Луг ( / ˈ mɛ d oʊ / MED -oh ) — открытое местообитание или поле, заросшее травами , злаками и другими недревесными растениями . Деревья или кустарники могут редко заселять луга, пока эти области сохраняют открытый характер. Луга могут встречаться естественным образом при благоприятных условиях, но часто создаются искусственно из расчищенных кустарников или лесов для производства сена , корма или скота . [ 1] Луговые местообитания, как группа, характеризуются как «полуестественные луга», что означает, что они в основном состоят из видов, произрастающих в данном регионе, с ограниченным вмешательством человека.
Луга привлекают множество диких животных и поддерживают флору и фауну , которые не могли бы процветать в других местах обитания. Они экологически важны, поскольку предоставляют области для ухаживания животных , гнездования , сбора пищи, опыления насекомых, а иногда и укрытия, если растительность достаточно высокая. Интенсифицированные методы ведения сельского хозяйства (слишком частое скашивание, использование минеральных удобрений, навоза и инсектицидов) могут привести к снижению численности организмов и видового разнообразия. [2] Существует множество типов лугов, включая сельскохозяйственные, переходные и постоянные, — каждый из которых играет уникальную и важную роль в экосистеме .
Как и другие биомы , луга будут испытывать повышенное давление (в том числе на их биоразнообразие ) из-за изменения климата , особенно по мере изменения осадков и погодных условий. Однако луга и пастбища также имеют важный потенциал смягчения последствий изменения климата как поглотители углерода ; глубоко укоренившиеся травы сохраняют значительное количество углерода в почве .
В сельском хозяйстве луг — это пастбище , которое не выпасается домашним скотом регулярно, а скорее свободно разрастается для производства сена . Их корни уходят в железный век, когда появились соответствующие инструменты для заготовки сена. Возможность производить корм для скота на лугах имела значительное преимущество для животноводства, поскольку животных можно было содержать в загонах, что упрощало контроль над разведением. Излишки производства биомассы летом можно было сохранять на зиму, предотвращая ущерб лесам и лугам, поскольку больше не было необходимости в выпасе скота зимой. [1]
Особенно в Соединенном Королевстве и Ирландии термин луг обычно используется в своем первоначальном смысле для обозначения сенокосного луга , обозначая пастбище, ежегодно скашиваемое летом для заготовки сена . Сельскохозяйственные луга, как правило, представляют собой низинные или возвышенные поля, на которых сено или пастбищные травы растут из самосева или вручную высеянных семян. [3] Традиционные сенокосные луга когда-то были распространены в сельской местности Британии, но сейчас приходят в упадок. Эколог профессор Джон Родвелл утверждает, что за последнее столетие Англия и Уэльс потеряли около 97% своих сенокосных лугов. [4] Менее 15 000 гектаров (37 000 акров) низинных лугов остаются в Великобритании, и большинство участков относительно небольшие и фрагментированные. 25% лугов Великобритании находятся в Вустершире , причем Foster's Green Meadow, управляемый Worcestershire Wildlife Trust, является основным участком. [5]
Аналогичное понятие лугу для сена — пастбище , которое отличается от луга тем, что его выпасают летом, а не позволяют расти и периодически косить на сено. [3] Пастбищем также может называться любая земля, используемая для выпаса скота, и в этом более широком смысле этот термин относится не только к пастбищу, но и к непастбищным местообитаниям, таким как пустоши , болота и лесные пастбища . [6] Термин пастбище используется для описания как лугов для сена, так и пастбищ. [7]
Конкретные сельскохозяйственные практики в отношении лугов могут принимать различные выражения. Как уже упоминалось, это может быть производство сена или обеспечение кормом для выпаса скота и домашнего скота, а также предоставление места для садов или производства меда . Луга встроены и зависят от сложной сети социально-культурных условий для их содержания. Исторически они возникли для повышения эффективности сельского хозяйства, когда стали доступны необходимые инструменты. Сегодня сельскохозяйственные практики изменились, и луга в значительной степени утратили свое первоначальное предназначение. Тем не менее, сегодня они ценятся за свою эстетику и экологические функции. Следовательно, Общая сельскохозяйственная политика Европейского союза субсидирует их управление, в основном за счет выпаса скота. [1]
Переходный луг возникает, когда поле , пастбище , сельскохозяйственная земля или другая очищенная земля больше не скашиваются или не выпасаются и начинают демонстрировать пышный рост, распространяющийся на цветение и самосев трав и диких цветов. [8] Однако это состояние является лишь временным, потому что травы в конечном итоге затеняются, когда кустарники и древесные растения становятся прочно укоренившимися, являясь предшественниками возвращения к полностью лесистому состоянию. [9] Переходное состояние может искусственно поддерживаться с помощью системы двух полей, в которой возделываемая почва и луга чередуются в течение периода от 10 до 12 лет каждый. [8]
В Северной Америке до европейской колонизации алгонкины , ирокезы и другие коренные народы Америки регулярно расчищали участки леса, чтобы создать переходные луга, где олени и дичь могли найти себе пропитание и на которые можно было охотиться . Например, некоторые из сегодняшних лугов возникли тысячи лет назад из-за регулярных выжиганий коренными американцами. [9] [10]
Постоянный луг, также называемый естественным лугом, — это луг, в котором факторы окружающей среды , такие как климатические и почвенные условия , благоприятны для многолетних трав и ограничивают рост древесных растений на неопределенный срок. [11] Типы постоянных лугов могут включать:
В последнее время городские территории рассматриваются как потенциальные места сохранения биоразнообразия. Переход от городских газонов, которые являются широко распространенными местами обитания в городах, к городским лугам, как полагают, способствует созданию большего количества убежищ для сообществ растений и животных. Городские газоны требуют интенсивного управления, которое подвергает жизнь там риску потери среды обитания, особенно из-за частоты стрижки. Сокращение частоты стрижки, как было показано, оказывает явное положительное влияние на разнообразие растительного сообщества, что позволяет перейти от городских газонов к городским лугам. [12]
Из-за возросшей урбанизации Стратегия ЕС по биоразнообразию 2017 года постановила, что необходимо защищать все экосистемы из-за изменения климата. Большинство людей, живущих в городских районах любой страны, обычно получают свои знания о растениях, посещая парки и/или общественную зеленую инфраструктуру. Местные органы власти обязаны предоставлять зеленые зоны для населения, но эти департаменты постоянно страдают от крупных сокращений бюджета, что затрудняет для людей возможность любоваться дикой природой в городских секторах, а также ухудшает местную экосистему. В соответствии с растущим принятием «более беспорядочной городской эстетики», многолетние луга можно рассматривать как более реалистичную альтернативу классическим городским газонам, поскольку они также будут более экономичными в обслуживании. Факторы, которые управляющие городскими пространствами перечисляют как важные для рассмотрения, следующие:
Искусственно или культурно созданные луга возникают и постоянно требуют вмешательства человека для сохранения и процветания. [14] Во многих местах естественные, нетронутые популяции свободно бродящих крупных травоядных либо вымерли, либо очень ограничены из-за деятельности человека. Это уменьшает или устраняет их естественное влияние на окружающую экологию и приводит к тому, что луга создаются или поддерживаются только вмешательством человека. [15] Существующие луга могут потенциально и постепенно прийти в упадок, если не поддерживать их сельскохозяйственными методами. Человечество влияло на экологию и ландшафт на протяжении тысячелетий во многих частях мира, поэтому иногда бывает трудно различить, что является естественным, а что культурным. [16] Луга являются одним из примеров. Однако луга, по-видимому, исторически поддерживались естественными крупными травоядными, которые контролировали рост растений и поддерживали расчищенное пространство. [17] [18]
Поскольку экстенсивное земледелие , такое как выпас скота, в некоторых частях мира сокращается, луга как среда обитания находятся под угрозой исчезновения. Ряд исследовательских проектов пытаются восстановить естественные луговые среды обитания путем повторного введения естественных крупных травоядных. [15] [17] [18] К ним относятся олени , лоси , козы , дикие лошади и т. д. в зависимости от местоположения. Более экзотическим примером с более широким охватом является Европейская программа Таурос . [ требуется ссылка ]
Некоторые экологические организации рекомендуют преобразовывать газоны в луга, прекращая или сокращая кошение. Они утверждают, что луга могут лучше сохранять биоразнообразие , воду, сокращать использование удобрений. [19] Например, в 2018 году экологические организации при поддержке Департамента окружающей среды, продовольствия и сельских дел Англии, обеспокоенные сокращением численности пчел во всем мире, в первый день Недели потребностей пчел 2018 (9–15 июля) дают некоторые рекомендации по сохранению пчел. Рекомендации включают в себя 1) выращивание цветов, кустарников и деревьев, 2) предоставление саду возможности расти дикорастущим, 3) реже стричь траву, 4) оставлять в покое гнезда насекомых и места зимовки и 5) тщательное рассмотрение пестицидов. [20]
Было отмечено, что воздействие человеческой деятельности усилило деградацию луговой почвы. Это способствовало оползням в Шоласе . Например, из-за катания на лыжах и урбанизации луга города Закопане, Польша, как было отмечено, изменили состав почвы. Органический материал почвы исчез и был затронут из-за химикатов из искусственной талой воды от снега и лыжной техники. [21]
Изменения климата влияют на характер температурных осадков во всем мире. Эффекты сильно различаются по регионам, но в целом температура имеет тенденцию к повышению, снежный покров имеет тенденцию к более раннему таянию, а многие места становятся более сухими. Многие виды реагируют на эти изменения, медленно перемещая свою среду обитания вверх. [22] Увеличение высоты снижает среднюю температуру и, таким образом, позволяет видам в значительной степени сохранять свою первоначальную среду обитания. Другой распространенной реакцией на измененные условия окружающей среды являются фенологические адаптации. Они включают в себя сдвиги в сроках прорастания или цветения. Другие примеры включают, например, изменение схем миграции перелетных птиц. На эти адаптации в первую очередь влияют три фактора:
На лугах, поскольку вода оказалась еще более скудной, это подразумевает меньшую влажность для растений. [23] Цветущие растения не развиваются слишком сильно и, следовательно, не дают много пищи существам. Такого рода изменения в растениях могут повлиять на популяцию буйволов, а также многих других существ, включая жуков и насекомых.
В ответ на изменения температуры цветковые растения могут реагировать посредством пространственных или временных сдвигов. Пространственный сдвиг относится к миграции в более холодные районы, часто на большие высоты. [24] Временной сдвиг означает, что растение может изменить свою фенологию, чтобы цвести в другое время года. Двигаясь к ранней весне или поздней осени, они могут восстановить свои предыдущие температурные условия. Эти адаптации ограничены. Пространственные сдвиги могут быть затруднены, если районы уже заселены другими видами или когда растение зависит от определенной гидрологии или типа почвы. [25] Другие авторы показали, что более высокие температуры могут увеличить общую биомассу, но температурные шоки и нестабильность, по-видимому, оказывают негативное влияние на биоразнообразие. [26] Это, по-видимому, касается даже многолетних видов, которые ранее считались оказывающими буферное действие на экстремальные погодные явления. [26]
Существует множество гидрологических режимов лугов, от сухих до влажных, каждый из которых дает различные растительные сообщества, адаптированные к соответствующему поставщику воды. Изменение характера осадков имеет очень разные последствия в зависимости от типа луга. Луга, которые являются либо сухими, либо влажными, кажутся довольно устойчивыми к изменениям, поскольку умеренное увеличение или уменьшение осадков не меняет радикально их характер. Между тем, мезические луга с умеренным запасом воды действительно меняют свой характер, поскольку их легче перевести в другой режим. [25] Сухие луга, в частности, находятся под угрозой вторжения кустарников и других древесных растений и уменьшения распространенности цветущих трав , тогда как гидротические участки имеют тенденцию терять древесные виды. [27] [28] [25] Из-за более сухих верхних слоев почвы, травы с неглубокими корнями испытывают трудности с получением достаточного количества воды. Древесные растения, в отличие от их низкорасположенных корневых систем, все еще могут извлекать воду, хранящуюся в нижних слоях почвы, и способны поддерживать себя в течение более длительных периодов засухи с помощью своих накопленных запасов воды. В долгосрочной перспективе изменение гидрологических режимов может также способствовать появлению инвазивных видов , которые могут быть лучше адаптированы к новым условиям. [25] Эффекты уже достаточно заметны, примером является замена альпийских лугов в южных Гималаях кустарниковыми зарослями. Изменение климата, по-видимому, является важным фактором этого процесса. [29] Более влажные зимы, напротив, могут увеличить общую биомассу, но благоприятствовать уже конкурентоспособным видам. [27] Нанося вред специализированным растениям и способствуя распространению более универсальных видов, более нестабильные режимы осадков также могут сократить экологическое биоразнообразие. [27]
Снежный покров напрямую связан с изменениями температуры, осадков и облачности. Тем не менее, изменения в сроках таяния снега, по-видимому, являются, особенно в альпийских регионах, важным фактором фенологических реакций. [30] Есть даже данные, предполагающие, что влияние таяния снега даже выше, чем одно только потепление. Однако более ранние периоды не являются однозначно положительными для растений, поскольку влага, впрыскиваемая через таяние снега, может отсутствовать в конце года. Кроме того, это может привести к более длительным периодам хищничества семян. Проблема также заключается в отсутствии изолирующего снежного покрова, весенние заморозки могут иметь более сильное негативное воздействие. [31]
Все упомянутые выше факторы приводят к сложным, нелинейным реакциям сообщества. [32] Эти реакции можно разделить, рассмотрев несколько климатических факторов и видов вместе. Поскольку разные виды демонстрируют разную степень фенологических реакций, следствием этого является так называемая фенологическая пересборка, при которой структура экосистемы принципиально меняется. Фенологические реакции в периоды цветения определенных растений могут не совпадать с фенологическими сдвигами их опылителей [32] или периоды роста растительных сообществ, зависящих друг от друга, могут начать расходиться. [30] Исследование лугов в Скалистых горах выявило возникновение периода середины сезона с незначительной цветочной активностью. [33] В частности, исследование показало, что типичный пик цветения в середине лета состоял из нескольких последовательных пиков в сухих, мезических и влажных луговых системах. Фенологические реакции на изменение климата позволяют этим различным пикам расходиться, что приводит к разрыву в середине лета. Это представляет угрозу для опылителей, зависящих от непрерывного снабжения цветочными ресурсами. Поскольку экологические сообщества часто в высокой степени адаптированы к местным условиям, которые не могут быть воспроизведены на больших высотах, Дебински и др. описывают краткосрочные изменения, наблюдаемые на лугах, «как сдвиг в мозаике ландшафтного состава». [25] Поэтому важно отслеживать не только то, как конкретные виды реагируют на изменение климата, но и исследовать их в контексте различных местообитаний, в которых они встречаются. [ необходима цитата ]
Животные, как и растения, быстро меняются в связи с антропогенным глобальным потеплением, и количество особей, занятость среды обитания, изменение репродуктивных циклов являются стратегиями адаптации к этим суровым и непредсказуемым изменениям окружающей среды. Различные типы лугов по всей планете представляют собой различные сообщества растений (многолетние и однолетние растения), которые постоянно взаимодействуют друг с другом, чтобы выжить и размножаться. Время и продолжительность цветения являются одним из видов фенологической перестройки, обусловленной многими различными факторами, такими как таяние снега, температура и влажность почвы, и это лишь некоторые из них. Все изменения, которые может претерпевать растение или животное, зависят от топографии среды обитания, высоты и широты конкретного организма. Важно должным образом следить за растениями, поскольку они являются одними из лучших биоиндикаторов того, как изменение климата влияет на планету. [32]
Фенология цветения является одной из важнейших особенностей растений для выживания в любых невзгодах. Благодаря различным современным методам и постоянному мониторингу мы можем гарантировать, какую экологическую стратегию используют растения для размножения своих видов. На альпийских лугах восточного Тибета были отмечены печально известные различия и сходства между однолетними и многолетними растениями. Где пиковая дата цветения многолетних растений была прямо пропорциональна продолжительности и обратно пропорциональна однолетним растениям. Это всего лишь ограниченное количество многих взаимосвязей по фенологии и функциональным признакам, взаимодействующим с окружающей средой для выживания. [34]
Изменение климата повышает температуру во всем мире, и бореальные регионы более восприимчивы к заметным изменениям. Был проведен эксперимент по наблюдению за реакцией растений альпийских арктических лугов на различные модели повышения температуры. Этот эксперимент был основан на сосудистых растениях, которые обитают в арктических и субарктических средах на трех различных уровнях растительности: ярус полога, нижний ярус и функциональные группы. Крайне важно помнить, что эти растения обычно делят пространство и постоянно взаимодействуют с бриофитами, лишайниками, членистоногими, животными и многими другими организмами. Результатом стала четкая адаптация постоянной модели, которую растения распознали и успели достичь тепловой акклиматизации, что означает, что они получили чистый прирост углерода за счет усиления фотосинтеза и небольшого увеличения дыхания благодаря более теплому климату в течение разумного периода времени. Однако растения, которые испытывают изменения любого рода (не только повышение и понижение температуры) в течение короткого периода времени, с большей вероятностью погибнут, поскольку у них не было достаточно времени для достижения тепловой акклиматизации. [35]
Луга могут выступать в качестве существенных поглотителей и источников органического углерода, удерживая его в почве в огромных количествах. Потоки углерода зависят в основном от естественного цикла поглощения и оттока углерода, который взаимодействует с сезонными колебаниями (например, нерастущий и вегетационный периоды). Широкий спектр подтипов лугов, в свою очередь, имеет различные атрибуты (например, конфигурации растений), влияющие на способность области выступать в качестве поглотителей; луга морской травы на данный момент идентифицируются как некоторые из наиболее важных поглотителей в глобальном углеродном цикле . В случае лугов морской травы происходит повышенное производство других парниковых газов (CH 4 и N 2 O), но предполагаемый общий эффект приводит к компенсации общего выброса. Между тем, обычным фактором потери лугов (за исключением прямых изменений из-за развития человека) является изменение климата , следовательно, увеличение выбросов углерода и поднятие темы проектов восстановления, которые в некоторых случаях побудили инициировать восстановление лугов (например, луг Zostera marina в Вирджинии, США). [36]
Там, где произошла деградация пастбищ , могут произойти значительные изменения в оттоке углекислого газа в невегетационный период. Как изменение климата, так и чрезмерный выпас скота влияют на деградацию. [37] Как показывает пример альпийского водно-болотного луга на Цинхай-Тибетском нагорье, существует потенциал быть умеренным источником CO 2 и поглотителем углерода из-за высокого содержания органических веществ в почве и низкого разложения. Однако чем больше количественно оценивается динамика, тем более ощутимыми становятся последствия деградации. [38] Была замечена сильная связь между деградацией пастбищ и потерей углерода в почве, что указывает на то, что выброс углекислого газа стимулируется этим событием. Это впоследствии указывает на потенциал смягчения изменения климата путем восстановления деградированных пастбищ. [39]
Будучи рыночным регулированием выбросов, система ограничения выбросов и торговли квотами в некоторых случаях может включать проекты по восстановлению для смягчения последствий изменения климата. Например, программа ограничения выбросов и торговли квотами в Калифорнии изучает, как восстановление лугов может быть включено в их систему сокращения выбросов углерода. Предварительные исследования, как описывает Одюбон, указывают на потенциал хранения существенно большего количества углерода в почве по сравнению с деградированными лугами, одновременно повышая местное биоразнообразие. [40] Однако совсем недавно, во время пандемии COVID-19, начинают проявляться трудности с восстановлением: в первые годы восстанавливаемые территории уязвимы для внешних нарушений, например, приостановки управления лугами, когда экосистема наиболее чувствительна, например, к инвазивным видам. [41]