9.1: різноманітність екосистем

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3705

Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Вимірювання біорізноманіття у великих масштабах включає вимірювання різноманітності екосистем, кількості різних екосистем на Землі або в географічному районі, а також їх відносної достатку (рисунок$\PageIndex{a}$). Втрата екосистеми означає втрату взаємодії між видами та втрату біологічної продуктивності, яку здатна створити екосистема. Прикладом значною мірою вимерлої екосистеми в Північній Америці є екосистема прерій (рисунок$\PageIndex{a}$). Прерії колись охоплювали центральну Північну Америку від бореального лісу на півночі Канади вниз до Мексики. Зараз вони все, крім зникли, замінені полями врожаю, пасовищами та розростанням приміських територій. Багато видів виживають, але надзвичайно продуктивна екосистема, яка відповідала за створення наших найбільш продуктивних сільськогосподарських ґрунтів, зараз зникла. Як наслідок, їх ґрунти зараз виснажуються, якщо вони не підтримуються штучно з великими витратами.

Два тихоокеанських подвійного сідла метелик серед тлі коралів на Флінн-риф, Тенісні корти дайвінг сайт.

Прокатна прерія з нічого, крім високої коричневої трави, наскільки видно око. — Малюнок$\PageIndex{a}$: Різноманітність екосистем на Землі - від коралового рифу (зверху) до прерій (знизу) - дозволяє існувати велику різноманітність видів. Верхнє зображення Мудрий Хок Вай Лум (CC-BY-SA). Нижнє зображення змінено з Джима Міннерата, USFWS.

Продуктивність ґрунту, описана вище, є прикладом екосистемного сервісу. Це продукти і процеси, пов'язані з біологічними системами і прямо чи опосередковано мають величезну цінність для благополуччя людей. Деякі екосистемні послуги - це такі процеси, як регулювання клімату, повені та хвороби. Циклічність поживних речовин, запилення та регулювання шкідників сільськогосподарських культур - це екосистемні послуги, важливі для виробництва продуктів харчування (див. поле Виробництво харчових продуктів та екосистемних послуг нижче). Кругообіг води забезпечує прісну воду, а фотосинтез додає кисень нашому повітрю. Інші екосистемні послуги - це положення людини, включаючи їжу, паливо та волокно (наприклад, бавовна для одягу або деревини). Ліки - ще одне важливе положення (див. Важливість видового різноманіття). Крім того, здорові екосистеми дозволяють здійснювати розважальні заходи, такі як піші прогулянки, каякінг та кемпінг, а також освітні можливості, такі як екскурсії. Природа також є основою для значної частини естетичних і духовних цінностей, що зберігаються багатьма культурами.

У 1997 році Роберт Костанца та його колеги оцінили щорічну вартість екосистемних послуг у 33 трильйони доларів (53 трильйони доларів у доларах 2019 року), і багато хто вважає це заниженням. Для порівняння, валовий внутрішній продукт США в 2020 році склав $21 трлн. Оцінка екосистемних послуг може бути складною, особливо для тих послуг, які є процесами, а не положеннями. Однією зі стратегій є розрахунок вартості заміни. Наприклад, скільки коштувала б боротьба з популяцією шкідника, якби вона не регулювалася природними процесами? Малюнок$\PageIndex{b}$ ілюструє цінність кількох екосистемних послуг.

Ліс, риба та дайвер ілюструють цінність трьох екосистемних послуг. — Малюнок$\PageIndex{b}$: Значення трьох екосистемних послуг. Питання: «Скільки коштують екосистемні послуги?» частково відповідає звіт TEEB 2010 (Економіка екосистем та біорізноманіття). Пом'якшення парникових газів (що обмежує зміни клімату), що забезпечується лісами, оцінюється в 3,7 трлн доларів. Нестійке рибальство поставило під загрозу доступність риби, коштуючи 50 мільярдів доларів. Послуги коралових рифів, такі як туризм, оцінюються в 30 мільйонів доларів. Значення вказані в доларах 2010 року. Жодне з цих значень в даний час не враховується у світовій економіці. Дані звіту про економіку екосистем та синтезу біорізноманіття. Зображення майбутніх викликів (CC-BY-SA).

Виробництво продуктів харчування та екосистемні послуги

Виробництво продуктів харчування спирається на кілька взаємодіючих екосистемних послуг. Більшість ґрунтів містять величезну різноманітність організмів, які підтримують цикли поживних речовин, розщеплюючи органічні речовини на поживні сполуки, необхідні культурам для росту. Ці організми також підтримують текстуру ґрунту, яка впливає на динаміку води та кисню в ґрунті, необхідних для росту рослин. Замінити роботу цих організмів при формуванні орного (фермерського) грунту практично не представляється можливим. Вони відбуваються в екосистемах, таких як ґрунтові екосистеми, внаслідок різноманітної метаболічної діяльності організмів, що живуть там, але вони забезпечують користь виробництву їжі людини, наявності питної води та дихаючого повітря.

Іншими ключовими екосистемними послугами, пов'язаними з виробництвом продуктів харчування, є запилення рослин та боротьба з шкідниками культур. За оцінками, запилення медоносних бджіл в межах Сполучених Штатів приносить 1,6 мільярда доларів на рік; інші запилювачі вносять до 6,7 мільярда доларів. Понад 150 сільськогосподарських культур у Сполучених Штатах вимагають запилення для виробництва. Багато популяцій медоносних бджіл управляються бджолярами, які здають послуги своїх вуликів фермерам. Популяції медоносних бджіл у Північній Америці зазнають великих втрат, спричинених синдромом, відомим як розлад колапсу колоній, явище зі складними та взаємодіючими причинами.

Інші запилювачі включають різноманітний набір інших видів бджіл та різних комах та птахів. Втрата цих видів зробить вирощування культур, які потребують запилення, неможливим, збільшивши залежність від інших культур. Дослідження 2002 року Клер Кремен та її колег виявило, що місцеві запилювачі в Центральній Каліфорнії (ті, що історично там відбувалися; цифра$\PageIndex{c}$ і d) забезпечують повне запилення кавунових культур. Це було вірно лише на органічних фермах, які були розташовані поблизу природного середовища існування цих запилювачів, підкреслюючи важливість практики сталого землеробства та збереження середовища існування для збереження екосистемних послуг. По суті, в здоровій екосистемі місцеві запилювачі усунули потребу в орендованих вуликах медоносних бджіл. Зверніть увагу, що хоча медоносні бджоли цінні в сільськогосподарських умовах, вони не є рідними для Північної Америки і можуть порушити екосистеми, конкуруючи з місцевими бджолами.

Чорно-жовтий нечіткий джміль корми на малих пурпурових квітів, розташованих у сфері — Малюнок$\PageIndex{c}$: Каліфорнійська джміль (*Bombus californicus*) - одна з кількох місцевих комах, які забезпечили запилення кавуна в дослідженні Кремені та колег. Зображення рододендритів (CC-BY-SA).

Бджола синього саду з міцним металевим тілом сидить на мертвому листі. — Малюнок$\PageIndex{d}$: Бджоли-муляри є ефективними запилювачами, і багато з них родом з Північної Америки. Зображення Роберта Енгельхардта (CC-BY-SA).

Нарешті, люди змагаються за свою їжу зі шкідниками сільськогосподарських культур, більшість з яких - комахи. Пестициди контролюють цих конкурентів, але вони дорогі і втрачають свою ефективність з часом, оскільки популяції шкідників адаптуються. Вони також призводять до супутньої шкоди, вбиваючи види, що не є шкідниками, а також корисних комах, таких як медоносні бджоли, і ризикуючи здоров'ям сільськогосподарських працівників та споживачів. Більше того, ці пестициди можуть мігрувати з полів, де вони застосовуються, і завдати шкоди іншим екосистемам, таким як струмки, озера і навіть океан (див. Промислове сільське господарство та екологічна токсикологія). Екологи вважають, що основну частину роботи по виведенню шкідників насправді роблять хижаки і паразити тих шкідників, але вплив недостатньо вивчено. Огляд виявив, що у 74 відсотках досліджень, які шукали вплив складності ландшафту (ліси та поля поблизу сільськогосподарських полів) на природних ворогів шкідників, чим більша складність, тим більший ефект організмів, що пригнічують шкідників. Інше експериментальне дослідження показало, що внесення множинних ворогів горохової попелиці (важливого шкідника люцерни) значно збільшило врожайність люцерни. Це дослідження показує, що різноманітність шкідників ефективніше в боротьбі, ніж один окремий шкідник. Втрата різноманітності у ворогів шкідників неминуче ускладнить і витратніше вирощувати їжу. Зростаюче людське населення світу стикається зі значними проблемами у зростанні витрат та інших труднощів, пов'язаних з виробництвом продуктів харчування.

Посилання

Костанца, Р., д'Арж, Р., де Грут, Р. та ін. Значення світових екосистемних послуг та природного капіталу. Природа 387, 253—260 (1997). DOI

Kremen, C., Williams, N.M., і Торп, RW Запилення сільськогосподарських культур від місцевих бджіл, що піддаються ризику інтенсифікації сільського господарства. ПНАС 99, 6812-16816 (2002). DOI

Атрибуції

Модифікований Мелісою Ха з наступних джерел:

Важливість біорізноманіття з екологічної біології Метью Фішер (ліцензований відповідно до CC-BY)
Біорізноманіття, втрата видів та функція екосистеми від сталого розвитку: Комплексний фонд Тома Тайса та Джонатана Томкіна, редакторів (ліцензований відповідно до CC-BY). Завантажити безкоштовно на CNX.