Функциональный тип экосистемы - Ecosystem Functional Type

Рис.1: Функциональные типы экосистем (EFT) умеренного пояса Южной Америки на основе динамики улучшенного индекса растительности с помощью спектрорадиометра с умеренным разрешением (MODIS-EVI) (Alcaraz-Segura et al. 2013). На карте показаны ТЭС за период 2001–2008 годов.

Функциональный тип экосистемы (EFT) (Рисунок 1)[1][2][3] это новый экологический концепция для характеристики функционирование экосистемы. Функциональные типы экосистем [1][2] определяются как группы экосистемы или участки поверхности суши, которые имеют схожую динамику обмена веществами и энергией между биота и физическая среда. Концепция EFT аналогична концепции Функциональные типы растений (PFT), но определенная на более высоком уровне биологическая организация. Поскольку виды растений могут быть сгруппированы в соответствии с общими функциональными характеристиками, экосистемы могут быть сгруппированы в соответствии с их общим функциональным поведением.

Одним из наиболее часто используемых подходов к реализации этой концепции была идентификация EFT на основе спутниковой динамики основное производство,[1][2] существенный и интегрирующий дескриптор функционирования экосистемы.[4]

История

В 1992 году Сориано и Паруэло[5] предложила концепцию биозон для определения единиц растительности, которые имеют общие функциональные характеристики экосистемы, используя Временные ряды спутниковых снимков спектральных показателей растительности. Позже биозоны были переименованы в EFT Paruelo et al. (2001),[1] используя эквивалентное определение и методологию.[6] был одним из первых авторов, которые использовали термин EFT как «агрегированные компоненты экосистем, взаимодействия которых друг с другом и с окружающей средой создают различия в моделях структуры и динамики экосистемы». Уокер (1997) [7] предложили использовать аналогичный термин, функциональные типы растительности, для групп PFT в наборах, которые составляют различные состояния сукцессия растительности в неравновесных экосистемах. Тот же термин был применен Scholes et al.[8] в более широком смысле для тех территорий, которые имеют схожие экологические атрибуты, такие как состав, структура и т.д. фенология, биомасса или производительность. В нескольких исследованиях применялись теории иерархии и динамики заплат.[9][10][11] для определения функциональных типов экосистем и ландшафтов в различных пространственных масштабах путем увеличения масштабов возникающих структурных и функциональных свойств от участков до регионов. Valentini et al.[12] определены наземные функциональные единицы, сосредоточив внимание на участках поверхности земли, которые способны обмениваться массой и энергией с атмосферой и проявлять скоординированную и конкретную реакцию на факторы окружающей среды.

Paruelo et al. (2001) [1] и Алькарас-Сегура и др. (2006, 2013) [2][3] уточнил концепцию EFT и предложил методологию, основанную на дистанционном зондировании, для их получения. С тех пор несколько авторов реализовали идею с использованием тех же или аналогичных подходов с использованием NOAA-AVHRR, MODIS и Landsat архивы.[2][3][13][14][15][16][17][18][19][20] Короче говоря, все эти подходы используют сезонную динамику спектральных индексов, связанных с ключевыми функциональными аспектами экосистем, такими как первичная продукция, водообмен, теплообмен и радиационный баланс.

Идентификация электронных переводов

Функциональная классификация EFT, разработанная Paruelo et al. (2001)[1] и Алькарас-Сегура и др. (2006, 2013) [2][3] использует временные ряды спектральных индексов растительности для фиксации динамики прироста углерода, наиболее интегрального индикатора функционирования экосистемы.[4] Для построения EFT эти авторы выводят три дескриптора или метрики из сезонной динамики (годовая кривая) спектральных индексов растительности (VI), которые отражают большую часть дисперсии во временных рядах (рисунок 2):[1][2][3]

Рис.2: Годовая кривая спектральных индексов вегетации (VI: Enhanced Vegetation Index (MODIS-EVI)
  • Среднегодовое значение VI (VI_Mean): оценка годового основное производство, один из наиболее важных и интегративных дескрипторов функционирования экосистемы.
  • Внутригодовой коэффициент вариации VI (VI_sCV): дескриптор сезонность или различия в приросте углерода между вегетационным и межвегетационным периодами.
  • Дата максимального значения VI (VI_DMAX): фенологический индикатор того, когда в году проходит вегетационный период.[21][22]

Диапазон значений каждой метрики VI разделен на четыре интервала, что дает потенциальное количество 4x4x4 = 64 EFT. Каждому EFT присваивается код из двух букв и цифры (три символа). Первая буква кода (заглавная) соответствует уровню VI_Mean, в диапазоне от A до D для низкого и высокого (возрастающего) VI_Mean или производительности. Вторая буква (маленькая) показывает сезонный CV, в диапазоне от a до d для высокого (убывающего) и низкого VI_sCV или сезонности. Цифры относятся к DMAX или фенологии и указывают сезон максимального VI (1–4: весна, лето, осень и зима).

Текущие известные приложения EFT

  • Охарактеризовать пространственную и временную неоднородность функционирования экосистемы в локальном и региональном масштабах.[16][22]
  • Чтобы описать биогеографический закономерности функционального разнообразия на уровне экосистемы.[2]
  • Оценить функциональное разнообразие на уровне экосистемы путем определения богатства и справедливости ТЭС в ландшафте.[23]
  • Для оценки экологического и антропогенного контроля функционального разнообразия экосистем.[3]
  • Определить приоритеты сохранения биоразнообразия.[24]
  • Оценить репрезентативность сетей охраняемых территорий для отражения функционального разнообразия на уровне экосистемы.[25]
  • Количественная оценка и мониторинг уровня оказания промежуточной поддержки экосистемные услуги.[26][27]
  • Оценить влияние изменений в землепользовании на функционирование экосистемы.[28][29]
  • Улучшение моделей прогноза погоды путем введения эффектов межгодовых изменений биофизических свойств экосистем в модели поверхности суши и общей циркуляции атмосферы.[30][31]

Плюсы электронных переводов

  • Функциональные классификации обеспечивают полезную основу для понимания крупномасштабных экологических изменений.[22]
  • Экологические изменения особенно заметны на уровне экосистемы.[32]
  • Функциональные атрибуты экосистемы, такие как обмен энергией и веществом экосистемы, имеют более короткую временную реакцию на изменения окружающей среды, чем структурные или композиционные атрибуты, такие как видовой состав или физиогномика растительности.[33]
  • Функционирование экосистемы легче контролировать, чем структурные атрибуты, с помощью дистанционное зондирование в разных пространственных масштабах, в больших масштабах и с использованием общего протокола в пространстве и времени.[1]
  • Функциональные атрибуты позволяют качественно и количественно оценить экосистемные услуги.[34]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Паруэло; и другие. (2001). «Современное распределение функциональных типов экосистем в умеренном поясе Южной Америки». Экосистемы. 4 (7): 683–698. CiteSeerX  10.1.1.660.431. Дои:10.1007 / s10021-001-0037-9.
  2. ^ а б c d е ж грамм час Алькарас-Сегура; и другие. (2006). «Идентификация современных функциональных типов экосистем на Пиренейском полуострове». Глобальная экология и биогеография. 15 (2): 200–212. Дои:10.1111 / j.1466-822x.2006.00215.x.
  3. ^ а б c d е ж Алькарас-Сегура; и другие. (2013). «Экологический и антропогенный контроль функционального разнообразия экосистем в умеренном поясе Южной Америки». Дистанционное зондирование. 5 (1): 127–154. Bibcode:2013RemS .... 5..127A. Дои:10.3390 / RS5010127.
  4. ^ а б Вирджиния; и другие. (2001). «Принципы функционирования экосистемы». Энциклопедия биоразнообразия. Академическая пресса. С. 345–352.
  5. ^ Сориано и Паруэло (1992). «Биозоны: единицы растительности, определенные по функциональным признакам, идентифицируемым с помощью спутниковых сенсорных изображений». Письма о глобальной экологии и биогеографии. 2 (3): 82–89. Дои:10.2307/2997510. JSTOR  2997510.
  6. ^ Шугарт, Х.Х. (1997). «Функциональные типы растений и экосистем». В T.M. Смит; Х. Х. Шугарт; F.I. Вудворд) (ред.). Функциональные типы растений: их значение для свойств экосистемы и глобальных изменений. Издательство Кембриджского университета. С. 20–45.
  7. ^ Уокер, Б. (1997). «Функциональные типы в неравновесных экосистемах». В T.M. Смит; Х. Х. Шугарт; F.I. Вудворд (ред.). Функциональные типы растений: их значение для свойств экосистемы и глобальных изменений. Издательство Кембриджского университета. С. 91–103.
  8. ^ Скоулз; и другие. (1997). «Функциональные типы растений в африканских саваннах и лугах». В T.M. Смит, Х.Х. Шугарт и Ф.И. Вудворд (ред.). Функциональные типы растений: их значение для свойств экосистемы и глобальных изменений. Издательство Кембриджского университета. С. 255–268.
  9. ^ Aber; и другие. (1999). J.D. Tenhunen; П. Кабат (ред.). Групповой отчет: гидрологические и биогеохимические процессы в сложных ландшафтах - какова роль временной и пространственной динамики экосистемы? Интеграция гидрологии, динамики экосистемы и биогеохимии в сложных ландшафтах. John Wiley & Sons, Берлин. С. 335–356.
  10. ^ Рейнольдс и Ву (1999). J.D. Tenhunen & P. ​​Kabat (ред.). Существуют ли структурные и функциональные единицы ландшафта? Интеграция гидрологии, динамики экосистем и биогеохимии в сложные ландшафты. Берлин: John Wiley & Sons. С. 273–296.
  11. ^ Ву и Дэвид (2003). С. Гухатакурта (ред.). Связывание изменений в землепользовании с экосистемными процессами: иерархическая динамическая модель участков. Интегрированные модели землепользования и окружающей среды. Спрингер, Берлин. С. 99–119.
  12. ^ Валентини; и другие. (1999). J.D. Tenhunen; П. Кабат (ред.). Экологический контроль взаимодействия суши и поверхности с атмосферой. Интеграция гидрологии, динамики экосистем и биогеохимии в сложные ландшафты. Берлин: John Wiley & Sons. С. 105–116.
  13. ^ Аззали и Менети (1999). «Картирование зон изроста в континентальном масштабе с использованием временного анализа Фурье данных AVHRR-NDVI». Int. Журнал Applied Earth Observation and Geoinformation. 1 (1): 9–20. Bibcode:1999IJAEO ... 1 .... 9A. Дои:10.1016 / с0303-2434 (99) 85023-5.
  14. ^ Карлсен; и другие. (2006). «Спутниковое картирование вегетационного периода и биоклиматических зон Фенноскандии». Глобальная экология и биогеография. 15 (4): 416–430. Дои:10.1111 / j.1466-822x.2006.00234.x.
  15. ^ Дуро; и другие. (2007). «Разработка системы мониторинга биоразнообразия большой территории на основе дистанционного зондирования». Прогресс в физической географии. 31 (3): 235–260. Дои:10.1177/0309133307079054.
  16. ^ а б Фернандес; и другие. (2010). «Функционирование экосистемы защищенной и измененной среды Средиземноморья: классификация дистанционного зондирования в Доньяне, Испания». Дистанционное зондирование окружающей среды. 114 (1): 211–220. Bibcode:2010RSEnv.114..211F. Дои:10.1016 / j.rse.2009.09.001. HDL:10261/50225.
  17. ^ Гееркен (2009). «Алгоритм классификации и мониторинга сезонных колебаний фонологии растительности и их межгодовых изменений». Журнал ISPRS по фотограмметрии и дистанционному зондированию. 64 (4): 422–431. Bibcode:2009JPRS ... 64..422G. Дои:10.1016 / j.isprsjprs.2009.03.001.
  18. ^ Ивиц; и другие. (2013). «Глобальная биогеографическая структура функциональных типов экосистем, полученных на основе данных наблюдений за Землей». Дистанционное зондирование. 5 (7): 3305–3330. Bibcode:2013RemS .... 5.3305I. Дои:10.3390 / RS5073305.
  19. ^ Перес-Ойос; и другие. (2015). «Идентификация функциональных типов экосистем на основе изображений с грубым разрешением с использованием подхода самоорганизующихся карт: пример для Испании». Дистанционное зондирование. 6 (11): 11391–11419. Дои:10.3390 / RS61111391.
  20. ^ Ван и Хуанг (2015). «Выявление и анализ функциональных типов экосистем на западе равнины Сонгнен». Журнал прикладного дистанционного зондирования. 9 (1): 096096. Дои:10.1117 / 1.jrs.9.096096.
  21. ^ Петторелли; и другие. (2005). «Использование спутникового NDVI для оценки экологической реакции на изменение окружающей среды». Тенденции в экологии и эволюции. 20 (9): 503–510. Дои:10.1016 / j.tree.2005.05.011. PMID  16701427.
  22. ^ а б c Алькарас-Сегура; и другие. (2009). «Базовая характеристика основных типов иберийской растительности на основе динамики NDVI». Экология растений. 202: 13–29. Дои:10.1007 / s11258-008-9555-2.
  23. ^ Cazorla, B .; и другие. (2015). Ecología y conservación de la diversidad funcional de ecosistemas en la transición mediterráneo-desierto -ropical de la Península de Baja California. Universidad de Granada. п.http://hdl.handle.net/10481/38511.
  24. ^ Кабельо; и другие. (2008). "Funcionamiento ecosistémico y evalación de prioridades geográficas en conservación". Экосистемы. 17 (3): 53–63.
  25. ^ Кабельо; и другие. (2013). Ди Белла; Алькарас-Сегура (ред.). «Оценка экосистемных услуг сетей национальных парков на предмет функционального разнообразия и стратегий сохранения углерода с использованием дистанционного зондирования». Наблюдение Земли за экосистемными услугами: 179–200.
  26. ^ Паруэло; и другие. (2011). El seguimiento del nivel de provisión de los servicios ecosistémicos. Valoración de Servicios Ecosistémicos. Conceptos, herramientas y aplicaciones para el ordenamiento территориальный. Буэнос-Айрес, Аргентина: Ediciones INTA. С. 141–162.
  27. ^ Воланте; и другие. (2012). «Функциональные изменения экосистемы, связанные с расчисткой земель на северо-западе Аргентины». Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда. 154: 12–22. Дои:10.1016 / j.agee.2011.08.012.
  28. ^ Оки; и другие. (2013). Изменения земного покрова и землепользования и их влияние на гидроклимат, экосистемы и общество. В: Asrar GR, Hurrell JW, Наука о климате на службе общества. Дордрехт: Springer Science + Business Media. С. 185–203.
  29. ^ Ли; и другие. (2013). «Влияние изменений функционального типа экосистемы на климат бассейна Ла-Платы». Достижения в области атмосферных наук. 30 (5): 1387–1405. Bibcode:2013AdAtS..30.1387L. Дои:10.1007 / s00376-012-2149-х.
  30. ^ Ли; и другие. (2013). «Эффект от реализации данных о функциональном типе экосистемы в мезомасштабной модели климата». Достижения в области атмосферных наук. 30 (5): 1373–1386. Bibcode:2013AdAtS..30.1373L. Дои:10.1007 / s00376-012-2143-3.
  31. ^ Мюллер; и другие. (2014). «Моделирование региональной модели засухи 2008 года на юге Южной Америки с использованием согласованного набора свойств поверхности земли». Журнал климата. 27 (17): 6754–6778. Bibcode:2014JCli ... 27,6754 млн. Дои:10.1175 / jcli-d-13-00463.1. HDL:11336/92811.
  32. ^ Витаусек (1994). «Помимо глобального потепления: экология и глобальные изменения». Экология. 75 (7): 1861–1876. Дои:10.2307/1941591. JSTOR  1941591. S2CID  66138238.
  33. ^ Милчунас и Лауэнрот (1995). «Инерция в структуре растительного сообщества: изменение состояния после прекращения стресса, связанного с обогащением питательными веществами». Прикладная экология. 5: 1195–2005.
  34. ^ Костанца; и другие. (2006). «Ценность экосистемных услуг и природного капитала Нью-Джерси». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)