Природные ландшафты, начиная от густых лесов и обширных водно-болотных угодий до высоких горных хребтов и засушливых пустынь, имеют основополагающее значение для здоровья планеты. Они формируют распределение и изобилие жизни, влияют на климатические модели и обеспечивают основные товары и услуги, от которых человечество зависит ежедневно. Понимание того, как эти ландшафты влияют на биоразнообразие и экосистемные услуги, которые они предоставляют, имеет решающее значение для эффективного сохранения и устойчивого управления ресурсами. В этой статье исследуются сложные отношения между типами ландшафтов, биологическим разнообразием и преимуществами, которые предоставляют экосистемы, а также изучаются текущие угрозы и действенные стратегии сохранения.

Основы биоразнообразия

Биоразнообразие охватывает все разнообразие жизни на Земле, включая разнообразие видов (генетическое разнообразие), между видами (видовое разнообразие) и между экосистемами (экосистемное разнообразие). Высокое биоразнообразие в целом повышает устойчивость экосистем, позволяя природным системам восстанавливаться после таких нарушений, как пожары, наводнения или вспышки заболеваний. Оно также лежит в основе продуктивности и стабильности экосистем, делая их более устойчивыми к изменениям окружающей среды. Таким образом, утрата биоразнообразия может поставить под угрозу функции экосистем и уменьшить способность ландшафтов предоставлять важнейшие услуги человечеству.

Уровни биоразнообразия

  • Генетическое разнообразие обеспечивает сырье для адаптации к изменяющимся условиям. Популяции с большей генетической изменчивостью с большей вероятностью выживут при стрессовых факторах, таких как изменение климата или новые патогены. Это разнообразие в популяциях позволяет эволюцию и устойчивость с течением времени.
  • Разнообразие видов гарантирует, что экологические функции, такие как опыление, рассеивание семян и циклическое использование питательных веществ, выполняются даже при снижении одного вида. Эта избыточность является ключевым компонентом стабильности и продуктивности экосистемы.
  • Экосистемное разнообразие относится к разнообразию мест обитания, сообществ и экологических процессов.Различные ландшафты поддерживают различные типы экосистем, каждый из которых имеет уникальные виды сборок и функций, что способствует общей сложности биосферы.

Сохранение всех трех уровней имеет важное значение для поддержания потока экосистемных услуг, от чистой воды и плодородной почвы до регулирования климата и культурного вдохновения. Биоразнообразие важно не только для самой природы, но и для благополучия и выживания человека.

Природные ландшафты: виды и их экологические роли

Каждый природный ландшафт имеет различные физические и биологические характеристики, которые влияют на биоразнообразие, которое он может поддерживать. Эти разнообразные среды создают мозаику мест обитания и экологических ниш, каждая из которых вносит уникальный вклад в общий экологический баланс планеты. Следующие подразделы выделяют основные типы ландшафтов и их жизненно важный экологический вклад.

Леса

Леса являются одними из самых биоразнообразных наземных экосистем. Они обеспечивают среду обитания для примерно 80% наземных видов в мире, включая бесчисленных насекомых, птиц, млекопитающих и растений. Тропические тропические леса, такие как Амазонка и бассейн Конго, особенно богаты, в которых обитают миллионы видов, которые еще предстоит каталогизировать. Эти леса демонстрируют сложные вертикальные структуры, от появляющихся деревьев навеса до подлесковых кустарников, поддерживая ошеломляющее разнообразие жизни.

Помимо среды обитания, леса выполняют критические функции: они секвестрируют углекислый газ, регулируют водные циклы, влияя на количество осадков и поддерживая здоровье водораздела, предотвращают эрозию почвы посредством стабилизации корней и поставляют древесину, лекарственные растения и пищевые ресурсы для населения. Старовозрастные леса , с их сложными структурами, большими зрелыми деревьями и древесиной, часто имеют более высокое биоразнообразие, чем молодые, управляемые стоянки, служащие убежищами для видов, чувствительных к нарушению.

водно-болотные угодья

Водно-болотные угодья, включая болота, болота и мангровые заросли, представляют собой переходные среды, где встречаются вода и земля. Эти экосистемы действуют как естественные фильтры для воды, улавливая загрязняющие вещества, отложения и питательные вещества, тем самым улучшая качество воды. Они также снижают риски наводнений, поглощая избыток воды и медленно высвобождая ее.

Водно-болотные угодья поддерживают специализированный набор видов, адаптированных к заболоченным условиям, таким как водные растения, земноводные, водоплавающие птицы и рыбы. Мангровые леса, найденные вдоль тропических береговых линий, особенно ценны: они защищают береговые линии от штормовых нагонов и эрозии, хранят огромное количество углерода в их биомассе и отложениях и служат питомниками для многих коммерчески важных морских видов. Несмотря на их важность, водно-болотные угодья были осушены или заполнены с угрожающей скоростью во всем мире - более 50% были потеряны с 1900 года из-за урбанизации, сельского хозяйства и развития инфраструктуры.

пастбища

Травы и саванны покрывают около 40% поверхности суши Земли, за исключением Гренландии и Антарктиды. В этих открытых ландшафтах преобладают травы и травянистые растения, с разбросанными деревьями или кустарниками. Травы поддерживают крупных травоядных животных, таких как бизоны в Северной Америке, зебры и гну в Африке и кенгуру в Австралии, а также высших хищников, таких как львы, волки и койоты.

Бассейны играют решающую роль в охране почв и хранении углерода; их обширные и глубокие корневые системы улавливают углерод под землей, делая их критическими поглотителями углерода, которые помогают смягчить изменение климата. Кроме того, пастбища поддерживают сельскохозяйственные системы, обеспечивая пастбища для скота и поддерживая опылителей, которые приносят пользу близлежащим культурам. Биоразнообразие в лугах включает многочисленные эндемичные виды, адаптированные к режимам пожара и выпаса, которые поддерживают динамику экосистем.

Горы

Горные экосистемы характеризуются крутыми градиентами возвышения, которые создают разнообразные микроклиматы и среды обитания в относительно небольших географических районах.Эти зоны возвышения содержат различные сообщества - от плотных низменных лесов до альпийских лугов, тундры и постоянных снежных полей.

Горы служат жизненно важными водонапорными башнями, снабжая пресной водой миллиарды людей вниз по течению через таяние снега и захват осадков. Виды, обнаруженные в горных средах обитания, часто являются высокоспециализированными и чувствительными к изменению климата; по мере повышения температуры многие вынуждены двигаться вверх, иногда сокращая свои ареалы до тех пор, пока не останется подходящей среды обитания, увеличивая риск исчезновения. Иконические горные хребты, такие как Анды, Гималаи и Скалистые горы, иллюстрируют взаимодействие между топографией, климатом и биоразнообразием.

Морские и прибрежные пейзажи

В то время как наземные ландшафты имеют решающее значение, прибрежные и морские среды, такие как коралловые рифы, луга морской травы и леса водорослей, одинаково влияют на поддержание глобального биоразнообразия и экосистемных услуг. Коралловые рифы часто называют «морскими тропическими лесами» из-за их огромного биоразнообразия, в котором обитают тысячи рыб, беспозвоночных и водорослей в сложных трехмерных структурах.

Коралловые рифы защищают береговые линии от эрозии и штормового ущерба, поддерживают рыболовство, которое кормит миллионы людей, и способствуют развитию туризма.Лощи водорослей являются заметными поглотителями углерода, улавливая углерод до 35 раз быстрее, чем тропические тропические леса, и обеспечивая среду обитания для молодых рыб и исчезающих видов, таких как морские черепахи и дюгони. Леса Кельпа служат важными питомниками и способствуют круговороту питательных веществ в прибрежных водах.Эти экосистемы, однако, сталкиваются с серьезными угрозами от потепления океана, подкисления, чрезмерного вылова рыбы и загрязнения.

Экосистемные услуги: выгоды, которые получают люди

Экосистемные услуги являются прямым и косвенным вкладом экосистем в благосостояние человека. Они обычно подразделяются на четыре категории: предоставление, регулирование, поддержка и культурные услуги. Тип и качество этих услуг в значительной степени зависят от состояния природных ландшафтов и их биоразнообразия.

Предоставление услуг

Услуги по предоставлению услуг включают материальные продукты, которые люди получают непосредственно из экосистем, такие как продукты питания, пресная вода, древесина, клетчатка, лекарственные растения и генетические ресурсы. Леса обеспечивают не только древесину, но и недревесные лесные продукты, такие как орехи, фрукты, латекс и лекарственные соединения. Рыба из коралловых рифов, водно-болотных угодий и открытых океанов поставляет белок более чем трем миллиардам людей во всем мире.

Сельскохозяйственные ландшафты, заложенные в пределах или прилегающие к естественным местам обитания, часто получают выгоду от опыления и услуг по борьбе с вредителями, предоставляемых дикими видами. Например, пчелы, бабочки, птицы и летучие мыши способствуют урожайности, в то время как хищные насекомые и птицы сокращают популяции вредителей, снижая потребность в химических вмешательствах. Генетическое разнообразие, обнаруженное у диких родственников сельскохозяйственных культур и домашнего скота, также служит жизненно важным ресурсом для программ разведения для повышения устойчивости и производительности.

Регулирующие услуги

Регулирование услуг происходит в результате естественных процессов, которые смягчают условия окружающей среды, способствуя стабильности экосистем и здоровью человека.

  • Регулирование климата: Леса, водно-болотные угодья и пастбища хранят углерод как над, так и под землей, смягчая концентрации парниковых газов. Они также влияют на местные и региональные модели осадков посредством испарения.
  • Очистка воды: Водно-болотные угодья действуют как естественные биофильтры, улавливая загрязняющие вещества и осадки и перезаряжая пресноводные водоносные горизонты, которые поставляют питьевую воду.
  • ] Опыление: Более 75% мировых продовольственных культур зависят от опылителей животных, в первую очередь насекомых и птиц, которые полагаются на разнообразные и нетронутые ландшафты для среды обитания.
  • Борьба с вредителями и болезнями: Хищные насекомые, летучие мыши и птицы, обнаруженные в естественных средах обитания, помогают регулировать популяции вредителей, уменьшая ущерб для урожая и потребность в химических пестицидах.

Веховое исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что разнообразие опылителей увеличивает урожайность больше, чем обилие любых отдельных видов, подчеркивая ценность неоднородности ландшафта для производительности сельского хозяйства и продовольственной безопасности.

Поддержка услуг

Вспомогательные услуги лежат в основе всех других экосистемных услуг. Они включают в себя формирование почвы, циклическое производство питательных веществ, первичное производство и цикл воды. Например, разложение органических веществ беспозвоночными почвами и микробами высвобождает питательные вещества, которые питают растения и, в конечном итоге, целые пищевые сети. Ландшафты с высоким биоразнообразием, как правило, имеют более эффективное циклическое использование питательных веществ и большую плодородность почвы.

Микороризальные грибы, которые формируют симбиотические отношения с корнями растений, имеют решающее значение для поглощения питательных веществ и наиболее распространены в нетронутых почвах. Эти грибы повышают рост растений и устойчивость за счет улучшения доступа к воде и минералам. Здоровые почвенные микробные сообщества также способствуют поглощению углерода и структуре почвы, которые жизненно важны для устойчивого функционирования экосистем.

Культурные услуги

Культурные услуги — это нематериальные выгоды, получаемые от экосистем, включая отдых, туризм, эстетическое вдохновение, духовное значение и образовательную ценность.Природные ландшафты обеспечивают условия для пеших прогулок, наблюдения за птицами, фотографии и культурных церемоний, которые способствуют связи между людьми и природой.

Исследования показывают, что воздействие биоразнообразных сред улучшает психическое здоровье, снижает стресс и улучшает когнитивные функции. Для многих коренных и местных общин ландшафты неразрывно связаны с идентичностью, традиционными знаниями и культурным наследием. Глобальная экономическая ценность туризма на основе природы оценивается в более чем 600 миллиардов долларов в год, при этом значительные доходы сосредоточены в таких биоразнообразных регионах, как тропические леса Амазонки, Большой Барьерный риф и африканские саванны.

Механизмы, связывающие ландшафты с биоразнообразием

Несколько экологических механизмов объясняют, почему природные ландшафты так сильно влияют на биоразнообразие. Признание этих механизмов имеет важное значение для разработки эффективных стратегий сохранения и управления ландшафтами.

Неоднородность среды обитания

Ландшафты с разнообразной топографией, структурой растительности и микроклиматами обеспечивают более широкий спектр экологических ниш. Например, лес с открытыми пробелами, плотной подлесковой растительностью и древесными дуплами поддерживает больше видов, чем однородная плантация. Эта неоднородность увеличивает сосуществование видов за счет снижения конкуренции за ограниченные ресурсы и позволяет процветать нескольким видам с различными экологическими требованиями.

Связь и коридоры

Связанные ландшафты позволяют видам перемещаться, рассеиваться и поддерживать поток генов между популяциями, что жизненно важно для долгосрочного выживания и адаптации.Коридоры дикой природы, такие как прибрежные полосы вдоль рек, изгороди и степные места обитания, облегчают перемещение мигрирующих видов и усиливают реколонизацию после местных беспорядков.

Фрагментация — разрушение больших мест обитания на изолированные участки — является основной причиной потери биоразнообразия, потому что небольшие изолированные популяции сталкиваются с более высокими рисками исчезновения из-за инбридинга, демографических колебаний и неспособности к повторной колонизации. Поэтому поддержание или восстановление связи является ключевым приоритетом сохранения, особенно в условиях изменения климата, которое заставляет виды изменять свои ареалы.

Режимы беспорядков

Природные возмущения, такие как пожар, наводнения, штормы и травоядные, создают мозаику мест обитания на разных последовательных стадиях, что может повысить биоразнообразие, обеспечивая различные ниши.Например, периодические лесные пожары в лугах и средиземноморских кустарниках стимулируют прорастание семян, перерабатывают питательные вещества и предотвращают посягательство древесины, тем самым поддерживая открытые места обитания, предпочитаемые определенными видами.

Однако измененные человеком режимы возмущений, такие как подавление пожаров, строительство плотин или интенсивное выпасание скота, могут нарушить эту естественную динамику, уменьшая разнообразие среды обитания и биоразнообразие. Адаптивное управление, имитирующее естественные модели возмущений, может помочь поддерживать функции экосистемы и видовое разнообразие.

Угрозы природным ландшафтам и биоразнообразию

Деятельность человека быстро ухудшает природные ландшафты, разрушает биоразнообразие и ставит под угрозу экосистемные услуги. Решение этих угроз имеет решающее значение для поддержания экологического баланса планеты и благополучия человека.

Потеря среды обитания и фрагментация

Преобразование естественных мест обитания для сельского хозяйства, городского развития и инфраструктуры остается основной прямой угрозой биоразнообразию во всем мире.В период с 2000 по 2020 год мир потерял около 10% оставшихся диких районов, согласно Всемирному фонду дикой природы. Фрагментация изолирует популяции и уменьшает эффективный размер мест обитания, что приводит к инбридингу, локальным вымираниям и потере функций экосистемы.

Изменение климата

Повышение температуры, изменение структуры осадков и увеличение частоты экстремальных погодных явлений меняют географические диапазоны видов и нарушают экологические взаимодействия. Шестой оценочный доклад IPCC предупреждает, что даже потепление на 1,5 ° C может привести к вымиранию 10-14% наземных видов. Горные и полярные ландшафты особенно уязвимы, поскольку они имеют ограниченную площадь для миграции вверх или в сторону полюса.

Изменение климата также влияет на экосистемные услуги, изменяя емкость хранения углерода, доступность воды и сроки биологических событий, таких как цветение и миграция, которые могут отделить виды взаимодействия, критически важные для функционирования экосистемы.

Загрязнение

Загрязнение от сельскохозяйственного стока (избыток азота и фосфора), пластиковые отходы, тяжелые металлы и загрязняющие вещества в воздухе ухудшают природные ландшафты и отравляют дикую природу. Загрязнение питательных веществ приводит к эвтрофикации в пресноводных и прибрежных экосистемах, вызывая гипоксические «мертвые зоны», которые уничтожают водную жизнь. Сток пестицидов уменьшает популяцию опылителей и биоразнообразие почвы, подрывая основные экосистемные услуги.

Инвазивные чужеродные виды

Неместные виды, ввезенные намеренно или случайно, часто вытесняют, охотятся или приносят болезни местным видам. Например, коричневая древесная змея уничтожила популяции птиц на Гуаме, а инвазивные растения, такие как кудзу и японский сорняк, изменили среду обитания во многих регионах мира. Инвазивные виды могут нарушать экосистемные процессы, уменьшать местное биоразнообразие и наносить экономический ущерб.

Чрезмерная эксплуатация и неустойчивая практика

Заготовка древесины, рыболовство и дикая природа в сочетании с неустойчивой сельскохозяйственной практикой, деградацией почв и водоотведением способствуют утрате биоразнообразия и деградации ландшафта.Незаконные вырубки и рыболовство подрывают усилия по сохранению, в то время как деградация земель посредством обезлесения, добычи полезных ископаемых и монокультурного сельского хозяйства снижает качество среды обитания и связь.

Стратегии сохранения и устойчивое управление

Эффективное сохранение требует комплексных подходов, которые учитывают сложность природных ландшафтов, биоразнообразия и экосистемных услуг.

  • Защищенные районы: Создание и эффективное управление заповедниками, национальными парками и дикими районами для сохранения критически важных мест обитания и видов.
  • Ландшафтная связь: Восстановление коридоров и ступеней между участками среды обитания для облегчения перемещения видов и генетического обмена.
  • Устойчивое землепользование: Содействие агроэкологии, устойчивому лесному хозяйству и ответственному рыболовству для баланса потребностей человека с здоровьем экосистем.
  • Восстановление экологии: Реабилитация деградировавших экосистем посредством лесовосстановления, восстановления водно-болотных угодий и восстановления почв для восстановления биоразнообразия и услуг.
  • Участие общин : Вовлечение местных и коренных общин в планирование охраны природы, признание их традиционных знаний и роли в управлении.
  • Смягчение и адаптация изменения климата : Включение соображений биоразнообразия в климатическую политику, защита климатической рефугии и повышение устойчивости экосистем.
  • Контроль загрязнения : сокращение химических входов, управление отходами и внедрение правил для минимизации загрязнения окружающей среды.
  • Инвазивное управление видами : Предотвращение интродукции, раннее выявление и контроль или искоренение инвазивных видов.

Комплексное управление ландшафтами, которое уравновешивает сохранение и развитие, подкрепленное политическими рамками и научными исследованиями, имеет важное значение для поддержания биоразнообразия и экосистемных услуг, от которых зависит вся жизнь.

Заключение

Природные ландшафты являются основой биоразнообразия и экосистемных услуг, которые поддерживают человеческие общества. Леса, водно-болотные угодья, пастбища, горы и морская среда вносят уникальный вклад в глобальный экологический баланс и благосостояние человека. Защита и восстановление этих ландшафтов крайне необходимы для сохранения богатого разнообразия жизни на Земле и обеспечения непрерывного предоставления жизненно важных услуг, таких как чистая вода, регулирование климата, производство продуктов питания и культурное обогащение.

Столкнувшись с возрастающими угрозами, связанными с потерей среды обитания, изменением климата, загрязнением и инвазивными видами, сегодня как никогда необходимы скоординированные глобальные и местные действия. Понимая сложные связи между природными ландшафтами, биоразнообразием и экосистемными услугами, мы можем разработать эффективные стратегии, способствующие устойчивости, устойчивости и гармонии между людьми и природой.