边缘效应是什么?关于边缘效应的详细介绍

创闻科学2020-11-17 12:28:12

在生态学中,边缘效应是发生在两个或更多栖息地边界的种群或群落结构的变化。具有小的碎片化的栖息地的地区表现出特别明显的边缘效应,并且该效应可以遍及整个地区。随着边缘效应的增加,边界栖息地提供了更丰富的生物多样性。

类型

  • 固有–自然特征稳定了边界位置。
  • 诱发型——短暂的自然扰动(如火灾或洪水)或与人类相关的活动使边界随着时间的推移发生连续性变化。
  • 狭窄型——一个栖息地突然结束,另一个栖息地开始(例如农田)。
  • 广阔型(生态交错带)——根据物理条件和植被组成的不同可以明确区分清楚的两个栖息地之间的边界距离非常大,在这个边界区之间存在一个很大的过渡区域。
  • 卷边型——边界是非线性的。
  • 穿插型——边界有容纳其他栖息地的缝隙。

海拔高度也可以在碎片化栖息地之间产生边界。

生物多样性

环境条件使得某些种类的植物和动物能够在栖息地边界繁殖。在该地繁殖的植物往往不耐荫,但能耐受干旱条件,如灌木和藤本植物。而在该地栖息的动物往往需要两个或更多的栖息地,如白尾鹿和骡鹿、麋鹿、棉尾兔、蓝鸟和知更鸟。 一些动物可以在栖息地之间迁徙,而边缘物种则被限制在边界内。由于更大的碎片栖息地可以囊括更多的个体在此生存,因此增加了碎片栖息地的生物多样性。栖息地斑块的宽度也会影响多样性:为了形成边缘效应的梯度,边缘斑块必须比简单的明显边界更突出。

动物在群落间活动可以沿着边界创建活动路线,这反过来增加道路沿线植物的采光量,并促进了初级生产。随着植物接收越来越多的光,更多数量和更大规模的植物种群得以茁壮成长。初级生产的增加会增加食草昆虫的数量,其次是巢居鸟类等等,从而提高整个营养层级的水平。

在边界宽阔和/或杂草丛生的情况下,一些物种可能会被限制在边界的一边,尽管它们有能力栖息在另一边。有时,边缘效应会导致减少自然变异并威胁原始生态系统的非生物和生物条件。在边界物种的物理和化学条件下也可以看到有害的边缘效应。例如,农田里的肥料可能会侵入附近的森林并污染栖息地。影响边缘的三个因素可以总结如下:

  • 非生物效应——由于接近结构不同的基质而导致的环境条件的变化
  • 直接生物效应——边缘附近的物理条件直接导致物种丰度和分布的变化
  • 间接生物效应,包括物种相互作用的变化,如捕食、寄主寄生、竞争、食草、生物传粉和种子传播

人类影响

人类通过社会发展和农业活动形成边缘。通常,这些变化对栖息地的大小和物种都是有害的。人类影响的例子包括:

  • 引入入侵/外来物种
  • 火灾的严重性和高发率
  • 作为捕食者和竞争者的伴侣动物(宠物)
  • 小径
  • 污染、侵蚀
  • 觅食栖息地的丧失
  • 栖息地破碎化

例子

当边缘分割任意自然生态系统,并且边界之外的区域是一个受干扰的或非自然的系统时,自然生态系统会在离边缘一定距离内受到严重影响。1971年,奥德姆写道,“群落交汇处多样性和差异性增加的趋势被称为边缘效应。”...众所周知,与大片同质的森林相比,在庄园、校园和类似环境中鸣禽的密度更大...在邻近土地被砍伐的森林中,形成了一个开阔的/森林边界,阳光和风能更大程度地穿透森林,使靠近边缘的森林内部被烘干,并利于机会主义物种在那里生长。在边缘,气温、饱和水气压差、土壤湿度、光照强度和光合作用有效辐射水平都改变了。

亚马逊雨林

一项研究估计,亚马逊盆地被边缘效应改变的面积超过了已经清理的面积。 “在亚马逊森林碎片的研究中,在深达100米(330英尺)的森林内部范围内,微气候效应非常明显。” 碎片越小,就越容易受到附近耕地火灾的影响。由于边缘地带的可获得的光照提高了,使得森林干燥程度的增加,并促进森林下层植物的生长,因此森林火灾更常见于靠近边缘的地方。森林下层植物生物量的增加提供了燃料,使得牧场的大火蔓延到森林中。自20世纪90年代以来,火灾频率的增加是缓慢改变亚马逊森林的边缘效应之一。温度、湿度和光照水平的变化促进了包括外来入侵物种在内的非森林物种的入侵。这些碎片过程的总体影响是,所有森林碎片都倾向于失去那些与碎片大小和形状紧密相关的天然生物多样性,而这类生物多样性能够使特定的森林碎片与其他森林地区以及森林基质相区隔开来。

北美

现在美国的森林边缘比欧洲人最初定居北美时多了几个数量级。一些物种受益于这一事实,例如棕头牛鹂,这是一种巢寄生鸟类,它在靠近森林边界筑窝的鸣禽巢中产卵。另一个从森林边缘繁殖中获益的物种是毒常春藤。

相反,蜻蜓吃蚊子,但是比蚊子更麻烦的是在蜻蜓要在人类居住区边缘生存。因此,人类居住区附近的步道和徒步旅行区通常比森林深处的栖息地有更多的蚊子。草、越橘、开花醋栗和不耐荫树,如花旗松,都在边缘栖息地茁壮成长。

在已开发土地和荒地并存的情况下,外来入侵物种的问题经常会出现。葛根、日本金银花和野蔷薇等物种已经破坏了自然生态系统。有利的是,开放的地点和边缘为物种提供了繁衍的地方,那里有更多的光线和近地植被。鹿和麋鹿尤其受益,因为它们的主要食物是那些仅在森林地区边缘生长的草和灌木。

对演替的影响

边缘效应也适用于植被扩散而不是输给竞争对手的那种演替形式。不同的物种要么适合栖息地的边缘,要么适合栖息地的中心部分,导致了分布的多样化。边缘也随方向而变化:北或南的边缘比相对侧接受的阳光少或多(取决于所在半球的位置),从而产生不同的植被模式。

其他用法

群落交汇处(生态交错带)植物和动物种类增加的现象也被称为边缘效应,主要是由局部更广泛的适宜生境条件或生态位造成的。

生物分析中的边缘效应指的是由筛选板上孔的位置而不是生物效应引起的数据假象。

扫描电子显微镜中的边缘效应是这样一种现象,即从样品边缘逸出并到达检测器的二次电子和/或反向散射电子的数量高于样品表面逸出的数量。相互作用体积远在表面之下,但是二次电子只有在接近表面时才能逃逸(通常距离大约10纳米,尽管这取决于材料的不同)。然而,当电子束撞击靠近边缘的区域时,在靠近边缘但远低于表面的撞击点下方产生的电子可能反而能够通过垂直表面逃逸。