WikiDer > Миграция лесов - Википедия

Forest migration - Wikipedia

Лесная миграция это движение большого семенное растение доминировали сообщества в географическом пространстве с течением времени.

Акцент при миграции лесов делается на перемещение популяций, составляющих лесное сообщество. Хотя отдельное дерево постоянно закреплено в определенном месте, популяции деревьев могут мигрировать по ландшафту в результате успешного расселения и укоренения в новые регионы и / или отсутствия регенерации в части своего предыдущего ареала обитания на протяжении поколений.[1] Миграция деревьев контролируется двумя вышележащими силами: подавлением окружающей среды и рассредоточенность населения семенами.[2] Хотя истинные темпы прироста лесов трудно определить количественно, предпринимаются усилия по оценке и прогнозированию прошлых, нынешних и будущих темпов и масштабов перемещений лесов.

Силы, контролирующие миграцию лесов

Миграция лесов происходит в результате двух процессов: расширения популяции в новый ареал обитания и отступления популяции из исторического ареала обитания. Этими процессами управляют две конкурирующие силы.[2] Положительная сила миграции лесов - рост популяции растений - определяется распространение семян емкость популяции древесных пород и успешность приживления саженцев. Сила, ограничивающая рост популяции, отрицательная сила, - это подавление окружающей средой успеха вида на территории. Подавление со стороны окружающей среды может включать землепользование человеком, беспокойство, невыполненные потребности в ресурсах, характерных для конкретных видов, и / или климатический стресс.[3][4]

Эти две основные силы конкурируют и изменяются со временем, вызывая наступления и отступления в границах регионов популяций растений. Продвижение в границах ареала популяции деревьев происходит, когда силы подавления окружающей среды за пределами исторического диапазона падают ниже потенциала расселения и укоренения популяции, что обеспечивает успех саженцев на новой территории.[5] Это создает «передний край» ареала обитания древесных популяций.

Сужение границ ареала происходит, когда силы подавления окружающей среды увеличиваются до точки, при которой успех рассады ограничивается текущим диапазоном. Нарушение регенерации в части ареала обитания вида создает отстающий или «задний край».[1] Хотя рассеивающие и подавляющие силы окружающей среды действуют постоянно, статическая граница диапазона может возникнуть, когда нет изменений в скорости этих двух факторов.

Зоны в популяции растений

Внутри каждой популяции растений есть три основные зоны; репродуктивное ядро, маргинальная зона установления и внешняя тень семян.[2] Репродуктивным ядром популяции растений является территория, на которой присутствуют половозрелые родительские растения. Это установленный репродуктивный источник, обеспечивающий положительную силу для роста населения. Второй регион - это зона маргинального освоения. В этом регионе семена успешны, и растения приживаются. Растения в этом регионе еще не достигли репродуктивной зрелости, поэтому они не способствуют распространению семян в популяции. Последняя область - это область тени семян. В этом регионе происходит приток семян из репродуктивного ядра, но из-за условий окружающей среды прорастание или выживание проростков подавляется, что приводит к отсутствию представителей вида в этом регионе. Этот регион контролируется негативной силой окружающей среды до нулевого успеха популяции.

Текущее изменение климата и его последствия для миграции лесов

Земля вступила в очередной период стремительного изменение климата как следствие выбросов парниковых газов человеком.[6] С начала 20-го века глобальная температура воздуха и морской поверхности повысилась примерно на 0,8 ° C (1,4 ° F), причем примерно две трети этого повышения произошло с 1980 года.[7] Важно рассматривать эту статистику как среднемировую. Последствия изменения климата могут быть весьма неоднородными по ландшафту, оказывая различное воздействие на разные районы и по разным масштабам. Текущий режим изменения климата может повлиять на перемещение, устойчивость и конкуренцию внутри и между растительными сообществами.[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18] Кроме того, тот факт, что леса являются основными составляющими среда обитания вызывает озабоченность по поводу воздействия движения лесов на изменение климата и парниковый газ факторы риска.[13] Также следует оценить некоторые опасения по поводу последствий миграции лесов для дикой природы из-за возможности фрагментации и исчезновения лесов.

Важно учитывать, что температура - не единственный значимый фактор изменения среды обитания, на который влияет изменение климата. Изменения в характере осадков, суточном времени, сезонной интенсивности и продолжительности сезона - все это может снизить выживаемость или репродуктивную способность видов растений, нарушая фенология и генетическая пригодность населения.[14][15]

Способность видов растений отслеживать изменение климата будет ценной информацией для прогнозирования будущего здоровья, стабильности и функционирования лесов Земли в ближайшие десятилетия. Если лесные популяции не могут успешно мигрировать в ответ на изменение климата, последствия могут включать нарушение репродуктивных циклов, фрагментация населения, генетические узкие места и искоренение.[15] Знание генетической структуры и фенотипических пределов видов растений дает представление о диапазоне климатических изменений, которые вид может пережить до того, как миграция станет необходимой для вида, чтобы избежать вымирания или исчезновения из-за изменения климата.[19][3]

Как правило, ареалы идеальных деревьев для многих видов смещаются к полюсу. Способность видов мигрировать в ответ на идеальные сдвиги биогеографических ареалов подвергалась сомнению, особенно в контексте обширной фрагментации среды обитания, которая имеет место в современных ландшафтах.[20]

Представлены имитационные модели, которые включают два фактора: характер землепользования и способы расселения, чтобы оценить потенциальную реакцию лесных видов на климатическое потепление.[21] Изученные районы продемонстрировали широкий спектр антропогенного влияния на ландшафт: от лесных массивов до районов с преобладанием урбанизации и сельского хозяйства.[22][23][24][25] Также оценивается эффект от создания коридоров (зеленых дорожек) через фрагментированные ландшафты.

Результаты показывают, что многие виды могут быть не в состоянии отслеживать изменения в пределах климатически контролируемых ареалов, что приводит к широко распространенному дисбалансу между растительностью и климатом.[5] Скорее всего, потребуются различные смягчающие меры, чтобы нейтрализовать негативные последствия потепления климата для биологического разнообразия.[26] Планировщикам и менеджерам землепользования рекомендуется включать потепление климата в долгосрочное планирование.

Быстрая миграция растений

Были споры о том, как популяции растений перемещаются в условиях быстрого изменение климата ситуации.[27][8] Эти дебаты проистекают из вопроса под названием "Парадокс Рида быстрой миграции растений".[27] После последнего ледниковый период, виды деревьев распространились, чтобы восстановить недавно обнаженные земли. В ходе исследований было подсчитано, что это расширение произошло быстрее, чем предполагалось.[28] Два объяснения этого быстрого перемещения популяций лесов по ландшафту, которые вышли на первый план, заключались в сохранении низкой плотности популяций основателей и миграции на большие расстояния.[27][8][29]

Сохранение популяций основателей с низкой плотностью

Согласно этой теории, небольшие лесные популяции сохранились в пострадавшем регионе последнего ледникового периода.[8] Заселение этого региона после рецессии ледники, что проявляется в относительно медленном распространении этих сохраненных популяций за пределы страны. Расширение происходило главным образом за счет диффузии при нормальном распределении из репродуктивного ядра. Расширение этих популяций было тогда продиктовано способностью к рассредоточению населения. Благодаря этому процессу с течением времени наблюдались волны расширения на короткие расстояния, когда семена разошлись, выросли, созрели и сами посеяли семена. Высокие скорости распространения, аналогичные тем, которые были получены при предположении о миграции на большие расстояния, были получены с диффузионными моделями, включающими популяции основателей с низкой плотностью.[29]

Быстрая миграция на большие расстояния

Согласно этой теории, популяции перемещались непосредственно из области, не затронутой движением ледников, к своим нынешним границам путем редких успешных расселений на большие расстояния.[27] Перемещение популяции было продиктовано редкими событиями, происходившими на больших расстояниях от родительской популяции. Эти редкие успехи создали свои собственные родительские популяции, что позволило субпопуляции рассеять дополнительные редкие, дальние успехи, увековечивая перемещение популяции. Распределение, создаваемое таким движением, описывается как толстохвостое распределение. Хотя нормальное распределение, распространение на короткие расстояния каждой отдельной популяции все же происходит, общее расширение всего кластера популяций определяется редкими событиями на большие расстояния. Это растягивает раздачу из-за увеличенного веса на крайних точках раздачи. Миграция на большие расстояния обычно моделируется с помощью интегро-разностных уравнений с медленно убывающими ядрами рассеивания.[27]

Человеческая помощь в лесной миграции

Использование вспомогательная миграция был предложен в качестве инструмента смягчения последствий сокращения лесов из-за изменения климата.[11][15] Этот процесс включает перемещение и расселение лесных видов на новых территориях в надежде на их колонизацию.[11] Считается, что если помощь в миграции будет использоваться организованным образом, виды можно будет спасти, обеспечив быстрое перемещение по ландшафту. Этот процесс обсуждался из-за его преимуществ и недостатков с намерением использовать его наиболее выгодным образом. Сторонники этого инструмента сосредотачиваются на преимуществах спасения видов деревьев от исчезновения, в то время как противники этой идеи озабочены интродукцией видов вредных организмов в необлученные районы. Следует также обратить внимание на генетические эффекты, которые транслокация растений может иметь для популяции и окружающих популяций.[15] Возможные проблемы, связанные с этим процессом, включают эффекты основателя и введение неадаптированных генотипы что может нанести вред здоровью окружающего населения.

Предлагаемое содействие естественной миграции лесов - поддержание внутривидовых биоразнообразие.[11][15][18] Биоразнообразие внутри вида - важный фактор способности популяции к адаптации. Это полезно как для стабильности популяции по мере изменения климата, так и для увеличения вероятности успеха потомства в новых районах за пределами текущего ареала.

Лесные миграции в прошлом, настоящем и будущем

Чтобы получить информацию о последствиях текущего изменения климата для лесов Земли, многие исследователи обращались к прошлым примерам, чтобы получить информацию. Во многих исследованиях изучается перемещение лесных видов через нарушенные ледниковым покровом районы в ранний период. Голоцен период. В некоторых исследованиях использовались окаменелые пыльца анализ, в то время как другие использовали молекулярная генетика.[27][8] В целом считается, что леса могут изменять свое географическое распределение, и со временем они меняли свое географическое распространение.[2][27][8][9][10][11][12][13][14] Есть также веские доказательства того, что эти движения в некоторых случаях были направленными по отношению к внешней силе.[2][27][9][10][12]

Также проводятся исследования текущей миграции лесов на основе последней информации.[10][12] Эти исследования обычно направлены на высотные сдвиги лесных видов в горах. Вывод, сделанный из этих исследований, заключается в том, что популяции лесов увеличиваются на высоте. Это движение тесно связано с нынешней эпохой изменения климата.[12]

Наконец, было приложено много усилий, чтобы попытаться смоделировать и предсказать будущую судьбу лесных популяций.[27][8][15][16] Результаты этих усилий были разными и во многих случаях неубедительными. Оказалось, что будущее миграций растений трудно предсказать. Множество неизвестных о пределах миграции населения, фенотипическая пластичностьгенетический потенциал, взаимодействие видов и текущие причины изменения климата усложнили проблему и затруднили моделирование на данный момент.[12][14][15][17] Исследования должны быть направлены на получение знаний об адаптационной генетике, фенотипических пределах экотипов и на создание моделей, включающих более важные факторы.[15]

Примеры миграции лесных видов

Миграция скандинавских пород деревьев

Скандинавский виды Тилия, Picea, Fagus, и Quercus переместились в свои расселения за последние 8000 лет.[9] Через окаменелую пыльцу было обнаружено, что Тилия и Quercus виды значительно продвинулись на север. Хотя Fagus и Picea Популяции не росли направленно, они выросли в скандинавском ареале. Движение Picea виды за последние 1000 лет показали сильную связь с изменением климата посредством сравнения моделей.

Каталония, Испания: изменение высот древесных пород

В более недавнем прошлом были зарегистрированы сдвиги высот в распределении многих основных видов лесных деревьев Каталония.[12] Популяции двух древесных пород (бук европейский, Fagus sylvatica; и дуб каменный, Quercus ilex) оценивались в их динамике по высоте во времени. Как правило, дуб каменный растет ниже на горных склонах, чем европейский бук. За последние пятьдесят лет в испытанном горном массиве наблюдалось повышение температуры на 1,5 ° C. Это повышение температуры повлияло на скорость транспирации и, как полагают, привело к тому, что территория стала более засушливой. Изменение местного микроклимат области, казалось, способствовали успеху популяции каменного дуба, заставляя его подниматься в высоту, вторгаясь в естественный ареал европейского бука. Европейская береза ​​(Betula pendula) также увеличил свой диапазон по высоте. Перемещение этих ареалов тесно связано с изменением климата, что позволило лучше укорениться и добиться успеха в более высоких широтах.

Высота над уровнем моря деревьев и кустарников в Шведских Скандах

В 2002 году было установлено, что саженцы происходили на возвышенностях, ранее не замеченных.[10] Саженцы березы были найдены на высоте от 1370 до 1410 м над ур. М. Над уровнем моря. В 1955 г. проростки этого вида не встречались выше 1095 м над ур. М. Было обнаружено, что популяции Picea abies за предыдущие 50 лет поднялась на 240 м над уровнем моря. Увеличение было также обнаружено для других региональных видов деревьев и кустарников. Растения, растущие за пределами установленного ранее диапазона, также показали низкий уровень травматизма и признаки здорового роста. В дополнение к этому увеличению высоты над уровнем моря в прошлом веке, в ходе долгосрочного исследования было замечено повышение жизнеспособности семян березы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Белл, Дэвид М .; Брэдфорд, Джон Б.; Лауэнрот, Уильям К. (февраль 2014 г.). «Ранние индикаторы изменения: расходящиеся климатические рамки между стадиями жизни деревьев подразумевают сдвиги ареала на западе США: ранние признаки сдвига ареала деревьев». Глобальная экология и биогеография. 23 (2): 168–180. Дои:10.1111 / geb.12109.
  2. ^ а б c d е Зауэр, Дж.Д. 1988. Миграция растений - динамика географического образования семенных растений. Калифорнийский университет Press. Беркли и Лос-Анджелес, Калифорния.
  3. ^ а б Aubin, I .; Munson, A.d .; Cardou, F .; Burton, P.j .; Isabel, N .; Разносчик, J.h .; Paquette, A .; Taylor, A.r .; Delagrange, S .; Kebli, H .; Мессье, К. (23 февраля 2016 г.). «Черты, которые нужно оставить, черты, которые нужно двигаться: обзор функциональных характеристик для оценки чувствительности и адаптивной способности деревьев умеренного и северного климата к изменению климата». Экологические обзоры. 24 (2): 164–186. Дои:10.1139 / er-2015-0072. ISSN 1181-8700.
  4. ^ Stohlgren, Thomas J .; Bachand, Ричард Р .; Онами, Ясухиро; Бинкли, Дэн (1998). "Взаимоотношения видов и окружающей среды и модели растительности: влияние пространственного масштаба и стадии жизни деревьев". Экология растений. 135 (2): 215–228. Дои:10.1023 / А: 1009788326991. ISSN 1385-0237. JSTOR 20050611.
  5. ^ а б Чжу, Кай; Вудалл, Кристофер У .; Кларк, Джеймс С. (март 2012 г.). «Неспособность к миграции: отсутствие расширения ареала деревьев в ответ на изменение климата». Биология глобальных изменений. 18 (3): 1042–1052. Дои:10.1111 / j.1365-2486.2011.02571.x. ISSN 1354-1013. S2CID 31248474.
  6. ^ «Потепление климатической системы однозначно», стр. 2, МГЭИК, Изменение климата 2013: Основа физических наук - Резюме для политиков, наблюдаемые изменения в климатической системе, п. 2, в ОД5 МГЭИК РГ1 2013 г..
  7. ^ Выбор климата Америки. Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. 2011. с. 15. ISBN 978-0-309-14585-5. Средняя температура поверхности Земли увеличилась примерно на 1,4 ° F (0,8 ° C) за последние 100 лет, при этом примерно 1,0 ° F (0,6 ° C) этого потепления произошло только за последние три десятилетия.
  8. ^ а б c d е ж грамм McLachlan, J.S .; Clark, J.S .; Манос, П.С. (2005). «Молекулярные индикаторы миграционной способности деревьев в условиях быстрого изменения климата». Экология. 86 (8): 2088–2098. Дои:10.1890/04-1036. S2CID 3064162.
  9. ^ а б c d Bradshaw, H.W .; Holmquist, B.H .; Crowling, S.A .; Сайкс, М. (2000). «Влияние изменения климата на распространение и управление Picea abies в южной Скандинавии». Может. J. For. Res. 30 (12): 1992–1998. Дои:10.1139 / cjfr-30-12-1992.
  10. ^ а б c d е Куллман, L (2002). «Быстрый недавний резкий рост количества видов деревьев и кустарников в Шведских Скандах». Журнал экологии. 90: 68–77. Дои:10.1046 / j.0022-0477.2001.00630.x.
  11. ^ а б c d е McLachlan, J.S .; Hellmann, J.J; Шварц, М.В. (2007). «Основа для обсуждения помощи в миграции в эпоху изменения климата». Биология сохранения. 21 (2): 297–302. Дои:10.1111 / j.1523-1739.2007.00676.x. PMID 17391179. S2CID 1499707.
  12. ^ а б c d е ж грамм Peñuelas, J .; Огая, Р .; Boada, M .; Прыжок, А. (2007). «Миграция, вторжение и упадок: изменения в пополнении и структуре леса в связи с потеплением сдвига в буковых лесах Европы в Каталонии (северо-восток Испании)». Экография. 30 (6): 830–838. Дои:10.1111 / j.2007.0906-7590.05247.x. S2CID 55369608.
  13. ^ а б c Пителка, Л.Ф. (1997). «Миграция растений и изменение климата». Американский ученый. 85 (5): 464.
  14. ^ а б c d Walther, G .; Post, E .; Convey, P .; Menzel, A .; Пармезан, C .; Биби, T.J.C; Fromentin, J .; Hoegh-Guldberg, O .; Байрейн, Ф. (2002). «Экологические ответы на недавнее изменение климата». Природа. 416 (6879): 389–395. Дои:10.1038 / 416389a. PMID 11919621.
  15. ^ а б c d е ж грамм час я Эйткен, С.Н., С. Йеман, Дж. А. Холлидей, Т. Ван и С. Кертис-Маклейн. Адаптация, миграция или истребление: последствия изменения климата для популяций деревьев. Эволюционные приложения ISSN. 1: 95-111.
  16. ^ а б Woodall, C.W .; Освальт, К.М.; Westfall, J.A .; Perry, C.H .; Нельсон, доктор медицины; Финли, А. (2009). «Индикатор миграции деревьев в лесах восточной части США». Экология и управление лесами. 257 (5): 1434–1444. Дои:10.1016 / j.foreco.2008.12.013.
  17. ^ а б Пирсон, Р. (2006). «Изменение климата и миграционная способность видов». Тенденции в экологии и эволюции. 21 (3): 111–113. Дои:10.1016 / j.tree.2005.11.022. PMID 16701483.
  18. ^ а б Носс, Р.Ф. (2001). «За пределами Киото: управление лесами во время стремительного изменения климата». Биология сохранения. 15 (3): 578–590. Дои:10.1046 / j.1523-1739.2001.015003578.x. S2CID 2059159.
  19. ^ Ланде, Р. (июль 2009 г.). «Адаптация к необычной среде путем эволюции фенотипической пластичности и генетической ассимиляции». Журнал эволюционной биологии. 22 (7): 1435–1446. Дои:10.1111 / j.1420-9101.2009.01754.x. PMID 19467134.
  20. ^ Миллер, Кэтрин М .; Макгилл, Брайан Дж. (Январь 2018 г.). «Землепользование и жизненный цикл ограничивают миграционную способность восточных древесных пород». Глобальная экология и биогеография. 27 (1): 57–67. Дои:10.1111 / geb.12671.
  21. ^ Wang, Wen J .; Томпсон, Фрэнк Р .; He, Hong S .; Fraser, Jacob S .; Dijak, William D .; Джонс-Фарранд, Тодд (июль 2019 г.). Чен, Хан (ред.). «Изменение климата и урожай деревьев взаимодействуют, чтобы повлиять на будущие изменения в распределении видов деревьев». Журнал экологии. 107 (4): 1901–1917. Дои:10.1111/1365-2745.13144. ISSN 0022-0477.
  22. ^ Том, Доминик; Раммер, Вернер; Зайдл, Руперт (январь 2017 г.). «Нарушения катализируют адаптацию лесных экосистем к изменяющимся климатическим условиям». Биология глобальных изменений. 23 (1): 269–282. Дои:10.1111 / gcb.13506. ЧВК 5159623. PMID 27633953.
  23. ^ Серра-Диас, Josep M .; Scheller, Роберт М .; Syphard, Александра D .; Франклин, Джанет (июль 2015 г.). «Нарушения и микроклиматические микрорефугии опосредуют смещение ареалов деревьев во время изменения климата». Ландшафтная Экология. 30 (6): 1039–1053. Дои:10.1007 / s10980-015-0173-9. ISSN 0921-2973.
  24. ^ Серра-Диас, Josep M .; Кинан, Тревор Ф .; Ниньерола, Микель; Сабате, Сантьяго; Грасиа, Карлос; Льорет, Франциско (июнь 2013 г.). «Географические закономерности соответствия и несоответствия между коррелятивными моделями распределения видов и основанной на процессах экофизиологической моделью роста». Журнал биогеографии: н / д. Дои:10.1111 / jbi.12142. ISSN 0305-0270.
  25. ^ Лян Юй; Duveneck, Мэтью Дж .; Густафсон, Эрик Дж .; Серра-Диас, Josep M .; Томпсон, Джонатан Р. (январь 2018 г.). «Как возмущение, конкуренция и рассредоточение взаимодействуют, чтобы не дать границам деревьев идти в ногу с изменением климата». Биология глобальных изменений. 24 (1): e335 – e351. Дои:10.1111 / gcb.13847. PMID 29034990.
  26. ^ Дадни, Джоан; Хоббс, Ричард Дж .; Хайльмайр, Роберт; Батлс, Джон Дж .; Судинг, Кэтрин Н. (ноябрь 2018 г.). «Управление новизной и рисками в управлении устойчивостью». Тенденции в экологии и эволюции. 33 (11): 863–873. Дои:10.1016 / j.tree.2018.08.012. PMID 30268524.
  27. ^ а б c d е ж грамм час я Clark, J.S .; Fastie, C .; Hurtt, G .; Джексон, S.T .; Johnson, C .; King, G.A .; Lewis, M .; Lynch, J .; Pacala, S .; Prentice, C .; Schupp, E.W .; Webb III, T .; Вайкофф, П. (1998). «Парадокс Рида быстрой миграции растений». Бионаука. 48 (1): 13–24. Дои:10.2307/1313224. JSTOR 1313224.
  28. ^ Скеллам, Дж. 1951. Случайное рассредоточение теоретических популяций. Биометрика. 38: 196-218.
  29. ^ а б Roques, L .; Hamel, F .; Fayard, J .; Fady, B .; Кляйн, Э. (2010). «Реколонизация путем диффузии может привести к увеличению скорости распространения». Теоретическая популяционная биология. 77 (3): 205–212. Дои:10.1016 / j.tpb.2010.02.002. PMID 20171975.

дальнейшее чтение

  • Damschena, Ellen I .; Brudvig, Lars A .; Хаддад, Ник М .; Леви, Дуглас Дж .; Оррок, Джон Л .; Тьюксбери, Джошуа Дж. (2008), «Экология движения и динамика растительных сообществ в фрагментированных ландшафтах», PNAS, 105 (49): 19078–19083, Дои:10.1073 / pnas.0802037105, ЧВК 2614718, PMID 19060187