Фрагментация среды обитания описывает возникновение разрывов (фрагментацию) в предпочтительной среде обитания организма ( среде обитания ), вызывая фрагментацию популяции и распад экосистемы . [2] Причины фрагментации среды обитания включают геологические процессы, которые медленно изменяют структуру физической среды [3] (предположительно, являются одной из основных причин видообразования [3] ), и человеческую деятельность, такую как преобразование земель , которая может изменять среду гораздо быстрее и приводит к вымиранию многих видов. Более конкретно, фрагментация среды обитания - это процесс, посредством которого большие и смежные среды обитания разделяются на более мелкие, изолированные участки среды обитания. [4] [5]
Термин «фрагментация среды обитания» включает в себя пять отдельных явлений:
"фрагментация... не только приводит к потере количества среды обитания, но и, создавая небольшие изолированные участки, изменяет свойства оставшейся среды обитания" (van den Berg et al. 2001) [ неудачная проверка ] . Фрагментация среды обитания - это ландшафтный уровень явления и процесс на уровне участка. Таким образом, это означает, что она охватывает: области участка, краевые эффекты и сложность формы участка. [6]
В научной литературе ведутся споры о том, применим ли термин «фрагментация среды обитания» к случаям потери среды обитания , или же этот термин в первую очередь применяется к явлению разрезания среды обитания на более мелкие части без значительного сокращения площади среды обитания. Ученые, которые используют более строгое определение «фрагментации среды обитания» как таковой [5], будут называть потерю площади среды обитания «потерей среды обитания» и явно упоминать оба термина, если описывают ситуацию, когда среда обитания становится менее связанной и общая площадь среды обитания уменьшается.
Кроме того, фрагментация среды обитания рассматривается как инвазивная угроза биоразнообразию , поскольку она затрагивает большее количество видов , чем биологические инвазии , чрезмерная эксплуатация или загрязнение . [7]
Кроме того, последствия фрагментации среды обитания наносят ущерб способности видов, таких как местные растения , эффективно адаптироваться к изменяющейся среде. В конечном итоге это препятствует потоку генов от одного поколения популяции к другому, особенно для видов, живущих в меньших популяциях. В то время как для видов с большими популяциями существует больше генетических мутаций , которые могут возникнуть, и генетических рекомбинационных воздействий, которые могут повысить выживаемость видов в этих средах. В целом, фрагментация среды обитания приводит к ее распаду и потере , что оба связаны с разрушением биоразнообразия в целом.
Доказательства разрушения среды обитания в результате естественных процессов, таких как вулканизм , пожары и изменение климата , обнаружены в палеонтологической летописи. [3] [ неудачная проверка ] Исследования продемонстрировали воздействие отдельных видов на уровне ландшафта [8] Например, результаты исследований показывают, что воздействие травоядности оленей на лесные растительные сообщества можно наблюдать на уровне ландшафта в провинциальном парке Рондо в период с 1955 по 1978 год [8] , а также фрагментация среды обитания тропических лесов в Еврамерике 300 миллионов лет назад привела к значительной потере разнообразия амфибий, но одновременно более сухой климат стимулировал всплеск разнообразия среди рептилий. [3]
Фрагментация среды обитания часто вызывается людьми, когда местные растения вырубаются для такой деятельности человека, как сельское хозяйство , развитие сельских районов , урбанизация и создание гидроэлектростанций . Среды обитания, которые когда-то были непрерывными, разделяются на отдельные фрагменты. Из-за деятельности человека многие тропические и умеренные среды обитания уже были сильно фрагментированы, и в ближайшем будущем степень фрагментации значительно возрастет. [9] После интенсивной расчистки отдельные фрагменты, как правило, представляют собой очень маленькие острова, изолированные друг от друга пахотными землями, пастбищами, тротуарами или даже бесплодной землей. Последнее часто является результатом подсечно-огневого земледелия в тропических лесах . В пшеничном поясе центрально-западного Нового Южного Уэльса , Австралия , было вырублено 90% местной растительности и более 99% высокотравных прерий Северной Америки , что приводит к чрезвычайной фрагментации среды обитания.
Существует два типа процессов, которые могут привести к фрагментации среды обитания. Существуют экзогенные процессы и эндогенные процессы. Эндогенный процесс — это процесс, который развивается как часть биологии вида, поэтому он обычно включает изменения в биологии, поведении и взаимодействиях внутри вида или между видами. Эндогенные угрозы могут привести к изменениям в моделях размножения или моделях миграции и часто вызываются экзогенными процессами. Экзогенные процессы не зависят от биологии вида и могут включать деградацию среды обитания, подразделение среды обитания или изоляцию среды обитания. Эти процессы могут оказывать существенное влияние на эндогенные процессы, фундаментально изменяя поведение вида. Подразделение среды обитания или изоляция могут привести к изменениям в распространении или перемещении видов, включая изменения в сезонной миграции. Эти изменения могут привести к снижению плотности видов, усилению конкуренции или даже усилению хищничества. [10]
Одним из основных способов, которыми фрагментация среды обитания влияет на биоразнообразие, является сокращение количества подходящей среды обитания, доступной для организмов. Фрагментация среды обитания часто включает как разрушение среды обитания , так и разделение ранее непрерывной среды обитания. [11] Растения и другие сидячие организмы непропорционально сильно страдают от некоторых типов фрагментации среды обитания, поскольку они не могут быстро реагировать на измененную пространственную конфигурацию среды обитания. [12] Фрагментация среды обитания последовательно сокращает биоразнообразие на 13–75 % и ухудшает ключевые функции экосистемы за счет уменьшения биомассы и изменения питательных циклов . Это подчеркивает серьезные и длительные экологические последствия фрагментации, которые можно было бы выделить в разделах, обсуждающих последствия фрагментации. [13]
Потеря среды обитания, которая может произойти в результате процесса фрагментации среды обитания, считается наибольшей угрозой для видов. [14] Однако, было высказано предположение, что влияние конфигурации участков среды обитания в пределах ландшафта, независимо от влияния количества среды обитания в пределах ландшафта (называемой фрагментацией как таковой [5] ), невелико. [15] Обзор эмпирических исследований показал, что из 381 зарегистрированного в научной литературе значительного влияния фрагментации среды обитания как таковой на возникновение, численность или разнообразие видов, 76% были положительными, а 24% — отрицательными. [16] Несмотря на эти результаты, в научной литературе, как правило, больше подчеркиваются отрицательные эффекты, чем положительные. [17] Положительные эффекты фрагментации среды обитания как таковой подразумевают, что несколько небольших участков среды обитания могут иметь более высокую природоохранную ценность, чем один большой участок эквивалентного размера. [16] Таким образом, стратегии совместного использования земли могут иметь более положительное влияние на виды, чем стратегии сбережения земли. [16] Хотя негативные последствия потери среды обитания обычно считаются гораздо более значительными, чем последствия фрагментации среды обитания, эти два события тесно связаны, и наблюдения обычно не являются независимыми друг от друга. [18]
Площадь является основным фактором, определяющим количество видов во фрагменте [19] , а относительный вклад демографических и генетических процессов в риск глобального вымирания популяции зависит от конфигурации среды обитания, стохастических изменений окружающей среды и особенностей вида. [20] Незначительные колебания климата, ресурсов или других факторов, которые были бы незаметны и быстро скорректированы в больших популяциях, могут быть катастрофическими в небольших изолированных популяциях. Таким образом, фрагментация среды обитания является важной причиной вымирания видов. [19] Динамика популяции подразделенных популяций имеет тенденцию меняться асинхронно. В нефрагментированном ландшафте сокращающаяся популяция может быть «спасена» иммиграцией из близлежащей расширяющейся популяции. В фрагментированных ландшафтах расстояние между фрагментами может помешать этому. Кроме того, незанятые фрагменты среды обитания, отделенные от источника иммигрантов каким-либо барьером, с меньшей вероятностью будут повторно заселены, чем смежные фрагменты. Даже небольшие виды, такие как колумбийская пятнистая лягушка , зависят от эффекта спасения . Исследования показали, что 25% молодых особей путешествуют на расстояние более 200 м по сравнению с 4% взрослых. Из них 95% остаются в новом месте обитания, что свидетельствует о том, что это путешествие необходимо для выживания. [21]
Кроме того, фрагментация среды обитания приводит к краевым эффектам . Микроклиматические изменения в свете, температуре и ветре могут изменить экологию вокруг фрагмента, а также во внутренних и внешних частях фрагмента. [22] Пожары становятся более вероятными в этом районе по мере снижения влажности и повышения уровня температуры и ветра. Экзотические и вредные виды могут легко обосноваться в таких нарушенных средах, а близость домашних животных часто нарушает естественную экологию. Кроме того, среда обитания вдоль края фрагмента имеет другой климат и благоприятствует другим видам из внутренней среды обитания. Поэтому небольшие фрагменты неблагоприятны для видов, которым требуется внутренняя среда обитания. Процент сохранения смежных местообитаний тесно связан как с генетическим, так и с видовым сохранением биоразнообразия. Как правило, 10% остаточного смежного местообитания приведет к 50% потере биоразнообразия . [23]
Большая часть оставшихся наземных мест обитания диких животных во многих странах третьего мира подверглась фрагментации из-за развития городской экспансии , например, дорог, препятствующих потере среды обитания . Места обитания водных видов были фрагментированы плотинами и отводами воды . [24] Эти фрагменты среды обитания могут быть недостаточно большими или связанными, чтобы поддерживать виды, которым нужна большая территория, где они могут найти себе пару и пищу. Потеря и фрагментация среды обитания затрудняют для мигрирующих видов поиск мест для отдыха и питания вдоль их миграционных маршрутов. [24]
Эффекты текущей фрагментации будут продолжать проявляться в течение десятилетий. Долги вымирания, вероятно, будут погашены, хотя противодействующие иммиграционные долги могут никогда не быть полностью выплачены. Действительно, эксперименты здесь показывают продолжающиеся потери биоразнообразия и функционирования экосистемы через два десятилетия или дольше после того, как произошла фрагментация. Понимание взаимосвязи между временной и долгосрочной динамикой является существенной проблемой, которую должны решить экологи, и эксперименты по фрагментации будут иметь центральное значение для связи наблюдения с теорией. [7]
Фрагментация среды обитания часто является причиной того, что виды становятся находящимися под угрозой или исчезающими . [25] Наличие жизнеспособной среды обитания имеет решающее значение для выживания любого вида, и во многих случаях фрагментация любой оставшейся среды обитания может привести к трудным решениям для биологов, занимающихся охраной природы. Учитывая ограниченное количество ресурсов, доступных для охраны природы, предпочтительнее ли защищать существующие изолированные участки среды обитания или выкупать землю, чтобы получить максимально возможный смежный участок земли. В редких случаях вид, зависящий от охраны природы, может получить некоторую меру защиты от болезней, будучи распределенным в изолированных средах обитания, и при контроле общей потери среды обитания некоторые исследования показали положительную связь между видовым богатством и фрагментацией; это явление было названо гипотезой количества среды обитания, хотя обоснованность этого утверждения оспаривается. [15] [26] Продолжающиеся дебаты о том, какой размер фрагментов наиболее важен для охраны природы, часто называют SLOSS (один большой или несколько маленьких). Потеря среды обитания в очаге биоразнообразия может привести к локальному кризису вымирания; в целом потеря среды обитания в очаге может быть хорошим индикатором или предиктором количества находящихся под угрозой исчезновения и вымерших эндемичных видов. [27]
Одним из решений проблемы фрагментации среды обитания является соединение фрагментов путем сохранения или посадки коридоров местной растительности. В некоторых случаях моста или подземного перехода может быть достаточно для соединения двух фрагментов. [28] Это может смягчить проблему изоляции, но не потерю внутренней среды обитания. Коридоры дикой природы могут помочь животным перемещаться и занимать новые территории, когда в их основной среде обитания отсутствуют источники пищи или другие природные ресурсы, и животные могут находить новых партнеров в соседних регионах, чтобы генетическое разнообразие могло увеличиваться. Виды, которые перемещаются сезонно, могут делать это более безопасно и эффективно, когда это не мешает барьерам человеческого развития.
Из-за постоянного расширения городских ландшафтов текущие исследования рассматривают зеленые крыши как возможные векторы коридоров среды обитания. Недавнее исследование показало, что зеленые крыши полезны для соединения среды обитания членистоногих, в частности пчел и долгоносиков. [29]
Еще одной мерой смягчения является расширение небольших остатков для увеличения количества внутренней среды обитания. Это может быть непрактично, поскольку освоенные земли часто обходятся дороже и могут потребовать значительного времени и усилий для восстановления.
Лучшее решение обычно зависит от конкретного вида или экосистемы, которые рассматриваются. Более мобильные виды, такие как большинство птиц, не нуждаются в связанной среде обитания, в то время как некоторые более мелкие животные, такие как грызуны, могут быть более подвержены хищникам на открытой местности. Эти вопросы обычно попадают под рубрики метапопуляции островная биогеография .
Поскольку оставшиеся участки среды обитания меньше, они, как правило, поддерживают меньшие популяции с меньшим количеством видов. [30] Малые популяции подвержены повышенному риску различных генетических последствий, которые влияют на их долгосрочное выживание. [31] Остаточные популяции часто содержат только подмножество генетического разнообразия, обнаруженного в ранее непрерывной среде обитания. В этих случаях процессы, которые действуют на базовое генетическое разнообразие, такие как адаптация , имеют меньший пул аллелей, поддерживающих приспособленность, для выживания в условиях изменения окружающей среды. Однако в некоторых сценариях, где подмножества генетического разнообразия разделены между несколькими фрагментами среды обитания, почти все исходное генетическое разнообразие может поддерживаться, несмотря на то, что каждый отдельный фрагмент демонстрирует сокращенное подмножество разнообразия. [32] [33]
Поток генов происходит, когда особи одного вида обмениваются генетической информацией посредством воспроизводства. Популяции могут поддерживать генетическое разнообразие посредством миграции . Когда среда обитания становится фрагментированной и сокращается по площади, поток генов и миграция обычно сокращаются. Меньше особей будут мигрировать в оставшиеся фрагменты, и небольшие разрозненные популяции, которые, возможно, когда-то были частью одной большой популяции, станут репродуктивно изолированными. Научные доказательства того, что поток генов сокращается из-за фрагментации, зависят от изучаемого вида. В то время как деревья, которые имеют механизмы опыления и рассеивания на большие расстояния, могут не испытывать сокращения потока генов после фрагментации, [34] большинство видов подвержены риску сокращения потока генов после фрагментации среды обитания. [12]
Сокращение потока генов и репродуктивная изоляция могут привести к инбридингу между родственными особями. Инбридинг не всегда приводит к негативным последствиям для приспособленности, но когда инбридинг связан с уменьшением приспособленности, это называется инбридинговой депрессией . Инбридинг становится все более серьезной проблемой по мере увеличения уровня гомозиготности , что способствует экспрессии вредных аллелей, которые снижают приспособленность. Фрагментация среды обитания может привести к инбридинговой депрессии для многих видов из-за уменьшения потока генов. [35] [36] Инбридинговая депрессия связана с рисками для сохранения, такими как локальное вымирание. [37]
Небольшие популяции более восприимчивы к генетическому дрейфу . Генетический дрейф — это случайные изменения в генетическом составе популяций, приводящие к сокращению генетического разнообразия. Чем меньше популяция, тем более вероятно, что генетический дрейф будет движущей силой эволюции, а не естественным отбором. Поскольку генетический дрейф — это случайный процесс, он не позволяет видам стать более приспособленными к окружающей среде. Фрагментация среды обитания связана с увеличением генетического дрейфа в небольших популяциях, что может иметь негативные последствия для генетического разнообразия популяций. [35] Однако исследования показывают, что некоторые виды деревьев могут быть устойчивы к негативным последствиям генетического дрейфа, пока размер популяции не станет таким же маленьким, как десять особей или меньше. [32]
Фрагментация среды обитания уменьшает размер и увеличивает пространственную изоляцию популяций растений. С генетической изменчивостью и возросшими методами межпопуляционной генетической дивергенции из-за возросших эффектов случайного генетического дрейфа , повышая инбридинг и уменьшая поток генов внутри видов растений. Хотя генетическая изменчивость может уменьшаться с размером остаточной популяции, не все события фрагментации приводят к генетическим потерям и различным типам генетической изменчивости. Редко фрагментация может также увеличивать поток генов среди остаточных популяций, разрушая локальную генетическую структуру. [38]
Для того чтобы популяции развивались в ответ на естественный отбор, они должны быть достаточно большими, чтобы естественный отбор был более сильной эволюционной силой, чем генетический дрейф. Недавние исследования воздействия фрагментации среды обитания на адаптацию некоторых видов растений показали, что организмы в фрагментированных ландшафтах могут быть способны адаптироваться к фрагментации. [39] [40] Однако есть также много случаев, когда фрагментация снижает способность к адаптации из-за небольшого размера популяции. [41]
Ниже перечислены некоторые виды, испытавшие генетические последствия из-за фрагментации среды обитания:
Хотя то, как фрагментация среды обитания влияет на генетику и темпы вымирания видов, было тщательно изучено, было также показано, что фрагментация влияет на поведение и культуру видов. Это важно, поскольку социальные взаимодействия могут определять и влиять на приспособленность и выживание видов. Фрагментация среды обитания изменяет доступные ресурсы и структуру среды обитания, в результате чего изменяет поведение видов и динамику между различными видами. Затронутое поведение может быть внутри вида, например, размножение, спаривание, поиск пищи, распространение видов, коммуникация и модели передвижения, или может быть поведением между видами, например, отношения хищник-жертва. [47] Кроме того, когда животные случайно попадают в неизвестные области между фрагментированными лесами или ландшафтами, они предположительно могут вступать в контакт с людьми, что подвергает их большому риску и еще больше снижает их шансы на выживание. [7]
Фрагментация среды обитания из-за антропогенной деятельности, как было показано, сильно влияет на динамику хищник-жертва многих видов, изменяя количество видов и членов этих видов. [47] Это влияет на естественные отношения хищник-жертва между животными в данном сообществе [47] и заставляет их менять свое поведение и взаимодействия, тем самым перезапуская так называемую «гонку за поведенческое пространство». [48] То, как фрагментация изменяет и перестраивает эти взаимодействия, может происходить во многих различных формах. Большинство видов добычи имеют участки земли, которые являются убежищем от их хищников, что позволяет им безопасно размножаться и выращивать свое потомство. Введенные человеком сооружения, такие как дороги и трубопроводы, изменяют эти области, способствуя активности хищников в этих убежищах, увеличивая перекрытие хищников-жертв. [48] Обратное также может произойти в пользу добычи, увеличивая убежище добычи и впоследствии снижая уровень хищничества. Фрагментация может также увеличивать численность хищников или эффективность хищников и, следовательно, увеличивать уровень хищничества таким образом. [48] Несколько других факторов также могут увеличивать или уменьшать степень, в которой динамика изменения хищник-жертва влияет на определенные виды, включая то, насколько разнообразен рацион хищников и насколько гибки требования к среде обитания для хищников и добычи. [47] В зависимости от того, какие виды затронуты, и этих других факторов, фрагментация и ее влияние на динамику хищник-жертва могут способствовать вымиранию видов. [47] В ответ на эти новые экологические давления могут развиваться новые адаптивные формы поведения. Виды добычи могут адаптироваться к повышенному риску хищничества с помощью таких стратегий, как изменение тактики спаривания или изменение поведения и действий, связанных с едой и добычей пищи. [47]
В бореальных лесах карибу Британской Колумбии продемонстрированы эффекты фрагментации. Областью убежища вида является торфяное болото, которое прерывается линейными объектами, такими как дороги и трубопроводы. [49] Эти объекты позволили их естественным хищникам, волку и черному медведю, более эффективно перемещаться по ландшафтам и между участками земли. [49] Поскольку их хищники могут легче получить доступ к убежищу карибу, самки этого вида стараются избегать этой области, что влияет на их репродуктивное поведение и производимое потомство. [49]
Фрагментация, влияющая на коммуникационное поведение птиц, была хорошо изучена на примере жаворонков Дюпона. Жаворонки в основном обитают в регионах Испании и являются небольшими воробьиными птицами, которые используют песни как средство культурной передачи между членами вида. [49] У жаворонков есть две различные вокализации: песня и территориальный зов. Территориальный зов используется самцами для защиты и сигнализации территории от других самцов жаворонков и передается между соседними территориями, когда самцы реагируют на песню соперника. [50] Иногда он используется как сигнал угрозы, чтобы обозначить надвигающееся нападение на территорию. [51] Большой репертуар песен может повысить способность самца выживать и размножаться, поскольку у него больше возможностей защищать свою территорию от других самцов, а большее количество самцов в виде означает большее разнообразие передаваемых песен. [50] Фрагментация территории жаворонков Дюпона из-за сельского хозяйства, лесного хозяйства и урбанизации, по-видимому, оказывает большое влияние на их коммуникационные структуры. [51] Самцы воспринимают территории только на определенном расстоянии как соперников, поэтому изоляция территории от других из-за фрагментации приводит к снижению территориальных криков, поскольку у самцов больше нет причин использовать ее или иметь соответствующие песни. [51]
Люди также внесли различные изменения в экосистемы, которые, в свою очередь, повлияли на поведение животных и вырабатываемые ими реакции. [52] Хотя есть некоторые виды, которые способны выживать в таких суровых условиях, как, например, вырубка леса в лесах для целлюлозно-бумажной промышленности, есть животные, которые могут выжить в этих изменениях, а есть и такие, которые не могут. Например, различные водные насекомые способны определять подходящие водоемы для откладывания яиц с помощью поляризованного света, который направляет их, однако из-за изменений экосистемы, вызванных людьми, они попадают на искусственные сооружения, которые излучают искусственный свет, который, например, вызван сухим асфальтом или сухими дорогами. [53]
В то время как фрагментация среды обитания часто ассоциируется с ее влиянием на большие популяции растений и животных и биоразнообразие, из-за взаимосвязанности экосистем есть также значительные эффекты, которые она оказывает на микробиоту окружающей среды. Повышенная фрагментация была связана с сокращением популяций и разнообразия грибов, ответственных за разложение, а также насекомых, для которых они являются хозяевами. [54] [55] Это было связано с упрощением пищевых цепей в сильно фрагментированных областях по сравнению со старовозрастными лесами. [56] Кроме того, было показано, что краевые эффекты приводят к значительному разнообразию микросред по сравнению с внутренним лесом из-за изменений в доступности света, наличии ветра, изменениях в осадках и общем содержании влаги в опавших листьях. [57] Эти микросреды часто не способствуют общему здоровью леса, поскольку они позволяют универсальным видам процветать за счет специализированных , которые зависят от конкретных сред. [54]
Анализ метаданных показал, что фрагментация среды обитания сильно влияет на мутуалистические отношения, в то время как на антагонистические отношения, такие как хищничество и травоядность , влияет в меньшей степени. [58] Например, мутуалистические отношения между Mesogyne insignis и Megachile . Исследование показало большее опыление и повышенное производство плодов M. insignis в нефрагментированных лесах по сравнению с фрагментированными лесами. [59] Что касается примера антагонистических отношений хищничества гнезд, исследование показало, что нет увеличения хищничества гнезд во фрагментированных лесах - таким образом, не подтверждая гипотезу краевого эффекта . [60]
Фрагментация среды обитания оказывает глубокое воздействие на экосистемные услуги , влияя на удержание питательных веществ, видовое богатство и местные биофизические условия. Процессы, опосредованные фрагментацией, вызывают обобщаемые реакции на уровнях популяции , сообщества и экосистемы , что приводит к снижению удержания питательных веществ. [61] Кроме того, фрагментация среды обитания изменяет отношения между биоразнообразием и функционированием экосистемы в различных масштабах, влияя как на локальную потерю биоразнообразия , так и на локальную потерю функции. [62] Более того, фрагментация может изменить микроклимат как в локальном, так и в региональном масштабах, влияя на биоразнообразие через взаимодействие с антропогенным изменением климата . [63] В целом, фрагментация среды обитания существенно нарушает экосистемные услуги, изменяя удержание питательных веществ, биоразнообразие и функционирование экосистемы в различных пространственных и временных масштабах.
Фрагментация лесов — это форма фрагментации среды обитания, при которой леса сокращаются (естественным или искусственным путем) до относительно небольших изолированных участков леса, известных как фрагменты леса или остатки леса. [3] Промежуточная матрица, которая разделяет оставшиеся участки леса, может быть естественными открытыми территориями, сельскохозяйственными угодьями или развитыми территориями. Следуя принципам островной биогеографии , остаточные леса действуют как острова леса в море пастбищ, полей, участков, торговых центров и т. д. Затем эти фрагменты начнут подвергаться процессу распада экосистемы .
Фрагментация леса также включает менее тонкие формы разрывов, такие как полосы отвода коммунальных служб (ROW). ROW коммунальных служб представляют экологический интерес, поскольку они стали широко распространенными во многих лесных сообществах, охватывая площади до 5 миллионов акров в Соединенных Штатах. [64] ROW коммунальных служб включают полосы отвода для передачи электроэнергии, газопроводов и телекоммуникаций. ROW для передачи электроэнергии создаются для предотвращения помех растительности с линиями электропередачи. Некоторые исследования показали, что полосы отвода для передачи электроэнергии содержат больше видов растений, чем прилегающие лесные районы, [65] из-за изменений микроклимата в коридоре и вокруг него. Разрывы в лесных районах, связанные с полосами отвода коммунальных служб, могут служить убежищем для биоразнообразия местных пчел [64] и видов лугов, [66] поскольку полосы отвода сохраняются на ранней стадии сукцессии.
Фрагментация лесов сокращает пищевые ресурсы и источники среды обитания для животных, тем самым разделяя эти виды. Таким образом, эти животные становятся гораздо более восприимчивыми к воздействию хищников и уменьшают вероятность их скрещивания - снижая генетическое разнообразие. [67]
Кроме того, фрагментация лесов влияет на местные виды растений, присутствующие в этой области, разделяя большие популяции на более мелкие. В свою очередь, меньшие популяции более склонны подвергаться влиянию генетического дрейфа и производительности популяции, а также испытывать рост инбридинга. [68] Более того, фрагментация может влиять на отношения, существующие между животными и растениями, такие как отношения, касающиеся распространения семян или отношений опылителей и растений. [68] [69]
Фрагментация лесов является одной из самых серьезных угроз биоразнообразию в лесах, особенно в тропиках. [70] Проблема разрушения среды обитания , которая изначально стала причиной фрагментации, усугубляется:
Влияние фрагментации на флору и фауну лесного участка зависит от а) размера участка и б) степени его изоляции. [72] Изоляция зависит от расстояния до ближайшего похожего участка и контраста с окружающими территориями. Например, если расчищенная территория засажена лесом или ей позволяют регенерировать , увеличивающееся структурное разнообразие растительности уменьшит изоляцию лесных фрагментов. Однако, когда бывшие лесные земли навсегда преобразуются в пастбища, сельскохозяйственные поля или заселенные человеком освоенные территории, оставшиеся лесные фрагменты и биота в них часто оказываются сильно изолированными.
Лесные участки, которые меньше или более изолированы, будут терять виды быстрее, чем те, которые больше или менее изолированы. Большое количество небольших лесных «островов», как правило, не может поддерживать то же биоразнообразие, которое мог бы поддерживать один смежный лес, даже если их общая площадь намного больше, чем площадь одного леса. Однако лесные острова в сельских ландшафтах значительно увеличивают свое биоразнообразие. [73] В лесу Маулино в Чили фрагментация, по-видимому, не сильно влияет на общее разнообразие растений, а разнообразие деревьев действительно выше во фрагментах, чем в больших непрерывных лесах. [74] [75]
Университет Макгилла в Монреале , Квебек , Канада, опубликовал заявление университетской газеты, в котором говорится, что 70% оставшихся в мире лесов находятся в пределах одного километра от опушки леса, что подвергает биоразнообразие огромному риску, согласно исследованиям, проведенным международными учеными. [76]
Сокращение фрагментированной области, увеличение изоляции и увеличение края инициируют изменения, которые просачиваются через все экосистемы. Фрагментация среды обитания способна формировать устойчивые результаты, которые также могут стать неожиданными, такими как обилие некоторых видов и закономерность, что для различения многих сильных системных реакций требуются длительные временные масштабы. [7]
Присутствие фрагментов леса влияет на поставку различных экосистем на соседних сельскохозяйственных полях (Mitchell et al. 2014). Mitchell et al. (2014) исследовали шесть различных факторов экосистемы, таких как производство сельскохозяйственных культур, разложение , регулирование пестицидов , хранение углерода, плодородие почвы и регулирование качества воды на полях сои через отдельные расстояния близлежащих фрагментов леса, которые все различались по изоляции и размеру по всему сельскохозяйственному ландшафту в Квебеке, Канада . Устойчивое управление лесами может быть достигнуто несколькими способами, включая управление лесами для экосистемных услуг (помимо простого обеспечения), посредством государственных компенсационных схем и посредством эффективного регулирования и правовых рамок. [77] Единственный реалистичный метод сохранения лесов - это применять и практиковать устойчивое управление лесами, чтобы рисковать дальнейшей потерей.
Существует высокий промышленный спрос на древесину , целлюлозу , бумагу и другие ресурсы, которые может предоставить лес , поэтому предприятия, которые захотят получить больше доступа к вырубке лесов, чтобы получить эти ресурсы. Альянс тропических лесов смог эффективно внедрить подход к устойчивому управлению лесами, и они создали его в конце 1980-х годов. Их сохранение было признано успешным, поскольку оно спасло более полумиллиарда акров земли по всему миру. [78]
Несколько подходов и мер, которые могут быть приняты для сохранения лесов, включают методы, с помощью которых эрозия может быть сведена к минимуму, отходы должным образом утилизированы, сохранены местные виды деревьев для поддержания генетического разнообразия и отведены лесные угодья (обеспечивают среду обитания для критически важных видов диких животных ). [78] Кроме того, лесные пожары также могут происходить часто, и могут быть приняты меры для дальнейшего предотвращения лесных пожаров. Например, в культурно и экологически значимом регионе Петен в Гватемале исследователи смогли обнаружить, что за 20-летний период активно управляемые леса, сертифицированные FSC, испытали существенно более низкие темпы вырубки лесов , чем близлежащие охраняемые территории, а лесные пожары затронули только 0,1 процента сертифицированной площади земель по сравнению с 10,4 процента охраняемых территорий. [78] Однако следует должным образом отметить, что краткосрочные решения относительно занятости в лесном секторе и методов заготовки леса могут иметь долгосрочные последствия для биоразнообразия. [79] Лесонасаждения становятся все более важными, поскольку они поставляют приблизительно четверть мирового производства промышленных круглых лесоматериалов и, как прогнозируется, будут составлять 50% мирового производства в течение двух десятилетий (Brown, 1998; Jaakko Poyry, 1999). [80] Несмотря на множество трудностей, внедрение лесной сертификации было весьма заметным в плане повышения эффективной осведомленности и распространения знаний о целостной концепции, охватывающей экономические, экологические и социальные вопросы во всем мире. При этом также предоставляя инструмент для ряда других приложений, помимо оценки устойчивости , таких как, например, проверка поглотителей углерода. [81]
Для понимания фрагментации среды обитания и ее экологических последствий обычно используются два подхода.
Подход, ориентированный на виды, фокусируется конкретно на отдельных видах и на том, как каждый из них реагирует на изменения в окружающей среде и среде обитания. Этот подход может быть ограничен, поскольку он фокусируется только на отдельных видах и не позволяет получить широкий взгляд на последствия фрагментации среды обитания для разных видов. [82]
Подход, ориентированный на паттерны, основан на почвенном покрове и его паттернировании в корреляции с встречаемостью видов. Одной из моделей изучения ландшафтного паттернирования является модель «патч-матрица-коридор», разработанная Ричардом Форманом. Подход, ориентированный на паттерны, фокусируется на почвенном покрове, определяемом человеческими средствами и деятельностью. Эта модель возникла из островной биогеографии и пытается вывести причинно-следственные связи между определенными ландшафтами и встречаемостью видов или групп видов в них. Подход имеет ограничения в своих коллективных предположениях относительно видов или ландшафтов, которые могут не учитывать различия между ними. [83]
Другая модель — модель пестроты. Пестрые ландшафты сохраняют большую часть своей естественной растительности, но перемешаны с градиентами измененной среды обитания [84] Эта модель фрагментации среды обитания обычно применяется к ландшафтам, измененным сельским хозяйством. В отличие от модели фрагментации, которая обозначает изолированные участки среды обитания, окруженные неподходящей ландшафтной средой, модель пестроты применяется к ландшафтам, измененным сельским хозяйством, где небольшие участки среды обитания остаются вблизи остатков исходной среды обитания. Между этими участками находится матрица лугов, которые часто являются измененными версиями исходной среды обитания. Эти области не представляют такого большого барьера для местных видов. [85]