Экология морских ландшафтов — это научная дисциплина, которая изучает причины и экологические последствия пространственной структуры морской среды , в значительной степени опираясь на концептуальные и аналитические основы, разработанные в экологии наземных ландшафтов . [1]
Экология морского ландшафта, применение концепций ландшафтной экологии к морской среде [2] медленно развивалось с 1970-х годов, [3] [4] [5] [6] [7] принося новые экологические идеи и демонстрируя растущий потенциал для поддержки разработки экологически значимых научно обоснованных методов управления. [8] [9] [10] [11] Для морских систем применение ландшафтной экологии возникло благодаря признанию того, что многие концепции, разработанные в теории островной биогеографии [12] [13] и изучении динамики участков (предшественников современной ландшафтной экологии), могут быть применимы к различным морским средам от участков планктона [14] до участков рифов , [15] приливных мидийных отмелей [16] и лугов морской травы . [17] [18]
Прогресс в экологическом понимании пространственной структуры не ограничивался мелководными морскими днами. Для открытого океана достижения в системах наблюдения за океаном с 1970-х годов позволили ученым картировать, классифицировать, количественно определять и отслеживать динамическую пространственную структуру в форме водоворотов , шероховатости поверхности , течений , стоковых шлейфов, льда , температурных фронтов и планктонных пятен с использованием океанографических технологий — тема, которую все чаще называют экологией пелагических морских ландшафтов. [19] [20] [21] Подповерхностные структуры, такие как внутренние волны , термоклины , галоклины , пограничные слои и стратификация, приводящая к отчетливому наслаиванию организмов, все чаще картируются и моделируются в нескольких измерениях.
Подобно ландшафтным экологам , морские экологи интересуются пространственно явной геометрией моделей и отношениями между моделями, экологическими процессами и изменениями окружающей среды. Центральным принципом ландшафтной экологии является то, что контекст участка имеет значение, где локальные условия зависят от атрибутов окружающей среды. Например, физическое расположение объектов в пространстве и их расположение относительно других вещей влияют на то, как они функционируют. [22]
Ландшафтный эколог будет задавать разные вопросы, сосредоточенные на разных масштабах, чем другие ученые, например: Каковы экологические последствия участков разной формы, размера участков, качества, геометрии краев, пространственного расположения и разнообразия участков по всему ландшафту? В каком масштабе(ах) структура оказывает наибольшее влияние? Как ландшафтные модели влияют на то, как животные находят пищу, избегают хищников и взаимодействуют с конкурентами? Как деятельность человека изменяет структуру и функции ландшафтов?
Несколько руководящих принципов, которые лежат в основе ландшафтной экологии, внесли значительный вклад в планирование и сохранение наземных ландшафтов, но в морских системах наше понимание все еще находится в зачаточном состоянии. Первая книга по экологии морских ландшафтов была опубликована в декабре 2018 года. [23]
Морские ландшафты определяются в широком смысле как пространственно неоднородные и динамические пространства, которые могут быть очерчены в широком диапазоне масштабов во времени и пространстве. Что касается морских ландшафтов, определяемых единицами выборки, квадрант размером 1 м 2 может быть допустимой единицей выборки морского ландшафта (SSU), так же как и аналитическое окно размером 1 км 2 в географической информационной системе. Большое разнообразие возможных фокусных масштабов в морской экологии означает, что термин «морской ландшафт» не может использоваться как указание масштаба или уровня организации.
Море демонстрирует сложную пространственную структуру, которую можно нанести на карту и количественно оценить, например, градиенты в растительных сообществах через приливные солончаки или замысловатые мозаики участков, типичные для коралловых рифов . [24] В открытом океане также можно легко измерить динамическую пространственную структуру в виде водных течений, водоворотов, температурных фронтов и планктонных участков. [25] [26] Физические процессы, такие как штормы, существенно влияют на пространственную структуру в окружающей среде, а деятельность человека также может напрямую создавать структуру участков, изменять мозаичный состав и даже полностью удалять элементы морского ландшафта. Кроме того, вызванные изменением климата сдвиги в видах, связанные с изменением температуры воды и повышением уровня моря, приводят к постепенной перестройке географии видов и мест обитания.
Паттерны, выявленные с помощью устройств дистанционного зондирования, чаще всего картируются и представляются с использованием двух типов моделей: (1) наборы дискретных участков, образующих мозаики, например, представленные на двумерной карте бентосной среды обитания, или (2) непрерывно меняющиеся градиенты в трехмерных моделях рельефа, например, в дистанционно зондируемых батиметрических данных. [27] [28] В ландшафтной экологии участки можно классифицировать как бинарную модель патч-матрицы, основанную на теории островной биогеографии, где фокальный тип участка среды обитания (например, морские травы) окружен негостеприимной матрицей (например, песком), или патч-мозаику взаимосвязанных участков, где взаимодействие частей влияет на экологическую функцию всей мозаики. Как патч-, так и градиентная модели предоставили важные сведения о пространственной экологии морских видов и биоразнообразия.
Масштаб, пространственные или временные измерения явления, является центральным для экологии морских ландшафтов, и эта тема пронизывает все приложения подхода экологии морских ландшафтов от концептуальных моделей до проектирования выборки, анализа и интерпретации результатов. [29] Реакции видов и жизненных стадий на неоднородность и градиенты в структуре окружающей среды, вероятно, будут зависеть от масштаба, поэтому выбор масштаба является важной задачей в любом экологическом исследовании. Экология морских ландшафтов признает, что решения, принятые для масштабирования экологических исследований, влияют на нашу перспективу и, в конечном счете, на наше понимание экологических моделей и процессов. [30] Исторически ученые-океанологи играли значительную роль в распространении информации о важности масштаба в экологии [31]
В 1963 году физик-океанограф Генри Стоммел опубликовал концептуальную диаграмму, которая оказала глубокое влияние на все науки об окружающей среде. [32] Диаграмма [33] изображала изменение высоты уровня моря в пространственных масштабах от сантиметров до планетарных и во временных масштабах от секунд до десятков тысячелетий. [34] Океанограф Джон Стил (1978) адаптировал диаграмму Стоммела для отображения пространственных и временных масштабов пятнистости фитопланктона , зоопланктона и рыб .
Измерение структуры среды обитания в нескольких масштабах типично для экологии морских ландшафтов, особенно там, где один значимый масштаб неизвестен или незначим для интересующего экологического процесса. Многомасштабные измерения использовались для обнаружения масштаба, в котором популяции связаны с ключевыми особенностями среды обитания. [35] [36] Что касается масштабирования морских ландшафтов, один из подходов заключается в выборе пространственных и временных масштабов, которые были бы экологически значимы для перемещений организмов или других интересующих процессов. [37]
Отсутствие информации или отсутствие непрерывного наблюдения за тем, как животные используют пространство во времени, может слишком часто приводить к недостаточному учету контекста морского ландшафта, что может привести к вводящим в заблуждение выводам относительно основных движущих сил экологических моделей и процессов. Питтман и МакАлпайн (2003) [38] предлагают многомасштабную структуру для масштабирования экологических исследований, которая объединяет теорию иерархии с экологией движения и концепцией экологических соседей. [39] Здесь фокусная шкала руководствуется пространственными и временными шкалами, соответствующими интересующему экологическому процессу. Фокусная шкала вложена в пространственную иерархию, которая включает модели и процессы как в более мелких, так и в более широких масштабах [40]
Понимание экологии морского ландшафта важно при изучении развития молоди рыб, особенно при изучении эстуариев . Предыдущие исследования функции питомника в основном были сосредоточены на отдельных местообитаниях или конкретных видах, не имея всестороннего понимания сложных взаимоотношений внутри и между различными участками местообитаний. [41] [42] [43] Это вызывает беспокойство из-за частых онкогенных сдвигов [ необходимо разъяснение ], наблюдаемых у многих видов молоди, что заставляет их использовать несколько местообитаний на протяжении фаз своего развития. Различные местообитания, включая корни мангровых деревьев, макроводоросли, морские травы и другие, предлагают различные услуги и ресурсы, имеющие решающее значение для развития молоди рыб. Неспособность учесть всю полноту местообитаний, занятых во время развития, может помешать экологам и менеджерам по ресурсам эффективно оценивать ценность сохранения и приоритетность эстуарных регионов.