Funkční typ ekosystému - Ecosystem Functional Type

Obr.1: Funkční typy ekosystémů (EFT) mírné Jižní Ameriky založené na dynamice zobrazování se středním rozlišením Spektroradiometr Enhanced Vegetation Index (MODIS-EVI) (Alcaraz-Segura et al. 2013). Mapa ukazuje EFT z období 2001–2008.

Funkční typ ekosystému (EFT) (Obr. 1)[1][2][3] je nový ekologický koncept charakterizovat fungování ekosystému. Funkční typy ekosystémů [1][2] jsou definovány jako skupiny ekosystémy nebo části povrchu země, které sdílejí podobnou dynamiku výměny hmoty a energie mezi biota a fyzické prostředí. Koncept EFT je analogický s Funkční typy rostlin (PFTs) koncept, ale je definován na vyšší úrovni biologická organizace. Protože rostlinné druhy lze seskupovat podle společných funkčních charakteristik, lze ekosystémy seskupovat podle jejich společného funkčního chování.

Jedním z nejpoužívanějších přístupů k implementaci tohoto konceptu byla identifikace EFT z dynamiky odvozené ze satelitu prvovýroba,[1][2] základní a integrační deskriptor fungování ekosystému.[4]

Dějiny

V roce 1992 Soriano a Paruelo[5] navrhl koncept biozón k identifikaci vegetačních jednotek, které sdílejí funkční vlastnosti ekosystému pomocí časové řady satelitních snímků indexů spektrální vegetace. Biozóny byly později přejmenovány na EFT podle Paruelo et al. (2001),[1] pomocí ekvivalentní definice a metodiky.[6] byl jedním z prvních autorů, kteří používali termín EFT jako „agregované složky ekosystémů, jejichž interakce mezi sebou navzájem a se životním prostředím vytváří rozdíly ve vzorcích struktury a dynamiky ekosystémů“. Walker (1997) [7] navrhl použití podobného termínu, vegetační funkční typy, pro skupiny PFT v sadách, které tvoří různé stavy vegetační posloupnost v nerovnovážných ekosystémech. Stejný termín použil Scholes et al.[8] v širším smyslu pro ty oblasti, které mají podobné ekologické atributy, jako je složení, struktura PFT, fenologie, biomasa nebo produktivita. Několik studií aplikovalo hierarchii a opravilo dynamické teorie[9][10][11] pro definici funkčních typů ekosystémů a krajiny v různých prostorových měřítcích, rozšiřováním vznikajících strukturálních a funkčních vlastností z oblastí do oblastí. Valentini a kol.[12] definované pozemské funkční jednotky zaměřením na části povrchu země, které jsou schopné vyměňovat si hmotu a energii s atmosférou a vykazovat koordinovanou a konkrétní reakci na faktory prostředí.

Paruelo a kol. (2001) [1] a Alcaraz-Segura et al. (2006, 2013) [2][3] zdokonalil koncept EFT a navrhl metodiku založenou na dálkovém průzkumu Země k jejich odvození. Od té doby několik autorů implementovalo myšlenku na základě stejných nebo podobných přístupů pomocí NOAA-AVHRR, MODIS a Landsat archiv.[2][3][13][14][15][16][17][18][19][20] Stručně řečeno, všechny tyto přístupy využívají sezónní dynamiku spektrálních indexů souvisejících s klíčovými funkčními aspekty ekosystémů, jako je primární produkce, výměna vody, výměna tepla a radiační rovnováha.

Identifikace EFT

Funkční klasifikace EFT vyvinutá Paruelo et al. (2001)[1] a Alcaraz-Segura et al. (2006, 2013) [2][3] využívá časovou řadu indexů spektrální vegetace k zachycení dynamiky uhlíkových zisků, což je nejintegrativnější indikátor fungování ekosystému.[4] Při vytváření EFT tito autoři odvozují tři deskriptory nebo metriky ze sezónní dynamiky (roční křivky) indexů spektrální vegetace (VI), které zachycují většinu rozptylu v časové řadě (obr. 2):[1][2][3]

Obr.2: Roční křivka spektrálních vegetačních indexů (VI: Enhanced Vegetation Index (MODIS-EVI)
  • Roční průměr VI (VI_Mean): odhad roční prvovýroba, jeden z nejdůležitějších a integrujících deskriptorů fungování ekosystému.
  • Meziroční variační koeficient VI (VI_sCV): deskriptor sezónnost nebo rozdíly v přírůstcích uhlíku mezi vegetační a nerostou.
  • Datum maximální hodnoty VI (VI_DMAX): fenologický ukazatel, kdy v roce dojde k vegetačnímu období.[21][22]

Rozsah hodnot každé metriky VI je rozdělen do čtyř intervalů, což dává potenciální počet 4x4x4 = 64 EFT. Každému EFT je přidělen kód se dvěma písmeny a číslem (tři znaky). První písmeno kódu (kapitál) odpovídá úrovni VI_Mean, od A do D pro nízkou až vysokou (rostoucí) VI_Mean nebo produktivitu. Druhé písmeno (malé) ukazuje sezónní CV, které se pohybuje od a do d pro vysokou (klesající) až nízkou VI_sCV nebo sezónnost. Čísla odkazují na DMAX nebo fenologii a označují období maxima VI (1–4: jaro, léto, podzim a zima).

Aktuální známé aplikace EFT

  • Charakterizovat prostorovou a časovou heterogenitu fungování ekosystému v místním a regionálním měřítku.[16][22]
  • Popsat biogeografické vzorce funkční rozmanitosti na úrovni ekosystému.[2]
  • Posoudit funkční rozmanitost na úrovni ekosystémů určením bohatství a spravedlnosti EFT v krajině.[23]
  • Vyhodnotit environmentální a lidské kontroly funkční rozmanitosti ekosystémů.[3]
  • Identifikovat priority pro ochranu biodiverzity.[24]
  • Posoudit reprezentativnost sítí chráněných území k zachycení funkční rozmanitosti na úrovni ekosystémů.[25]
  • Kvantifikovat a sledovat úroveň poskytování zprostředkující podpory ekosystémové služby.[26][27]
  • Posoudit dopady změn ve využívání půdy na fungování ekosystému.[28][29]
  • Zlepšit modely předpovědi počasí zavedením účinků meziročních změn v biofyzikálních vlastnostech ekosystému do atmosférických modelů na pevnině a v obecné cirkulaci.[30][31]

Pros EFT

  • Funkční klasifikace poskytují užitečný rámec pro pochopení rozsáhlých ekologických změn.[22]
  • Změny prostředí jsou zvláště patrné na úrovni ekosystémů.[32]
  • Funkční atributy ekosystému, jako je výměna energie a hmoty ekosystému, mají kratší časovou odezvu na změny životního prostředí než strukturální nebo kompoziční atributy, jako je druhové složení nebo fyziognomie vegetace.[33]
  • Fungování ekosystému lze snadněji sledovat než strukturální atributy pomocí dálkový průzkum Země v různých prostorových měřítcích, ve velkém rozsahu a využívající společný protokol v prostoru a čase.[1]
  • Funkční atributy umožňují kvalitativní a kvantitativní hodnocení ekosystémové služby.[34]

Reference

  1. ^ A b C d E F G h Paruelo; et al. (2001). "Aktuální rozdělení funkčních typů ekosystémů v mírné Jižní Americe". Ekosystémy. 4 (7): 683–698. CiteSeerX  10.1.1.660.431. doi:10.1007 / s10021-001-0037-9.
  2. ^ A b C d E F G h Alcaraz-Segura; et al. (2006). „Identifikace současných funkčních typů ekosystémů na Pyrenejském poloostrově“. Globální ekologie a biogeografie. 15 (2): 200–212. doi:10.1111 / j.1466-822x.2006.00215.x.
  3. ^ A b C d E F Alcaraz-Segura; et al. (2013). „Environmentální a lidské kontroly funkční diverzity ekosystémů v mírné Jižní Americe“. Dálkový průzkum Země. 5 (1): 127–154. Bibcode:REMS 2013 ... 5..127A. doi:10,3390 / rs5010127.
  4. ^ A b Virginie; et al. (2001). "Zásady funkce ekosystému". Encyklopedie biologické rozmanitosti. Akademický tisk. str. 345–352.
  5. ^ Soriano a Paruelo (1992). "Biozóny: vegetační jednotky definované funkčními znaky identifikovatelnými pomocí snímků ze satelitních senzorů". Globální ekologie a biogeografie dopisy. 2 (3): 82–89. doi:10.2307/2997510. JSTOR  2997510.
  6. ^ Shugart, H.H. (1997). "Funkční typy rostlin a ekosystémů". V T.M. Kovář; H.H. Shugart; F.I. Woodward) (eds.). Funkční typy rostlin: jejich význam pro vlastnosti ekosystému a globální změny. Cambridge University Press. 20–45.
  7. ^ Walker, B.H. (1997). "Funkční typy v nerovnovážných ekosystémech". V T.M. Kovář; H.H. Shugart; F.I. Woodward (eds.). Funkční typy rostlin: jejich význam pro vlastnosti ekosystému a globální změny. Cambridge University Press. str. 91–103.
  8. ^ Scholes; et al. (1997). "Vysaďte funkční typy do afrických savan a pastvin". V T.M. Smith, H.H.Shugart a F.I. Woodward (ed.). Funkční typy rostlin: jejich význam pro vlastnosti ekosystému a globální změny. Cambridge University Press. 255–268.
  9. ^ Aber; et al. (1999). J.D. Tenhunen; P. Kabat (eds.). Skupinová zpráva: hydrologické a biogeochemické procesy ve složité krajině - jaká je role časové a prostorové dynamiky ekosystémů? Integrace hydrologie, dynamiky ekosystémů a biogeochemie do složitých krajin. John Wiley & Sons, Berlín. str. 335–356.
  10. ^ Reynolds & Wu (1999). J. D. Tenhunen a P. Kabat (eds.). Existují strukturální a funkční jednotky krajiny? Integrace hydrologie, dynamiky ekosystémů a biogeochemie do složité krajiny. Berlín: John Wiley & Sons. str. 273–296.
  11. ^ Wu & David (2003). S. Guhathakurta (ed.). Propojení změn ve využívání půdy s procesy ekosystému: dynamický model hierarchické opravy. Integrované modely využití půdy a životního prostředí. Springer, Berlín. 99–119.
  12. ^ Valentini; et al. (1999). J.D. Tenhunen; P. Kabat (eds.). Ekologické kontroly atmosférických interakcí mezi pevninou a povrchem. Integrace hydrologie, dynamiky ekosystémů a biogeochemie do složité krajiny. Berlín: John Wiley & Sons. str. 105–116.
  13. ^ Azzali & Meneti (1999). "Mapování zón isogrowth v kontinentálním měřítku pomocí časové Fourierovy analýzy dat AVHRR-NDVI". Int. Journal Applied Earth Observation and Geoinformation. 1 (1): 9–20. Bibcode:1999 IJAEO ... 1 .... 9A. doi:10.1016 / s0303-2434 (99) 85023-5.
  14. ^ Karlsen; et al. (2006). „Satelitní mapování vegetačního období a bioklimatických zón ve Fennoscandii“. Globální ekologie a biogeografie. 15 (4): 416–430. doi:10.1111 / j.1466-822x.2006.00234.x.
  15. ^ Duro; et al. (2007). „Vývoj velkoplošného systému monitorování biodiverzity poháněného dálkovým průzkumem Země“. Pokrok ve fyzické geografii. 31 (3): 235–260. doi:10.1177/0309133307079054.
  16. ^ A b Fernández; et al. (2010). „Fungování ekosystému chráněného a změněného středomořského prostředí: klasifikace dálkového průzkumu Země ve španělské Doñaně“. Dálkový průzkum prostředí. 114 (1): 211–220. Bibcode:2010RSEnv.114..211F. doi:10.1016 / j.rse.2009.09.001. hdl:10261/50225.
  17. ^ Geerken (2009). "Algoritmus pro klasifikaci a monitorování sezónních výkyvů vegetačních fonologií a jejich meziročních změn". ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 64 (4): 422–431. Bibcode:2009JPRS ... 64..422G. doi:10.1016 / j.isprsjprs.2009.03.001.
  18. ^ Ivits; et al. (2013). „Globální biogeografický vzor funkčních typů ekosystémů odvozených z údajů z pozorování Země“. Dálkový průzkum Země. 5 (7): 3305–3330. Bibcode:REMS 2013 ... 5,3305I. doi:10,3390 / rs5073305.
  19. ^ Pérez-Hoyos; et al. (2015). „Identifikace funkčních typů ekosystémů ze snímků s hrubým rozlišením pomocí přístupu samoorganizující se mapy: případová studie pro Španělsko“. Dálkový průzkum Země. 6 (11): 11391–11419. doi:10,3390 / rs61111391.
  20. ^ Wang & Huang (2015). "Identifikace a analýza funkčních typů ekosystémů na západě Songnenské nížiny". Journal of Applied Remote Sensing. 9 (1): 096096. doi:10.1117 / 1.jrs.9.096096.
  21. ^ Pettorelli; et al. (2005). „Využití NDVI odvozeného ze satelitu k hodnocení ekologických reakcí na změnu prostředí“. Trendy v ekologii a evoluci. 20 (9): 503–510. doi:10.1016 / j.tree.2005.05.011. PMID  16701427.
  22. ^ A b C Alcaraz-Segura; et al. (2009). "Základní charakteristika hlavních iberských vegetačních typů na základě dynamiky NDVI". Ekologie rostlin. 202: 13–29. doi:10.1007 / s11258-008-9555-2.
  23. ^ Cazorla, B .; et al. (2015). Ecología y conservación de la diversidad funcional de ecosistemas en la transición mediterráneo-desierto-tropical de la Península de Baja California. Universidad de Granada. p.http://hdl.handle.net/10481/38511.
  24. ^ Cabello; et al. (2008). „Funcionamiento ecosistémico y evaluación de prioridades geográficas en conservación“. Ecosistemas. 17 (3): 53–63.
  25. ^ Cabello; et al. (2013). Di Bella; Alcaraz-Segura (eds.). „Hodnocení ekosystémových služeb sítí národních parků pro funkční rozmanitost a strategie zachování uhlíku pomocí dálkového průzkumu Země“. Pozorování Země ekosystémovými službami: 179–200.
  26. ^ Paruelo; et al. (2011). El seguimiento del nivel de provisión de los servicios ecosistémicos. Valoración de Servicios Ecosistémicos. Conceptos, herramientas y aplicaciones para el ordenamiento teritoriální. Buenos Aires, Argentina: Ediciones INTA. str. 141–162.
  27. ^ Volante; et al. (2012). „Změny funkčnosti ekosystému spojené s vyklízením půdy v SZ Argentině“. Zemědělství, ekosystémy a životní prostředí. 154: 12–22. doi:10.1016 / j.agee.2011.08.012.
  28. ^ Oki; et al. (2013). Změny krajinného pokryvu a využití půdy a jejich dopady na hydroklima, ekosystémy a společnost. In: Asrar GR, Hurrell JW, Climate Science for Serving Society. Dordrecht: Springer Science + Business Media. 185–203.
  29. ^ Závětří; et al. (2013). „Dopad změn funkčního typu ekosystému na podnebí La Plata“. Pokroky v atmosférických vědách. 30 (5): 1387–1405. Bibcode:2013AdAtS..30.1387L. doi:10.1007 / s00376-012-2149-x.
  30. ^ Závětří; et al. (2013). "Dopad implementace dat funkčního typu ekosystému do klimatického modelu mezoscale". Pokroky v atmosférických vědách. 30 (5): 1373–1386. Bibcode:2013AdAtS..30.1373L. doi:10.1007 / s00376-012-2143-3.
  31. ^ Müller; et al. (2014). „Regionální modelové simulace sucha z roku 2008 v jižní Jižní Americe pomocí konzistentní sady vlastností povrchu země“. Journal of Climate. 27 (17): 6754–6778. Bibcode:2014JCli ... 27.6754M. doi:10.1175 / jcli-d-13-00463.1. hdl:11336/92811.
  32. ^ Vitousek (1994). „Kromě globálního oteplování: ekologie a globální změny“. Ekologie. 75 (7): 1861–1876. doi:10.2307/1941591. JSTOR  1941591. S2CID  66138238.
  33. ^ Milchunas & Lauenroth (1995). „Setrvačnost ve struktuře rostlinného společenství: Změny stavu po ukončení stresu při obohacení živinami“. Ekologie aplikována. 5: 1195–2005.
  34. ^ Costanza; et al. (2006). „Hodnota ekosystémových služeb a přírodního kapitálu v New Jersey“. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)