生态稳定性是什么?关于生态稳定性的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:50:55

生态系统拥有生态稳定性(或平静),它能够在扰动后恢复到平衡状态(称为弹性的能力),或者它的特性不会随时间发生大的变化。虽然条款社区稳定和生态稳定性有时可以互换使用,群落稳定性仅指群落的特征。一个生态系统或群落的某些属性是稳定的,而另一些属性是不稳定的。例如,响应干旱的植被群落可能保存生物质,但失去生物多样性。

自然界中有大量稳定的生态系统,科学文献在很大程度上记录了它们。科学研究主要描述草地植物群落和微生物群落。然而,重要的是要提到,并非自然界中的每个群落或生态系统都是稳定的。此外,噪声对生物系统起着重要作用,在某些情况下,它可以完全决定它们的时间动态。

生态稳定性的概念出现在20世纪上半叶。随着20世纪70年代理论生态学的发展,该术语的使用已经扩展到各种场景。该术语的过度使用导致了对其定义和实施的争议。

1997年,格林和维塞尔清点了文献中使用的167个定义,发现了70个不同的稳定性概念。这两位作者提出的澄清这一问题的策略之一是替换生态稳定性使用更具体的术语,例如坚定不移,弹性和坚持。为了充分描述和赋予一种特定的稳定性意义,必须更仔细地审视它。否则,关于稳定性的声明将几乎没有可靠性,因为他们没有信息来支持这一说法。遵循这一战略,一个生态系统摆动围绕不动点循环,例如捕食者-猎物方程,将被描述为持久的和有弹性的,但不是恒定的。然而,一些作者认为定义的丰富是有充分理由的,因为它们反映了现实和数学系统的广泛多样性。

稳定性分析

当用一组微分方程处理生态系统的物种丰度时,可以通过在平衡点线性化该系统来测试稳定性。罗伯特·梅(Robert May)在20世纪70年代使用雅可比矩阵发展了这种稳定性分析。

类型

尽管任何生态系统的特征都容易受到变化的影响,但在规定的时间内,一些特征会保持不变、振荡、达到固定点或呈现其他类型的稳定行为。这些趋势可以用不同类型的生态稳定性来标记。

动稳性

动稳性指的是跨越时间的稳定。

静止点、稳定点、瞬态点和循环点

稳定点是指系统的小扰动将被减小,系统将回到原点。另一方面,如果一个小扰动被放大,驻点被认为是不稳定的。

局部和全局稳定性

局部稳定性表示系统在短暂的小扰动下是稳定的,而全局稳定性表示系统对变化有很强的抵抗力物种组成和/或食物网动力学。

坚定不移

生态系统的观测研究使用恒定性来描述可以保持不变的生命系统。

阻力和惯性(持久性)

抵抗惯性处理系统对某些扰动固有响应。

扰动是任何外部强加的条件变化,通常发生在短时间内。抵抗衡量感兴趣的变量响应外部压力的变化有多小。惯性(或持久性)意味着生命系统能够抵抗外部波动。在冰后期北美生态系统变化的背景下,彼得罗在概述开始时指出,

“显然,在新暴露的冰冲刷岩石或冰碛物上建立成熟的植被需要相当长的时间...整个生态系统也需要相当长的时间来改变,因为它们有许多相互依赖的植物物种,它们创造的栖息地,以及生活在栖息地的动物。因此,气候引起的生态群落波动是导致它们的气候波动的阻尼、平滑版本。”

弹性、弹性和振幅

弹性是系统保持其功能和组织结构的趋势,以及在扰动或扰动后恢复的能力。复原力也表达了对持久性的需要,尽管从管理的角度来看,它表现为有广泛的选择,事件应被视为是均匀分布的。 弹性振幅是衡量韧性的标准。弹性是系统恢复到其原始/先前状态的速度。振幅是一个系统可以从以前的状态移动多远并且仍然返回的量度。生态学借用了邻里稳定和吸引域的概念动力系统s理论。

李雅普诺夫稳定性

申请的研究人员数学模型s来自系统力学通常使用李雅普诺夫稳定性。

数值稳定性

关注生态系统的生物组成部分,如果个体数量是恒定的或有弹性的,种群或群落就具有数值稳定性。

符号稳定性

仅仅通过观察交互矩阵中的符号就可以确定系统是否稳定。

结构稳定性

稳定性和多样性

多样性和稳定性之间的关系已被广泛研究。多样性可以在不同的生态尺度上增强生态系统功能的稳定性。例如,遗传多样性可以增强对环境扰动的抵抗力。在社区一级,食物网的结构会影响稳定性。多样性对食物网模型稳定性的影响可以是积极的,也可以是消极的,这取决于营养一致性网络。在景观层面,不同地点之间的环境异质性已被证明可以增加生态系统功能的稳定性

概念的历史

“oekology”一词是由艾伦斯特·赫克尔在1866年创造的。生态学作为一门科学在19世纪末20世纪初得到了进一步发展,人们越来越关注多样性和稳定性之间的联系。 弗雷德里克·克莱门茨和亨利·格里森贡献社区结构知识;其中,这两位科学家提出了相反的观点,即一个社区可以稳定顶极或者很大程度上巧合和变数。查尔斯·埃尔顿1958年争论说复杂多样的社区趋向于更加稳定。罗伯特·麦克阿瑟提出了一个数学描述的稳定性的人数在一个食物网1955年。在60年代实验研究取得很大进展后,罗伯特·梅推进了理论生态学领域,驳斥了多样性带来稳定的观点。在过去的几十年里,生态稳定性的许多定义已经出现,而这个概念继续得到关注。