmiarach na zwierzęta, rośliny i procesy ekologiczne. Oryginalny pomysł zrodził się w 1977 roku. Celem Lovejoya podczas całego eksperymentu było uzyskanie wglądu w wpływ fragmentacji siedlisk na gatunki w tropikalnych lasach deszczowych. Nazwał go Projektem Minimalnego Krytycznego Rozmiaru Ekosystemów (nazwa została później zmieniona na Projekt Dynamiki Biologicznej Fragmentów Lasu).

W 1978 roku Lovejoy zatrudnił Roba Bierregaarda do realizacji projektu w terenie. W 1979 roku National Institute of Amazonian Research (INPA) poparł, a brazylijska National Research Council zatwierdziła eksperyment Lovejoya. Gdy tylko pozwolenia zostały przyznane, Bierregaard przeniósł się do Brazylii, aby rozpocząć projekt w lasach deszczowych na północ od Manaus. BDFFP rozpoczął się jako wspólny projekt między Brazylijskim Narodowym Instytutem Badań Amazonii i Światowym Funduszem na rzecz Dzikiej Przyrody. Obecnie jest to wspólny projekt INPA i Smithsonian Institution. BDFFP stało się jednym z najważniejszych badań fragmentacji w lasach tropikalnych, ponieważ jest to jedyne długoterminowe badanie z danymi przed utworzeniem fragmentów, przy czym oryginalne dane pochodzą z ciągłego lasu.

Rozwój projektu i hipoteza

Badanie fragmentacji siedlisk znalazło swoje korzenie wcześnie, wraz z pomysłami Aldo Leopolda dotyczącymi efektu krawędzi oraz badaniami i modelami biogeografii wysp Roberta MacArthura i EO Wilsona, które położyły podwaliny pod dziedzinę (Laurance i Bierregaard 1997). Koncepcje te oferują potencjalną przydatną i hipotetyczno-dedukcyjną wartość do badania fragmentacji lasów i zainspirowały debaty na temat projektowania rezerwatów siedliskowych.

Ogólnie rzecz biorąc, teoria biogeografii wysp stanowi zbiór przeplatających się idei (Harris 1984), opisujących wzorce zbiorowisk florystycznych i faunistycznych na wyspach morskich. Modeluje podstawowe procesy, takie jak rozprzestrzenianie się, różnorodność i dynamika populacji wysp w odniesieniu do ich powierzchni i odległości od innych wysp lub kontynentu. Teoretycznie fragmenty lasów nabierają cech wysp siedliskowych proporcjonalnie do stopnia i czasu ich izolacji (Harris 1984). Teoria biogeografii wysp i wnioski wyciągnięte z prawdziwej biogeografii wysp stanowią podstawę do opracowania strategii zarządzania i zajęcia się konkretnymi zmiennymi decyzyjnymi, takimi jak rozmiar rezerwatu, rozmieszczenie, umiejscowienie i środki ochronne (Harris 1984). Niemniej jednak zauważalną różnicą między wyspami oceanicznymi a wyspami lądowymi lub fragmentami jest istnienie lądu otaczającego lub między fragmentami, określanego jako matryca. Wpływ użytkowania i zarządzania tą przestrzenią jest przedmiotem ciągłych badań.

Obserwacje wpływu krawędzi na siedliska są również ważne, jeśli nie integralne, w badaniu skutków fragmentacji. Zaobserwowano, że wraz ze zmniejszaniem się odległości od krawędzi siedliska nasilają się zmiany w siedliskach i interakcjach troficznych, takie jak drapieżnictwo gniazd, zmniejszona wilgotność i wilgotność gleby, nasłonecznienie, zmniejszone bogactwo gatunków i zmiany w składzie gatunków. Stopień tych wpływów na fragmenty jest nadal badany. Ze względu na ogólnie wysoki stosunek krawędzi do powierzchni siedliska we fragmentach, zakłada się, że krawędzie mają szkodliwe skutki dla organizmów zamieszkujących fragmenty lasu.

Koncepcje te w dużej mierze zainspirowały debatę na temat rozmiaru rezerw SLOSS (pojedynczy duży lub kilka małych), którą próbuje rozwiązać projekt Minimal Critical Size of Ecosystem Project (obecnie znany jako BDFFP). Debata SLOSS jest ciągłą interdyscyplinarną dyskusją, w której społeczność naukowa próbuje zrozumieć i rozważyć zalety i wady różnej wielkości i rozmieszczenia rezerwatów w celu skutecznej ochrony ekosystemu: jeden duży rezerwat czy kilka małych? Rosnąca i powszechna utrata i fragmentacja siedlisk, wraz z debatą SLOSS, doprowadziły do ​​​​powstania pytań, na które pierwotnie starał się odpowiedzieć BDFFP. Ogólnie rzecz biorąc, celem Lovejoy przy tworzeniu projektu było określenie niezbędnej wielkości i rozmieszczenia rezerwatów dla skutecznej ochrony siedlisk i gatunków, stąd pierwotna nazwa projektu. Według książki Bierregaarda „ Lekcje z Amazonii ” Lovejoy oparł się na teorii biogeografii wysp i zadał trzy kluczowe pytania:

  1. Jaki wpływ ma rozmiar fragmentu na tempo wymierania gatunków?
  2. Czy lokalne tempo wymierania ostatecznie zwolni i zatrzyma się, wyrównując liczbę gatunków?
  3. Jak zmieniają się interakcje między gatunkami i zmiany demograficzne w wyniku zmniejszenia siedlisk?

Od tego czasu badania prowadzone na stanowisku BDFFP bardzo się różniły pod względem głównych celów i hipotez (Laurance i Bierregaard 1997). Oprócz rozmiaru, rozmieszczenia i rozmieszczenia rezerwatów ważne jest również zrozumienie i właściwe zarządzanie powiązaniami między fragmentacją siedlisk a trwałością ekosystemu (Bierregaard 2001). Badania nad efektami brzegowymi, wskaźnikami wymierania, interakcjami biotycznymi i abiotycznymi, czynnikami śmiertelności, jakością gleby i innymi badaniami prowadzonymi w tym miejscu dotyczą wpływu fragmentacji na różnorodność biologiczną i inne zmiany ekologiczne. Badane są również inne wymiary wpływające na ekosystemy, takie jak czynniki ekonomiczne i ludzkie. Wiele badań w BDFFP próbuje również znaleźć sposoby zastosowania badań do praktyk renowacji, ochrony i zarządzania lasami tropikalnymi. Pierwotne podstawowe pytanie o minimalną wielkość rezerw ekosystemowych zapoczątkowało niesamowitą różnorodność badań, które wciąż się rozwijają i różnicują.

Zakres badań

BDFFP obejmuje około 1000 km² brazylijskiego regionu Amazonii, położonego 70 km na północ od Manaus w Brazylii w Ameryce Południowej. Ten szczególny obszar Ameryki Południowej słynie z lasów tropikalnych i klimatu, a także z wysokiego poziomu różnorodności dzikich zwierząt.

Obszar o istotnym znaczeniu ekologicznym BDFFP , który obejmuje obszary badawcze, jest podzielony między gminy Manaus (3,61%) i Rio Preto da Eva (96,39%). Ma łączną powierzchnię 3288 hektarów (8120 akrów). Obszar badań znajduje się około 80 kilometrów (50 mil) na północ od miasta Manaus .

Średnio w dorzeczu Amazonki opady deszczu wynoszą od 1900 do 2500 milimetrów rocznie, podczas gdy średnia roczna temperatura wynosi 26°C z wyraźną porą suchą od czerwca do października. Inną charakterystyczną cechą lasów w BDFFP jest baldachim, który może sięgać od 30 do 37 metrów, a niektóre wynurzania sięgają nawet 55 metrów. Lasy te, zdominowane głównie przez palmy w podszycie, są domem dla ponad 1200 gatunków drzew w co najmniej 64 rodzinach.

Rezerwaty BDFFP znajdują się w niezalewowych tropikalnych nizinnych lasach deszczowych, gdzie gleby są ubogie w składniki odżywcze, a topografia waha się od 50 do 150 m npm. Chociaż obszar ten jest stosunkowo płaski, obejmuje trzy duże obszary dla bydła i zawiera 11 fragmentów lasów o powierzchni od 1 do 100 hektarów, otoczonych ciągłym lasem, który pełni funkcję kontrolnych eksperymentów (Laurance 2011).

Aby uzyskać szczegółowe zdjęcia badanego obszaru, odwiedź mapy INPA

We wczesnych latach 80-tych XX wieku wycinka i wypalanie doprowadziły do ​​izolacji fragmentów w odległości około 80-650 metrów od otaczającego nienaruszonego lasu , co było kilkakrotnie kontynuowane w trakcie eksperymentu ze względu na pomyślne odrastanie lasów wtórnych (Laurance 2011). Ostateczna izolacja rezerwatu miała miejsce w 1990 r., kiedy to udało się wyciąć i spalić pas o szerokości 200 metrów wokół rezerwatu Dimona.

Ważną cechą różnorodności dorzecza Amazonki jest to, że wiele gatunków jest rzadkich lub nieregularnie rozmieszczonych w całym lesie amazońskim. Wprowadza to zjawisko znane jako „efekt próbki”, które sugeruje, że nieobecność gatunków we fragmentach eksperymentalnych może wynikać z faktu, że nie były one obecne podczas tworzenia fragmentu, a nie ze zniknięcia (Laurance 2011). Efekt ten jest niezbędny do zrozumienia skutków fragmentacji lasów, ponieważ małe fragmenty nie mogą utrzymać dużych populacji z powodu konkurencji o zasoby i utraty siedlisk. Dlatego w eksperymencie jest mało prawdopodobne, aby w tych mniejszych fragmentach pojawiły się gatunki nieobecne na początku eksperymentu. Jednak niektóre organizmy pozostają stabilne, a nawet faworyzują obszary zaburzone. Mszaki liściaste, wędrowne pająki i żaby należą do gatunków, które pozostają stabilne, podczas gdy gatunki faworyzujące luki obejmują kolibry, motyle i liany. Ponieważ matryca otaczająca pojedyncze fragmenty nie jest całkowicie niegościnna dla niektórych gatunków, ważne jest zrozumienie, w jaki sposób rodzime dzikie zwierzęta mogą wykorzystywać te zmienione przez człowieka siedliska jako korytarze do rozprzestrzeniania się lub rozmnażania.

Przykładowe badania

Na stanowisku BDFFP przeprowadzono szeroki zakres badań skupiających się na wielu elementach wpływu fragmentacji na organizmy i warunki siedliskowe. Badane są przedmioty z różnych fauny i flory, w tym drzewa i inna flora, mikroorganizmy oraz różne kręgowce i bezkręgowce. Zbadano również chemię i rozwój gleby, a także czynniki ludzkie i środowiskowe we fragmentach. Poniżej podsumowano niektóre godne uwagi badania przeprowadzone na stronie BDFFP.

Efekty brzegowe

Efekty brzegowe to ogólny termin określający wpływ różnych siedlisk na granicy lub w jej pobliżu, gdzie się spotykają, czyli „krawędź”. Są ważnym czynnikiem w wielu siedliskach, zwłaszcza jeśli chodzi o siedliska fragmentaryczne, i są szeroko badane w terenie. Jednym z głównych badań przeprowadzonych na ten temat były „Związane z krawędziami zmiany w środowisku i reakcjach roślin w wyniku fragmentacji lasów w środkowej Amazonii” przeprowadzone przez Valerie Kapos, Elisę Wandelli, Jose Luisa Camargo i Gislene Ganade. Poniższe podsumowanie zostało podsumowane na stronach od 33 do 44 Tropikalnych pozostałości lasów: ekologia, zarządzanie i ochrona rozdrobnionych społeczności autorstwa WF Laurance i RO Bierregaard.

Główną zmianą spowodowaną fragmentacją siedliska jest zwiększenie proporcji krawędzi narażonych na inne siedliska, a znaczenie tej zmiany zależy w pewnym stopniu od kontrastu między pofragmentowanym siedliskiem a matrycą, w której występuje. Efekty brzegowe odgrywają również ważną rolę w środowisku regionalnym, a lasy amazońskie pomagają utrzymać cykle hydrologiczne poprzez ich rolę w ewapotranspiracji i ochronie gleby. W zależności od tego, w jakim stopniu wpływ osuszających warunków brzegowych z wyrębów (matrycy) przenika do lasu i jak reagują na to rośliny, można oczekiwać, że fragmenty lasu będą ewapotranspirować w większym stopniu niż równoważne obszary lasu ciągłego. Dlatego też niniejsze badania koncentrowały się na ocenie gradientów krawędziowych czynników wpływających na ewapotranspirację we fragmentach lasu oraz odpowiedzi roślin na nie. Zbadano również zmiany efektów krawędziowych w czasie.

Badanymi czynnikami były temperatura, deficyt prężności pary wodnej (VPD) i wilgotność gleby. W pracy porównano pomiary wykonane w różnych odległościach wzdłuż transektów od zachodniej izolowanej krawędzi w kierunku centrum rezerwatu z pomiarami wykonanymi na obszarach kontrolnych w odległości ponad 500 m od granicy lasu. W latach 1988-1990 monitorowano stosunki roślinność/woda w podszycie, pomiary wilgotności gleby prowadzono przez dziesięć miesięcy, mierzono rozmieszczenie roślin w podszycie, przeprowadzono badania mikroklimatyczne i ekspansji liści, a także badania struktury roślinności.

Zarówno w porze deszczowej, jak i suchej wilgotność gleby w transektach brzegowych była podobna do wilgotności w obszarach kontrolnych, z wyjątkiem samej krawędzi i w rejonie między 40 a 80 m od krawędzi. Potencjały wody w glebie poniżej punktu więdnięcia występowały w lesie w porze suchej, ale najbardziej suche punkty niekoniecznie znajdowały się w pobliżu krawędzi i nie znaleziono dowodów na przedłużającą się suszę. Zatem wszelkie skutki suszy brzegowej dla roślin muszą wynikać z połączonych skutków zmniejszonej wilgotności gleby i wyższego zapotrzebowania atmosferycznego przekraczającego moc dostarczania systemów naczyniowych, a raczej niedoboru wody na poziomie ekosystemu.

Reakcje roślin: W przypadku ekspansji liści w Duguetia nie było różnicy w tempie ekspansji liści między roślinami w strefach brzegowych i na obszarach kontrolnych. Przyglądając się, czy drzewa z baldachimem zamykają aparaty szparkowe, aby zmniejszyć utratę wody w odpowiedzi na zmienione środowisko, nie znaleźli żadnej różnicy między tymi dwoma lokalizacjami. Przyjrzeli się tej samej reakcji roślin podszytu i stwierdzili, że wyniki mogą sugerować, że gatunki podszytu miały większą efektywność wykorzystania wody w pobliżu skraju lasu. Ten wzorzec można wytłumaczyć albo większym mieszaniem powietrza spoza lasu z powietrzem podszytu, albo niższym tempem rozkładu, albo jednym i drugim, w pobliżu krawędzi. Przeanalizowano również strukturę roślinności. Odkryli, że wyraźne gradienty czynników środowiskowych związane z krawędziami ustąpiły miejsca bardziej złożonym wzorcom, co sugeruje pewien wpływ krawędzi. Chociaż niewiele było dowodów na wpływ krawędzi na stan wody roślinnej, rozmieszczenie co najmniej jednego gatunku podszytu sugeruje, że bliskość krawędzi jest niekorzystna.

Niektóre ogólne implikacje sugerowane przez to badanie są takie, że efekty krawędziowe na zmienne środowiskowe stają się bardziej złożone w miarę starzenia się krawędzi. Na te złożone wzorce i reakcje roślin na nie prawdopodobnie duży wpływ mają częste przerwy w pobliżu krawędzi, zmieniająca się struktura roślinności i ciągłe zmiany charakteru i zakresu efektów krawędziowych. Decyzje zarządcze oparte na efektach brzegowych powinny uwzględniać zrozumienie mechanizmów stojących za tymi efektami, a do określenia tych mechanizmów i ich zmian w czasie niezbędne są długoterminowe badania.

Wpływ na faunę

Przeprowadzono wiele badań dotyczących wpływu fragmentacji na kręgowce i bezkręgowce, w tym płazy, owady, ssaki i ptaki. Niniejsze badanie „Ptaki podziemne i dynamiczne mozaiki siedlisk w lasach deszczowych Amazonii” autorstwa Richarda Bierregaarda i Philipa C. Stouffera to długoterminowy eksperyment badający ptaki w dynamicznym systemie pozostałości małych lasów otoczonych pastwiskami lub opuszczonych pastwisk przechodzących sukcesję wtórną. Poniższe podsumowanie zostało podsumowane na stronach 138 do 155 Tropikalnych pozostałości lasów: ekologia, zarządzanie i ochrona rozdrobnionych społeczności autorstwa WF Laurance i RO Bierregaard.

W serii 1 i 10 hektarów oraz jednego 100 ha przeprowadzono program odbicia śladów, skupiając się na ptakach podszytu, w celu ujawnienia zmian w składzie gatunkowym i poziomie aktywności. Przeprowadzono analizę szeroko pojętych cechów ekologicznych, w tym nektarożerców, owadożerców i owocożerców. Powiązali zmiany fragmentu awifauny z wielkością pozostałości, czasem od izolacji i charakterem otaczającej roślinności.

W przypadku owadożerców liczebność i bogactwo gatunkowe najczęściej schwytanych ptaków znacznie spadło w rezerwatach poizolacyjnych. Obowiązkowe mrówki wojskowe zniknęły całkowicie z izolatów 1 i 10 ha w ciągu 2 lat izolacji. Podobnie jak w przypadku owadożerców, owocożercy wykazali znaczne spadki wskaźników chwytania po izolacji, a cztery gatunki wykazały wpływ czasu od izolacji. Zwierzęta nektarożerne, takie jak kolibry podszytowe, okazały się mniej podatne na fragmentację niż owadożerne i owocożerne.

Ptaki odgrywają integralną rolę w ekosystemach tropikalnych lasów deszczowych i są prawdopodobnie najlepiej zbadaną grupą organizmów w tych lasach, dlatego stanowią doskonałą okazję do zrozumienia reakcji fauny na fragmentację siedlisk. W badaniu tym zidentyfikowano zarówno szczególnie wrażliwe, jak i niewrażliwe grupy gatunków. Są to pierwsze kroki w rozwijaniu wiedzy potrzebnej do zminimalizowania wpływu, jaki ludzie wywierają na ekosystemy tropikalnych lasów deszczowych.

Przyszły

To, co zaczęło się jako pięcioosobowa inicjatywa, powoli nabierało rozpędu w miarę wzrostu finansowania BDFFP i przekształciło się w odnoszący sukcesy projekt badawczy średniej wielkości prowadzony przez większy personel. Ten wzrost pozwolił na ciągłe inwentaryzacje na dużą skalę odpowiedzi gatunków na fragmentację, która jest głównym punktem badań dotyczących przyszłej ochrony.

Jedną z głównych zalet tego badania jest to, że było ono prowadzone bardzo konsekwentnie przez długi czas. Eksperymenty trwające przez kilka dziesięcioleci pozwalają na występowanie zjawisk naturalnych, takich jak susze El Niño, które są ważnymi czynnikami ułatwiającymi naturalne zaburzenia, które mogą wpływać na fragmentację.

Jednak o wiele więcej należy zrozumieć na temat fragmentów lasów. Jak sugerują dane BDFFP, nawet małe fragmenty mogą potrzebować stuleci, aby ustabilizować swój skład florystyczny i magazynowanie węgla po przejściu dramatycznych zmian ekologicznych (Laurance 2011).

Podstawowymi celami wyciągniętymi z eksperymentu BDFFP jest ochrona większych obszarów ziemi, aby zapewnić utrzymanie zdolnych do życia populacji oraz zachowanie naturalnych procesów ekologicznych lasów. Ze względu na ciągły wpływ wylesiania na skład i procesy lasów tropikalnych można powiedzieć, że ekologiczna przyszłość regionu Amazonii jest w dużym stopniu związana z jego przyszłością gospodarczą. Należy nadal podejmować wysiłki, aby zapobiegać katastrofalnym skutkom brzegowym wynikającym z pożarów, zmian klimatu i wpływu człowieka na komercyjne polowania i pozyskiwanie drewna.

Ponad 30 lat badań i gromadzenia danych w eksperymencie BDFFP doprowadziło do wielu odkryć i ważnych lekcji dla naukowców, ale także napotkało wiele wyzwań, takich jak finansowanie. Od późnych lat 90. kolonizacja i polowania stały się bezpośrednimi zagrożeniami dla BDFFP. Wybudowanie nawierzchni autostrady Manaus-Wenezuela o długości 1100 km zwiększyło kolonizację lasów i wyręb (Laurance 2011). W miarę napływu ludzi na te ziemie, wysiłki BDFFP na rzecz ochrony stają się coraz ważniejsze, aby zapobiec niszczącym skutkom dla otaczających ekosystemów leśnych.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Biological_Dynamics_of_Forest_Fragments_Project&oldid=1136633880 ”