Введение
Экологическое понятие
В экологии краевые эффекты – это изменения в структуре популяций или сообществ, возникающие на границе двух или более сред обитания. На территориях с небольшими фрагментами среды обитания краевые эффекты проявляются особенно сильно и могут распространяться на значительные расстояния. С усилением краевых эффектов, приграничная среда обитания способствует увеличению биоразнообразия. Урбанизация приводит к непрерывной фрагментации ландшафтов человеком и, как следствие, к усилению краевых эффектов. Это изменение в ландшафтной экологии имеет серьезные последствия. Опортунистические виды, особенно инвазивные, получают выгоду от этих изменений ландшафта, в то время как специализированные виды испытывают негативное воздействие. Например, альфа-разнообразие птиц, не переносящих краевые эффекты, в тропических лесах Лакандона (Мексика) снижается по мере усиления этих эффектов.
Типы
Внутренние – Естественные особенности стабилизируют местоположение границы. Вызванные – Временные природные возмущения (например, пожар или наводнение) или деятельность человека приводят к тому, что границы подвергаются сукцессионным изменениям с течением времени. Узкие – Одна среда обитания резко заканчивается и начинается другая (например, сельскохозяйственное поле). Широкие (экотон) – Большое расстояние разделяет границы двух четко определенных местообитаний, основанных на их физических условиях и растительности, а между ними существует обширная переходная зона. Извилистые – Граница имеет нелинейную форму. Проницаемые – Граница имеет разрывы, в которых располагаются другие среды обитания. Высота также может создавать границы между участками.
Примеры
Когда границы разделяют любую естественную экосистему, а территория за пределами этих границ является нарушенной или искусственной системой, естественная экосистема может серьезно пострадать на определенном расстоянии от границы. В 1971 году Одум писал: «Склонность к увеличению разнообразия видов в местах соприкосновения сообществ известна как эффект края». Общеизвестно, что плотность певчих птиц выше в парках, университетских городках и подобных местах, чем на однородных лесных участках. В лесу, где прилегающая территория была расчищена, создавая границу между открытым пространством и лесом, солнечный свет и ветер проникают значительно глубже, высушивая внутренние части леса вблизи границы и способствуя росту оппортунистических видов. Температура воздуха, дефицит водяного пара, влажность почвы, интенсивность света и уровни фотосинтетически активного излучения (PAR) – все эти параметры изменяются на границах.
Амазонские тропические леса
В одном из исследований было установлено, что площадь бассейна Амазонки, измененная краевыми эффектами, превысила площадь, которая была вырублена. "В исследованиях лесных фрагментов Амазонки микроклиматические эффекты были заметны на расстоянии до 100 м (330 футов) вглубь леса". Чем меньше фрагмент, тем более он подвержен распространению пожаров с близлежащих сельскохозяйственных угодий. Лесные пожары чаще возникают вблизи кромки леса из-за повышенной освещенности, что приводит к усилению высыхания и увеличению роста подлеска. Увеличение биомассы подлеска обеспечивает горючий материал, позволяющий пастбищным пожарам распространяться в леса. Увеличение частоты пожаров с 1990-х годов – один из краевых эффектов, медленно преобразующих амазонские леса. Изменения температуры, влажности и уровня освещенности способствуют вторжению нелесных видов, включая инвазивные. Общий эффект этих процессов фрагментации заключается в том, что все лесные фрагменты, как правило, теряют местное биоразнообразие в зависимости от размера и формы фрагмента, его изоляции от других лесных массивов и структуры окружающего ландшафта. Ядовитый плющ – еще один пример вида, выигрывающего от увеличения площади кромки леса. В то же время, стрекозы питаются комарами, но им сложнее выживать вблизи человеческого жилья, чем комарам. Поэтому на тропах и в местах для пеших прогулок вблизи населенных пунктов часто больше комаров, чем в глубине леса. Травы, голубика, цветущая смородина и теневыносливые деревья, такие как дугласовая пихта, хорошо растут в прикроечных местообитаниях. В случае сопоставления освоенных и диких земель часто возникают проблемы с инвазивными экзотическими видами. Виды, такие как кудзу, японский клен и многоцветковая роза, нанесли ущерб естественным экосистемам. К счастью, открытые участки и кромки леса предоставляют места для видов, которым требуется больше света и растительности, растущей близко к земле. Олени и лоси особенно выигрывают, поскольку их основной рацион состоит из травы и кустарников, которые встречаются только на опушках леса.
Влияние на наследство
Эффекты краев также применимы к сукцессии, когда растительность распространяется, а не уступает конкурентам. Различные виды приспособлены либо к краям, либо к центральным частям местообитания, что приводит к пестрому распределению. Краевые зоны также различаются в зависимости от экспозиции: северные или южные края получают меньше или больше солнечного света, чем противоположные склоны (в зависимости от полушария и выпуклой или вогнутой формы рельефа), что формирует различные растительные сообщества.
Другие виды использования
Феномен увеличения разнообразия растений и животных на границе между сообществами (экотон) также называется краевым эффектом и обусловлен, по сути, более широким локальным диапазоном подходящих экологических условий или экологических ниш. В биологических анализах краевые эффекты относятся к артефактам в данных, вызванным положением лунок на планшете для скрининга, а не биологическим воздействием. В сканирующей электронной микроскопии краевой эффект – это явление, при котором количество вторичных и/или обратно рассеянных электронов, покидающих образец и достигающих детектора, выше на краю, чем на плоской поверхности. Объем взаимодействия распространяется глубоко под поверхность, но вторичные электроны могут выходить только вблизи поверхности (обычно около 10 нм, хотя это зависит от материала). Однако, когда электронный луч попадает в область рядом с краем, электроны, генерируемые ниже точки удара, расположенной близко к краю, но глубоко под поверхностью, могут выходить через вертикальную поверхность вместо того, чтобы оставаться внутри образца.