Амазония ормандарындағы фрагментацияның биологиялық әсерлері
Biological Dynamics of Forest Fragments Project
Амазония ормандарындағы фрагментацияның әсерін зерттейтін, 1979 ж. құрылған BDFFP жобасы. Экожуйелердің өлшемі, биоәртүрлілік, ұзақ мерзімді зерттеулер.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Орман фрагменттерінің биологиялық динамикасы жобасы (БДДЖ; немесе португал тілінде Projeto Dinâmica Biológica de Fragmentos Florestais, PDBFF) – тропикалық жаңбырлы ормандардағы тіршілік ортасының фрагментациясының әсерін зерттейтін ірі экологиялық эксперимент. 1979 жылы құрылған эксперимент Бразилияның Амазонка тропикалық орманында, Манаустың жанында орналасқан. Жобаны Амазонка биоәртүрлілігі орталығы мен Бразилияның Амазонканы зерттеу институты (INPA) бірлесіп басқарады. Жоба 1979 жылы Томас Лавджой SLOSS пікірсайысын зерттеу мақсатымен басталды. Алғашқыда «Экожүйелердің ең төменгі сыни мөлшері» жобасы деп аталған бұл жобада түрлі өлшемдегі орман фрагменттері құрылды. Фрагменттер құрылмас бұрын деректер жиналды, ал фрагментацияның әсерін зерттеулер 25 жылдан асып кетті. 2020 жылғы сәуір айына дейін жобаның нәтижесінде 785 ғылыми мақала және 150-ден астам магистрлік диссертациялар мен ғылыми жұмыстар жарық көрді.
The Biological Dynamics of Forest Fragments Project (BDFFP; or Projeto Dinâmica Biológica de Fragmentos Florestais, PDBFF, in Portuguese) is a large scale ecological experiment looking at the effects of habitat fragmentation on tropical rainforest. The experiment which was established in 1979 is located near Manaus in the Brazilian Amazon rainforest. The project is jointly managed by the Amazon Biodiversity Center and the Brazilian Institute for Research in the Amazon (INPA). The project was initiated in 1979 by Thomas Lovejoy to investigate the SLOSS debate. Initially named the Minimum Critical Size of Ecosystems Project, the project created forest fragments of sizes , , and Data were collected prior to the creation of the fragments and studies of the effects of fragmentation now exceed 25 years. As of April 2020, 785 scholarly journal articles and more than 150 graduate dissertations and theses had emerged from the project.
Үлгілік зерттеулер
BDFFP алаңында организмдерге және олардың тіршілік ортасына бөлшектенудің әсерін зерттеуге бағытталған кең ауқымды зерттеулер жүргізілді. Зерттеу нысандарына ағаштар және басқа да флора, микроорганизмдер, сондай-ақ түрлі омыртқалы және омыртқасыз жануарлар кірді. Сонымен қатар, топырақтың химиялық құрамы мен дамуы, фрагменттердегі адам және қоршаған орта факторлары да зерттелді. BDFFP алаңында жүргізілген ең маңызды зерттеулердің кейбіреулері төменде қысқаша сипатталған.
There has been a broad scope of studies performed on the BDFFP site focusing on many elements of fragmentation effects on organisms and habitat conditions. Subjects from a range of biota are studied, including trees and other flora, microorganisms, and a variety vertebrate and invertebrates. Soil chemistry and development, as well as human and environmental factors in fragments have also been researched. Some notable studies performed on the BDFFP site are summarized below.
Шекаралық әсерлер
Шекаралық эффектілер – әртүрлі орталардағы кедергілерде немесе оларға жақын жерлердегі әсерлерін сипаттайтын жалпы термин. Олар көптеген орталарда, әсіресе фрагменттелген орталарда маңызды фактор болып табылады және олар жан-жақты зерттелген. Бұл тақырыптағы маңызды зерттеулердің бірі – Валери Капос, Элиза Ванделли, Жозе Луис Камарго және Гислене Ганаде жүргізген «Орталық Амазониядағы орман фрагментациясына байланысты ортаның және өсімдіктердің жауаптарындағы шекаралық өзгерістер». Төмендегі мәліметтер У.Ф. Лоуренс пен Р.О. Биергардтың «Тропикалық орман қалдықтары: фрагменттелген қоғамдастықтардың экологиясы, басқаруы және сақталуы» еңбегінің 33-44 беттерінен алынған. Шекаралық эффектілер аймақтық ортада да маңызды рөл атқарады, Амазонка ормандырып, булану және топырақ қорғау арқылы гидрологиялық циклдарды сақтауға көмектеседі. Орман фрагменттерінің үздіксіз орманмен салыстырғанда, ашық жерлерден (матрицадан) келетін құрғатушы шекаралық эффектінің орманға ену деңгейіне және өсімдіктердің оған қалай жауап беретініне байланысты булану деңгейі жоғары болуы мүмкін. Сондықтан, бұл зерттеу орман фрагменттерінде булануға әсер ететін факторлардың шекаралық градиенттерін және оларға өсімдіктердің жауаптарын бағауға бағытталған. Сонымен қатар, шекаралық эффектілердің уақыт өте келе қалай өзгеретіні зерттелді. Температура, бу қысымының тапшылығы (ВҚТ) және топырақтың ылғалдылығы зерттелген факторлардың ішінде болды. Зерттеуде орман шетінен 500 метрден астам қашықтықтағы бақылау алаптарындағы өлшемдермен салыстырылатын, орманның батыс шетінен орталыққа қарай әртүрлі арақашықтықтағы трансекттерде алынған өлшемдер салыстырылды. 1988-1990 жылдар аралығында құрғақ маусымда жер асты өсімдіктері мен су арақатынасы бақыланды, топырақтың ылғалдылығы он ай бойы өлшенді, жер асты өсімдіктерінің таралуы, микроклимат және жапырақтардың кеңеюі зерттелді, сондай-ақ өсімдіктер құрылымы зерттелді. Жауынды және құрғақ маусымдарда топырақтың ылғалдылығы шекаралық трансекттерде бақылау алаптарындағы ылғалдылыққа ұқсас болды, бірақ шекараның өзінде және шекарадан 40-80 метр аралығындағы аймақта ерекшеліктер байқалды. Құрғақ маусымда орман топырағының суы құрғақ нүктеден төмендеді, бірақ ең құрғақ нүктелер міндетті түрде шекараға жақын болмады және ұзақ құрғақшылықтың белгілері табылмады. Осылайша, өсімдіктерге шекаралық құрғақшылықтың әсері топырақтың ылғалдылығының төмендеуі және атмосфералық сұраныстың артуынан туындауы керек, бұл тамыр жүйелерінің жеткізу қабілетін асып түседі, бірақ экожүйе деңгейіндегі су тапшылығынан емес. Өсімдіктердің жауабы: Дугетиядағы жапырақтардың кеңеюі бойынша шекаралық аймақтардағы және бақылау аймақтарындағы өсімдіктер арасында жапырақтардың кеңею жылдамдығында ешқандай айырмашылық болған жоқ. Бұталы ағаштардың су жоғалтуын азайту үшін жапырақшаларын жабады ма, жоқ па деген сұраққа жауап іздегенде, екі жер арасында да ешқандай айырмашылық табылған жоқ. Олар орман асты өсімдіктерінде де осыған ұқсас реакцияны зерттеді, нәтижелер орман шетіне жақын жерде орман асты өсімдіктерінің суды тиімді пайдалану қабілеті жоғары болуы мүмкін екенін көрсетті. Бұл үрдіс орманнан тыс ауаның орман астындағы ауамен көбірек араласуымен немесе төменгі ыдырау жылдамдығымен немесе екеуінің бірігуімен түсіндірілуі мүмкін. Өсімдіктер құрылымы да талданды. Олар орта факторларындағы шекаралық градиенттердің күрделі үлгілерге айналатынын анықтады, бұл шекараның әсерін көрсетеді. Өсімдіктердің су жағдайына шекараның әсеріне көп айғақтар болмаса да, кем дегенде бір жер асты түрінің таралуы шекараға жақындықтың тиімсіз екенін көрсетеді. Осы зерттеудің кейбір жалпы салдары – шекаралық эффектілердің орта айнымалыларына әсері олардың жасына байланысты күрделенеді. Бұл күрделі үлгілер мен өсімдіктердің оларға жауаптары жиектердегі жиі болатын жарықтарға, өсімдіктер құрылымын өзгертуге және шекаралық эффектілердің сипаты мен көлемін өзгертуге байланысты болуы мүмкін. Шекаралық эффектілерге негізделген басқару шешімдері осы эффектілердің механизмдерін түсінуді қамтиды, ал бұл механизмдерді және олардың уақыт өте келе қалай өзгеретінін анықтау үшін ұзақ мерзімді зерттеулер қажет.
Edge effects is a general term for the impacts of different habitats at or near the barrier where they meet, the "edge". They are an important factor in many habitats, especially when it comes to fragmented habitats, and are studied extensively in the field. One major study performed on this subject was "Edge related changes in environment and plant responses due to forest fragmentation in central Amazonia" by Valerie Kapos, Elisa Wandelli, Jose Luis Camargo, and Gislene Ganade. The following was summarized from pages 33 to 44 of Tropical Forest Remnants: Ecology, Management and Conservation of Fragmented Communities by W. F. Laurance and R. O. Bierregaard. A major change brought about by habitat fragmentation is an increase in the proportion of edge exposed to other habitats, and the importance of this change depends to a degree on the contrast between the fragmented habitat and the matrix in which it occurs. Edge effects play an important role in the regional environment as well, with the Amazon forests helping maintain hydrological cycles through their roles in evapotranspiration and soil protection. Depending on the extent to which the influence of desiccating edge effect conditions from the clearings (matrix) penetrates into the forest and on how plants respond to it, forest fragments might be expected to evapotranspire more than equivalent areas of continuous forest. Therefore, this research focused on assessing the edge related gradients of factors that affect evapotranspiration in forest fragments, and plant responses to them. Changes in edge effects with time were also studied. Temperature, vapor pressure deficit (VPD), and soil moisture were the factors surveyed. The study compared measurements made at different distances along transects from the western isolated edge toward the center of the reserve with measurements made in control areas more than 500m from the forest edge. Understory plant/water relations were monitored in dry seasons, soil moisture measurements were made over ten months, understory plant distributions were measured, microclimatic and leaf expansion studies were done, as well as vegetation structure studies, all between 1988 and 1990. In both wet and dry seasons, soil moisture in the edge transects was similar to that in the control areas except at the edge itself and in the region between 40 and 80 m from edge. Soil water potentials below wilting point occurred in the forest during dry season, but the driest points were not necessarily near the edge and no evidence of prolonged drought was found. Thus, any edge drought effects on plants must be due to combined effects of reduced soil moisture and higher atmospheric demand exceeding the supplying power of vascular systems, rather ecosystem level water shortage. Plant responses: For leaf expansion in Duguetia, there was no difference in the rate of leaf expansion between plants in edge zones and those in control areas. When looking at whether canopy trees close their stomata to reduce water loss as a response to the changed environment, they found no difference between these two locations. They looked at the same response in understory plants, and found the results might suggest that the understory species did have greater water use efficiencies near the forest edge. This pattern could be explained by either greater mixing of air from outside the forest with the understory air or lower decomposition rates, or both, near the edge. Vegetation structure was also analyzed. They found clear edge related gradients in environmental factors gave way to more complex patterns, which suggested some influence of the edge. Although there was little evidence of edge effecting plant water status, distribution of at least one understory species suggests proximity to edge is disadvantageous. Some general implications suggested by this study are edge effects on environmental variables become more complex as edge ages. These complex patterns and plant responses to them are likely strongly influenced by frequent gaps near edges, changing vegetation structure and continuing to alter the nature and extent of edge effects. Management decisions based on edge effects should incorporate understanding of the mechanisms behind those effects, and long term studies are necessary to determine those mechanisms and their changes over time.
Жануарлар дүниесіне әсері
Көптеген зерттеулер омыртқалылар мен омыртқасыздарға, соның ішінде қосмекенділерге, жәндіктерге, сүтқоректілерге және құстарға фрагментацияның әсері туралы жүргізілді. Рихард Биергегаард пен Филип С. Стауфердің «Амазония жаңбырлы ормандарындағы жер асты құстары мен динамикалық тіршілік ортасы мозаикасы» атты зерттеуі – бұл шабындықпен немесе ескі шабындық жерлерде өсімдіктердің қайта өсуімен қоршалған шағын ормандардың динамикалық жүйесіндегі құстарды зерттеудің ұзақ мерзімді тәжірибесі. Төмендегі мәліметтер В. Ф. Лоуренс пен Р. О. Биергегаардтың «Тропикалық орман қалдықтары: фрагменттелген қоғамдастықтардың экологиясы, басқаруы және сақталуы» еңбегінің 138-155 беттерінен алынған. 1 және 10 гектарлық, сондай-ақ 100 гектарлық учаскелерде жер асты құстарын белгілеп, қайта ұстау бағдарламасы жүргізілді. Бұл құстардың түр құрамы мен белсенділік деңгейіндегі өзгерістерді анықтауға бағытталған. Нектармен қоректенушілер, жәндіктермен қоректенушілер және жеміс-жидектермен қоректенушілерді қамтитын экологиялық гильдиялардың кең ауқымды талдауы жүргізілді. Фрагменттердегі құстардың түр құрамындағы өзгерістер қалдықтардың мөлшерімен, оқшаулану уақытымен және айналасындағы өсімдік жамылғысының сипаттамасымен байланыстырылды. Жәндіктермен қоректенушілер үшін, оқшауланғаннан кейінгі резерваттарда ең көп ұсталған құстардың саны мен түрлік байлығы айтарлықтай төмендеді. Армиялық құмырсқаларды іздеп жүретін түрлер оқшауланғаннан кейін 2 жыл ішінде 1 және 10 гектарлық учаскелерден толығымен жоғалып кетті. Жәндіктермен қоректенушілер сияқты, жеміс-жидектермен қоректенушілер де оқшауланғаннан кейін ұстау көрсеткіштерінің айтарлықтай төмендеуін көрсетті, ал төрт түр оқшауланғаннан кейінгі уақыттың әсерін көрсетті. Көгершіндер сияқты нектармен қоректенушілер, жәндіктермен және жеміс-жидектермен қоректенушілерге қарағанда фрагментацияға аз сезімтал екені дәлелденді. Құстар тропикалық жаңбырлы ормандардың экожүйесінде маңызды рөл атқарады және осы ормандарда ең көп зерттелген организмдер тобы болып табылады, сондықтан олар тіршілік ортасының фрагментациясына жануарлар әлемінің реакциясын түсінуге тамаша мүмкіндік береді. Бұл зерттеуде ерекше сезімтал және сезімтал емес түрлер тобы анықталды. Бұл тропикалық ормандардың экожүйелеріне адамның әсерін азайту үшін қажетті түсінікті дамытудың алғашқы қадамдары.
Many studies have been conducted about the fragmentation effects on vertebrates and invertebrates, including amphibians, insects, mammals and birds. This study, “Understory birds and dynamic habitat mosaics in Amazonian rainforests” by Richard Bierregaard and Philip C. Stouffer is a long term experiment studying birds in a dynamic system of small forests remnants surrounded by pasture or abandoned pasture undergoing secondary succession. The following was summarized from pages 138 to 155 of Tropical Forest Remnants: Ecology, Management and Conservation of Fragmented Communities by W. F. Laurance and R. O. Bierregaard. Within a series of 1 and 10 hectare and one 100 hectare fragments, mark recapture program was conducted focusing on understory birds to reveal changes in species composition and activity level. Analysis of broadly defined ecological guilds was performed, including nectar feeders, insectivores, and frugivores. They related changes in the fragment avifauna to remnant size, time since isolation, and the nature of the surrounding vegetation. For insectivores, abundance and species richness of most frequently captured birds declined significantly in post isolation reserves. The obligate army ant following species disappeared completely from 1 and 10 ha isolates within 2 years of isolation. As with insectivores, frugivores showed significant declines in capture rates after isolation and four species showed effects of time since isolation. Nectarivores, such as understory hummingbirds, proved to be less vulnerable to fragmentation than insectivores and frugivores. Birds play an integral role in tropical rainforest ecosystems and are likely the best studied group of organisms in these forests, so they provide an excellent opportunity to understand faunal responses to habitat fragmentation. This study identified both particularly sensitive and insensitive groups of species. These are first steps in developing understanding needed to minimize effects humans are having on tropical rainforest ecosystems.
Болашақ
Бес адамнан басталған бастама қаржыландырудың өсуіне байланысты біртіндеп күш алды және үлкен штатпен жұмыс істейтін табысты орташа көлемді ғылыми жобаға айналды. Бұл өсім түрлердің фрагментацияға жауабын үнемі ірі масштабта инвентаризациялауға мүмкіндік берді, бұл болашақ сақтауға қатысты зерттеулердің басты назар аударатын мәселесі болып табылады. Осы зерттеудің маңызды артықшылықтарының бірі – оның ұзақ мерзім бойында өте тұрақты жүргізілуі. Он жылдар бойындағы тәжірибелер Эль-Ниньо құрғақшылықтары сияқты табиғи құбылыстардың орын алуына жағдай жасайды, олар фрагментацияға әсер етуі мүмкін табиғи бұзылыстардың маңызды факторлары болып табылады. Дегенмен, орман фрагменттері туралы әлі де көп нәрсе білу қажет. BDFFP деректері көрсеткендей, тіпті кішкентай фрагменттердің де флористикалық құрамы мен көміртегі жинағының тұрақтанып, күрт экологиялық өзгерістерден кейін ғасырлар бойына қалыптасуы мүмкін (Laurance 2011). BDFFP экспериментінен туындаған негізгі мақсаттар – жердің үлкен аумақтарын сақтап, өміршең популяциялардың сақталуын қамтамасыз ету және орманның табиғи экологиялық процестерін сақтау. Орманды жоюдың тропикалық орманның құрамы мен процестеріне үздіксіз әсерін ескере отырып, Амазония аймағының экологиялық болашағы оның экономикалық болашағымен тығыз байланысты деуге болады. Өрттердің, климаттың өзгеруінің және коммерциялық аңшылық пен орман шаруашылығының адам әсерінен туындайтын қауіпті шеткі әсерлерді болдырмау үшін күш-жігерді жалғастыру қажет. BDFFP экспериментімен 30 жылдан астам уақыт бойы жүргізілген зерттеулер мен мәліметтерді жинау ғалымдар үшін көптеген жаңалықтар мен маңызды сабақтарға әкелді, бірақ сонымен қатар қаржыландыру сияқты көптеген қиындықтарға да тап болды. 1990 жылдардың соңынан бері отарлау және аңшылық BDFFP үшін тікелей қауіп ретінде пайда болды. 1100 км-лік Манаус-Венесуэла тас жолының салынуы орманды отарлау мен орман шаруашылығын күшейтті (Laurance 2011). Адамдардың бұл жерлерге ағыны жалғасып жатқандықтан, BDFFP-нің қорғау жұмыстары қоршаған орман экожүйелеріне зиян келтірмеу үшін маңыздырақ болып келеді.
What started out as a five person initiative slowly gained momentum as funding for the BDFFP grew and became a successful midsize research project operated by a larger staff. This growth has allowed for continuous large scale inventories of species’ response to fragmentation, which is a main focal point of research concerning future conservation. One of the major advantages of this study is that it has been conducted very consistently over a long period of time. Experimentation over several decades allows for the occurrence of natural events, such as El Niño droughts, which are important facilitators of natural disturbance that could affect fragmentation. Much more needs to be understood about forest fragments, however. As BDFFP data suggests, even small fragments can take centuries to stabilize their floristic composition and carbon storage after experiencing dramatic ecological changes (Laurance 2011). The fundamental goals drawn from the BDFFP experiment are to preserve larger areas of land to ensure viable populations are maintained and to maintain the forests’ natural ecological processes. Due to the continuing impacts of deforestation on tropical forest composition and processes, it can be said that the ecological future of the Amazonian region is greatly tied to its economic future. Efforts should continue to be made in order to prevent disastrous edge effects resulting from fires, climate change, and human impact from commercial hunting and logging. Over 30 years of research and data collection with the BDFFP experiment has led to many discoveries and important lessons for scientists, but has also faced many challenges, such as funding. Since the late 1990s, colonization and hunting have emerged as direct threats to the BDFFP. The paving of the 1100 km long Manaus Venezuela highway has increased forest colonization and logging (Laurance 2011). As the influx of humans continues into these lands, the conservation efforts of the BDFFP become increasingly important in order to prevent devastating effects on the surrounding forest ecosystems.