Взаимосвязь обитаемости и численности

редактировать
Экологическая взаимосвязь между размерами ареала и численностью видов

В экологии занятость – численность (O – A ) связь - это связь между численностью видов и размером из их диапазонов в пределах региона. Эта взаимосвязь, пожалуй, одна из наиболее хорошо задокументированных в макроэкологии, и применяется как внутри, так и между видами (внутри и между видами). В большинстве случаев отношения O – A являются положительными. Хотя отношения O – A можно было бы ожидать, учитывая, что вид, колонизирующий регион, должен пройти через источник (нулевая численность, нулевая заселенность) и может достичь некоторой теоретической максимальной численности и распределения (то есть можно ожидать, что заселенность и численность будут совпадать. -vary), описанная здесь взаимосвязь несколько более существенна, поскольку наблюдаемые изменения ареала связаны с более чем пропорциональными изменениями численности. Хотя эта взаимосвязь, кажется, широко распространена (например, Gaston 1996 и ссылки в ней) и имеет важные последствия для сохранения исчезающих видов, механизм (ы), лежащий в ее основе, остается малоизученным

Содержание

  • 1 Важные термины
  • 2 Измерения географического ареала вида
  • 3 Возможные объяснения
    • 3.1 Статистические пояснения
    • 3.2 Положение ареала
    • 3.3 Объяснение использования ресурсов
    • 3.4 Выбор среды обитания в зависимости от плотности
    • 3.5 Динамика метапопуляции
    • 3.6 Показатели жизнеспособности
  • 4 Объяснение взаимосвязи между занятостью и численностью
  • 5 Последствия
  • 6 Важность внутривидовой связи O – A
  • 7 Важность межвидовой связи O – A
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки

Важные термины

Ареал - означает общую площадь, занимаемую интересующими видами в исследуемом регионе (см. Ниже «Измерения географического ареала видов»)

Обилие - означает среднюю плотность представляющих интерес видов по всему населению. ed патчи (т.е. средняя численность не включает площадь незанятых пятен)

Отношение внутривидовой заселенности к численности - означает связь между численностью и размером ареала в пределах одного вида, полученную с использованием данных временного ряда

Межвидовая заселенность – численность взаимосвязь - означает взаимосвязь между относительной численностью и размером ареала скопления близкородственных видов в определенный момент времени (или усредненными за короткий период времени). Межвидовые отношения O-A могут возникать в результате комбинации внутривидовых отношений O-A в пределах региона

Меры географического ареала вида

Рис. 1. EOO для Lawrencia densiflora с использованием 140 датапонитов GBIF (21 августа 2018 г.) и www.geocat.kew.org, что дает EOO 841836,564 квадратных километров и AOO 384 квадратных километра - категории МСОП » LC "и" EN "соответственно.) Рис. 2. График Lawrencia densiflora Зона проживания (AOO) с использованием сетки 30 км x 30 км. Имеется 81 занятая ячейка, что дает AOO 81 x 900 (72900) квадратных километров (и иллюстрирует зависимость AOO от масштаба или размера сетки).

При обсуждении взаимосвязей с размером диапазона важно определить, какие диапазон расследуется. Гастон (вслед за Удварди) описывает потенциальный ареал вида как теоретический максимальный ареал, который вид может занять, если все препятствия к расселению будут устранены, в то время как реализованный ареал - это часть потенциального ареала, в котором вид в настоящее время занимает. Реализованный ареал можно дополнительно подразделить, например, на племенной и нерепродуктивный ареалы. Явный учет определенной части реализованного диапазона при анализе размера диапазона может существенно повлиять на результаты. Например, многие морские птицы кормятся на обширных территориях океана, но размножаются только на небольших островах, поэтому ареал размножения значительно меньше, чем ареал, не являющийся репродуктивным. Однако у многих видов наземных птиц картина обратная: зимний (нерепродуктивный) ареал несколько меньше, чем ареал размножения.

Определение ареала дополнительно затрудняется тем, как определяется общий реализованный размер ареала. измеряется. Обычно используются два типа измерений: степень появления (EOO ) (для определения: см. ALA и рис.1) и область занятости (AOO) (см. Также Шаблон масштабирования занятости, а определение см. На рис. 2 и ALA). EOO лучше всего рассматривать как минимальный выпуклый многоугольник, охватывающий все известные нормальные проявления определенного вида, и это мера ареала, наиболее часто встречающаяся в полевых справочниках. AOO - это подмножество EOO, в котором вид действительно встречается. По сути, AOO признает наличие пробелов в распределении видов в пределах его EOO и пытается исправить эти вакансии. Распространенный способ описания AOO вида - разделить исследуемую область на матрицу ячеек и записать, присутствует ли вид в каждой ячейке или отсутствует в ней. Например, описывая отношения O – A для обычных британских птиц, Quinn et al. обнаружили, что заселенность при высочайшем разрешении (квадраты 10 x 10 км) лучше всего объясняет закономерности численности. Подобным образом Zuckerberg et al. использовали данные Атласа размножающихся птиц, измеренные на ячейках 5 × 5 км, для описания занятости гнездящихся птиц в штате Нью-Йорк. МСОП обычно использует размер ячейки 2 × 2 км при расчете AOO.

В большей части макроэкологии использование EOO в качестве меры размера диапазона может быть соответствующий; тем не менее, AOO является более подходящей мерой при оценке отношений O – A. В макроэкологических исследованиях, которые носят преимущественно биогеографический характер, можно ожидать, что интересующие переменные будут больше всего варьироваться от одной степени возникновения до противоположной, и в меньшей степени из-за разрывов, содержащихся в общей EOO. Однако при изучении отношений O-A площадь, занимаемая видом, является переменной, представляющей интерес, и включение разрывов в EOO может значительно повлиять на результаты. В крайнем случае, когда занятые места обитания распределены случайным образом по всей территории EOO, связи между численностью и размером ареала (EOO) не ожидается. Поскольку отношения O – A имеют сильные последствия для сохранения, Гастон и Фуллер утверждали, что необходимо проводить четкие различия в отношении цели EOO и AOO как меры размера ареала, и что в сочетании с отношениями OA AOO является более полезным мера видового обилия.

Независимо от того, какую концепцию мы используем в исследованиях, важно понимать, что заселенность - это только отражение распределения видов в определенном пространственном масштабе. Заполненность, а также другие меры распределения видов (например, чрезмерная дисперсия и пространственная автокорреляция) зависят от масштаба. Таким образом, исследования по сравнению отношений O – A должны учитывать проблему чувствительности шкалы (сравните текст на Рис. 1 и Рис. 2). Кроме того, измерение ареала видов, независимо от того, измеряется ли оно выпуклым корпусом или присутствием (присутствием), является частью процесса перколяции и может быть объяснено с помощью теории перколяции,

Возможные объяснения

Был предложен ряд возможных объяснений, почему наблюдаются положительные внутри- и межвидовые отношения O – A. Следуя Gaston et al. 1997 Гастон и Блэкберн 2000 Гастон и др. 2000, и Gaston 2003, эти причины включают:

Статистические объяснения

Один из способов справиться с наблюдаемыми отношениями O – A - это, по сути, отрицать их существование. Аргументом против существования отношений O – A является то, что они представляют собой всего лишь образцы артефактов. Учитывая, что выборка редких видов с меньшей вероятностью будет отбираться, при заданных усилиях по отбору образцов можно ожидать обнаружения редких видов, занимающих меньше участков, чем обычных, даже если основное распределение занятости такое же. Однако это объяснение делает только один прогноз, а именно, что при достаточной выборке никакой связи не будет обнаружено. Это предсказание легко опровергнуть, учитывая, что исключительно хорошо изученные таксоны, такие как гнездящиеся птицы (например, Цукерберг и др., 2009, Гастон), демонстрируют хорошо задокументированные отношения O-A.

Второе статистическое объяснение включает использование статистических распределений, таких как Пуассона или отрицательно-биномиальное. Это объяснение предполагает, что из-за лежащего в основе распределения агрегации и плотности и наблюдаемых отношений O – A можно ожидать. Однако Gaston et al. вопрос, является ли это подходящим механистическим объяснением. Действительно, Гастон и др. предполагают, что «утверждать, что пространственная агрегация объясняет отношения численность-занятость, значит просто заменять один плохо изученный образец другим».

филогенетическая гипотеза отсутствия независимости - третье статистическое объяснение, специфичное для наблюдаемых межвидовых отношений O – A. Эта гипотеза предполагает, что, поскольку близкородственные виды не являются действительно независимыми, их включение в анализ искусственно увеличивает степени свободы, доступные для проверки взаимосвязи. Однако Gaston et al. цитируют несколько исследований, документально подтверждающих существенные отношения O – A, несмотря на контроль филогенетической независимости.

Положение ареала

Большинство оценок отношений O – A не оценивают виды во всем их (глобальном) ареале, но документируют закономерности численности и заселения в определенном регионе. Считается, что численность видов сокращается и становится более неоднородной по направлению к краю своего ареала. Если это так, то можно ожидать, что по мере того, как вид расширяет или сужает свой ареал в пределах интересующей области, он будет более или менее напоминать популяции в ядре своего ареала, что приведет к положительной внутривидовой связи O – A. Таким же образом можно ожидать, что совокупность видов в пределах изучаемого региона будет содержать некоторые виды вблизи ядра, а некоторые - на периферии их ареалов, что приведет к положительной межвидовой взаимосвязи O – A. Хотя это объяснение может способствовать пониманию отношений O – A, когда рассматриваются частичные ареалы, оно не может объяснить взаимосвязи, задокументированные для целых географических ареалов.

Объяснения использования ресурсов

Браун предположил, что виды с широкая экологическая ниша, как следствие, могла бы получить более высокую локальную плотность и более широкое распространение, чем виды с узкой шириной ниши. Эти отношения порождают положительные отношения O-A. Аналогичным образом, нишевое положение вида (положение ниши представляет собой абсолютное расстояние между средними условиями окружающей среды, в которых встречается вид, и средними условиями окружающей среды в регионе) может влиять на его локальную численность и размер ареала, если виды с более низким положением в нише умеют больше использовать ресурсы, типичные для региона. Хотя интуитивно понятно, Gaston et al. Гастон и Блэкберн отмечают, что из-за n-мерной природы ниши эту гипотезу, по сути, нельзя проверить.

Выбор среды обитания в зависимости от плотности

Многие виды демонстрируют зависящий от плотности расселение и выбор среды обитания. Для видов, демонстрирующих эту закономерность, расселение в местах, которые в противном случае были бы неоптимальными местами обитания, может происходить, когда местная численность высока в высококачественных средах обитания (см. динамика источника-поглотителя, что увеличивает размер географического ареала вида. Первоначальный аргумент против этой гипотезы состоит в том, что когда вид колонизирует ранее пустые места обитания, средняя численность этого вида во всех занятых местообитаниях падает, что отрицает связь O – A. Однако все виды будут встречаться с низкой плотностью в некоторых занятых местообитаниях, в то время как только многочисленные виды смогут достичь высокой плотности в некоторых из занятых ими местообитаний. Таким образом, ожидается, что как обычные, так и необычные виды будут иметь одинаковую минимальную плотность в занятых местообитаниях, но это максимальная плотность, полученная обычными видами в некоторых среды обитания, которые определяют положительную взаимосвязь между средней плотностью и AOO. Если выбор среды обитания, зависящий от плотности, должен был определять положительные отношения O – A, di распространение вида будет соответствовать Идеальному свободному распространению (IFD). Gaston et al. цитирует Тайлера и Харгроува, которые исследовали IFD с помощью имитационных моделей и обнаружили несколько случаев (например, когда ресурсы имели фрактальное распределение или когда масштаб распределения ресурсов плохо соответствовал способностям распространения организмов), когда IFD плохо описывали распределение видов.

Динамика метапопуляции

В классической модели метапопуляции среда обитания происходит отдельными участками, при этом популяция на любом участке сталкивается со значительным риском исчезновения в любой момент времени. Поскольку динамика популяций в отдельных участках является асинхронной, система поддерживается за счет рассредоточения между участками (например, рассредоточение из участков с высокой популяцией может «спасти» популяции, близкие к исчезновению или находящиеся на грани исчезновения в других участках). Freckleton et al. показали, что при некоторых допущениях (участки местообитания одинаковой пригодности, вымирание, не зависящее от плотности, и ограниченное рассредоточение между участками), изменение общей пригодности среды обитания в метапопуляции может порождать положительную внутривидовую взаимосвязь О-А. Однако в настоящее время ведутся споры о том, сколько популяций действительно соответствует классической модели метапопуляции. В экспериментальных системах с использованием мховых микроартропод динамика метапопуляции была обнаружена для поддержания межвидовой связи ОА, однако Уоррен и Гастон смогли обнаружить положительную межвидовую связь О – А даже в отсутствие расселения, что указывает на более общий набор вымирания. и процессы колонизации (чем процессы метапопуляции сами по себе) могут поддерживать отношения O – A.

.

Жизненные показатели

Жизненные показатели вида (в частности, r - внутренняя скорость прироста; см. Динамика популяции ) взаимодействуют с качеством среды обитания занятого участка для определения локального плотность и множественные участки могут привести к соотношению O – A. Holt et al. смоделировали систему, в которой рассредоточение между участками обитания могло гарантировать, что все подходящие участки обитания были заняты, но где рассредоточение было достаточно ограниченным, чтобы иммиграция не оказывала существенного влияния на размер популяции на заселенных участках. В этой системе размер популяции в пределах любого участка среды обитания зависел только от показателей рождаемости и смертности. Изменяя качество среды обитания (увеличивая или уменьшая уровни рождаемости и смертности), Холт смог создать положительную внутривидовую связь O – A. Модель Холта и др. Требует большого количества данных для проверки даже внутривидовых отношений (то есть показателей жизнеспособности всех популяций во времени). Freckleton et al. используйте версию модели, предложенную Холтом и др., но с разным качеством среды обитания между участками, чтобы оценить параметры, которые можно наблюдать в данных по видам O – A. Freckleton et al. показать, что агрегация особей внутри участков и асимметрия размера популяции должны коррелировать с плотностью и заселенностью, в зависимости от конкретных условий качества среды обитания, и продемонстрировать, что эти параметры меняются в соответствии с положительными внутри- и межвидовыми отношениями O – A для обычных сельскохозяйственных угодий. птицы в Британии.

Рисунок 2. Модель Холта и др. При различных значениях Hcrit. Рисунок 2 а. показывает влияние увеличения критического порога занятости на размер населения и AOO. Рисунок 2b. показывает эффект снижения Hcrit. Поскольку AOO и общая численность коварируются, внутривидовая зависимость заселенности и численности ожидается в ситуациях, когда качество среды обитания меняется со временем (большая или меньшая площадь выше Hcrit.

Объяснение взаимосвязи между заселенностью и численностью

Большинство различных объяснений, которые были направлены для объяснения упомянутых выше закономерностей численности и географического распределения видов, аналогичным образом предсказывают положительную взаимосвязь между распространением и численностью. Это затрудняет проверку достоверности каждого объяснения. Поэтому ключевая проблема заключается в том, чтобы различать различные механизмы, которые были предложены в основе этих почти универсальных моделей. Эффект либо динамики ниши, либо нейтральной динамики представляет собой два противоположных взгляда, и многие объяснения занимают промежуточные позиции.

Нейтральная динамика предполагает, что виды и среды обитания эквивалентны, а модели в изобилии и распространении видов возникают из-за случайных случаев рождения, смерти, имм миграция, вымирание и видообразование. Моделирование этого типа динамики может смоделировать многие закономерности численности видов, включая положительную взаимосвязь между заселенностью и численностью. Это не обязательно означает, что нишевые различия между видами не важны; Возможность точно моделировать реальные жизненные модели не означает, что допущения модели также отражают реальные механизмы, лежащие в основе этих реальных жизненных моделей. Фактически, взаимосвязь «занятость – численность» возникает у многих видов без учета принадлежности вида. Поэтому неудивительно, что нейтральные модели могут точно описывать эти свойства сообщества.

Динамика ниши предполагает различия между видами в их фундаментальной нише, что должно привести к закономерностям в изобилии и распределении видов (т.е. их реализованным нишам). В этой структуре численность и распространение одного вида и, следовательно, возникающие закономерности среди множества видов, определяются причинными механизмами, действующими на уровне этого вида. Следовательно, изучение того, как различия между отдельными видами формируют эти модели, а не анализ самой модели, может помочь понять эти модели.

Включая конкретную информацию о рационе, воспроизводстве, расселении и специализации среды обитания вида Verberk et al. смогли успешно объяснить вклад отдельных видов в общую взаимосвязь и показали, что основные действующие механизмы могут быть разными для разных групп видов.

Нейтральная динамика может быть относительно важной в некоторых случаях, в зависимости от вида, условий окружающей среды и рассматриваемого пространственного и временного масштабного уровня, тогда как в других обстоятельствах динамика ниши может доминировать. Таким образом, нишевая и нейтральная динамика могут действовать одновременно, составляя разные конечные точки одного и того же континуума.

Последствия

Важные последствия как внутри-, так и межвидовых отношений O – A обсуждаются Гастоном и др.

Важность внутривидовых отношений O – A

  1. Индексирование численности - документирование численности вида - ресурсоемкий и трудоемкий процесс. Однако, если численность вида можно оценить на основе его ОО, то оценка размера популяции может быть произведена быстрее. Это предположение лежит в основе использования размеров ареала при принятии решения о природоохранном статусе вида (см. Красный список МСОП ) и привело к спорам о том, является ли измерение ареала вида EOO или AOO более подходящим (Gaston и Фуллер 2009). Например, Цукерберг и др. (2009) продемонстрировали, что для гнездящихся птиц в Нью-Йорке большинство видов, численность которых изменилась (положительная или отрицательная) в период с 1985 по 2005 год, показала одновременные изменения в размере ареала. Используя тест микропереключателя с 15 критериями, Hui et al. (2009) исследовали способность восьми таких моделей оценить численность 610 видов птиц южной Африки. Модели, основанные на масштабной модели заселенности (т. Е. Те, которые отражают зависимость размера ареала вида от масштаба), дают наиболее надежные оценки численности, и поэтому рекомендуются для оценки региональной численности в масштабе скоплений.
  2. Установка норм вылова. - В частности, в случае коммерческого промысла ожидается, что доля от общей популяции вида, которая, как ожидается, будет выловлена ​​при данном усилии, увеличится по мере уменьшения размера ареала. Учитывая положительную внутривидовую связь O – A, можно было бы ожидать, что с уменьшением численности произойдет уменьшение размера ареала, что еще больше повысит вероятность чрезмерного вылова.
  3. Биология сохранения - Существование положительных внутривидовых Отношения O – A усугубят риски, которым подвергаются находящиеся под угрозой виды. Сокращение размера ареала и количества занятых участков не только напрямую увеличило бы угрозу исчезновения, но и риск исчезновения еще больше увеличился бы из-за одновременного снижения численности.

Важность межвидовой связи O – A

  1. Биоразнообразие инвентаризация - межвидовая связь O – A подразумевает, что те виды, которые имеют ограниченное распространение (и, следовательно, будут важны по соображениям сохранения), также будут иметь низкую численность в пределах их ареала. Таким образом, когда особенно важно, чтобы вид был обнаружен, этот вид может быть трудно обнаружить. Gaston et al. обратите внимание, что из-за этой взаимосвязи интенсивность схемы выборки не может быть заменена экстенсивностью. Фактически, при интенсивном обследовании нескольких участков будут пропущены виды с ограниченным распространением, встречающиеся на других участках, в то время как при экстенсивном обследовании с низкой интенсивностью будут пропущены виды с низкой плотностью на большинстве участков.
  2. Сохранение - как и внутривидовые межвидовая связь O – A подразумевает, что виды не только будут находиться под угрозой исчезновения из-за низкой численности, но, поскольку ожидается, что виды с низкой численностью будут иметь ограниченное распространение, они будут подвержены риску локальной катастрофы, ведущей к глобальному вымиранию. Это может быть затруднено из-за сложности изучения локально редких видов из-за их низкой обнаруживаемости и ограниченного распространения (см. Выше). Наконец, поскольку ожидается, что редкие виды будут иметь ограниченное распространение, программы сохранения, направленные на определение приоритетных участков для сохранения многовидовых видов, будут включать меньшее количество мест обитания для редких видов, чем для обычных видов.
  3. Инвазивные виды - По сути, логика, связывающая положительные Отношения O – A с биологией инвазии такие же, как отношения O – A с проблемами сохранения. В частности, по мере увеличения местной численности вторгшегося вида можно ожидать, что его ареал будет расширяться, что еще больше затруднит усилия по контролю.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-01 07:37:11
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте