Введение

Ландшафтная экология – это наука об изучении и совершенствовании взаимосвязей между экологическими процессами в окружающей среде и конкретными экосистемами. Это осуществляется в рамках различных ландшафтных масштабов, развития пространственных закономерностей и организационных уровней исследований и политики. Лаконично ландшафтная экология может быть определена как наука о "ландшафтном разнообразии", являющемся синергетическим результатом биоразнообразия и георазнообразия. Являясь высокомеждисциплинарной областью в системной науке, ландшафтная экология интегрирует биофизические и аналитические подходы с гуманитарными и целостными перспективами, охватывая естественные и социальные науки. Ландшафты – это пространственно неоднородные географические области, характеризующиеся разнообразными взаимодействующими фрагментами или экосистемами, от относительно нетронутых наземных и водных систем, таких как леса, луга и озера, до территорий, где доминирует деятельность человека, включая сельскохозяйственные и городские ландшафты. Наиболее важными характеристиками ландшафтной экологии являются акцент на взаимосвязи между структурой, процессами и масштабами, а также фокус на масштабных экологических и природоохранных проблемах. Это требует объединения биофизических и социально-экономических наук. Ключевые направления исследований в ландшафтной экологии включают экологические потоки в ландшафтных мозаиках, изменение землепользования и земного покрова, масштабирование, сопоставление анализа ландшафтных структур с экологическими процессами, а также охрану и устойчивое развитие ландшафтов. Ландшафтная экология также изучает роль антропогенного воздействия на ландшафтное разнообразие в развитии и распространении новых человеческих патогенов, способных вызывать эпидемии.

Терминология

Немецкий термин Landschaftsökologie, таким образом, ландшафтная экология, был введен немецким географом Карлом Троллем в 1939 году. Он разработал эту терминологию и многие ранние концепции ландшафтной экологии в ходе своей ранней работы, которая заключалась в применении интерпретации аэрофотоснимков к изучению взаимодействий между средой и растительностью.

Пояснение

Гетерогенность – это мера различий между частями ландшафта. Ландшафтная экология изучает, как эта пространственная структура влияет на численность организмов на ландшафтном уровне, а также на поведение и функционирование ландшафта в целом. Это включает в себя исследование влияния структуры, или внутреннего порядка ландшафта, на процессы, или непрерывное протекание функций организмов. Ландшафтная экология также охватывает геоморфологию в контексте проектирования и архитектуры ландшафтов. Геоморфология – это наука об изучении того, как геологические образования формируют структуру ландшафта.

Эволюция теории

Одна из центральных теорий ландшафтной экологии берет начало в работе МакАртура и Уилсона «Теория биогеографии островов». В этой работе биоразнообразие на островах рассматривалось как результат конкуренции между процессами колонизации с материка и случайного вымирания. Левинс обобщил концепции биогеографии островов, распространив их с физических островов на абстрактные фрагменты среды обитания посредством модели метапопуляции (которая может быть применена, например, к лесным массивам в сельскохозяйственном ландшафте). Это обобщение способствовало развитию ландшафтной экологии, предоставив экологам-консерваторам новый инструмент для оценки влияния фрагментации среды обитания на жизнеспособность популяций. Современный рост ландшафтной экологии во многом связан с развитием географических информационных систем (ГИС) и доступностью масштабных данных о среде обитания (например, данных дистанционного зондирования).

Развитие как дисциплина

Ландшафтная экология развивалась в Европе из исторического планирования в условиях ландшафтов, подверженных значительному антропогенному воздействию. Концепции общей теории экологии были интегрированы в Северной Америке. В то время как общая теория экологии и ее поддисциплины фокусировались на изучении более однородных, дискретных единиц сообщества, организованных в иерархической структуре (обычно как экосистемы, популяции, виды и сообщества), ландшафтная экология строилась на основе гетерогенности в пространстве и времени. Она часто включала изменения ландшафта, вызванные деятельностью человека, в теоретические основы и практическое применение концепций. К 1980 году ландшафтная экология стала самостоятельной, устоявшейся дисциплиной, что было отмечено организацией Международной ассоциации ландшафтной экологии (IALE) в 1982 году. Знаковые публикации определили область и цели дисциплины, включая работы Naveh и Lieberman, а также Forman и Godron. Форман.

Междисциплинарный анализ субъективно определенных ландшафтных единиц (например, школа Неефа): Ландшафты определяются с точки зрения однородности землепользования. Ландшафтная экология исследует природный потенциал ландшафта с точки зрения его функциональной полезности для человеческих обществ. Для анализа этого потенциала необходимо привлекать различные естественные науки. Топологическая экология в ландшафтном масштабе: «Ландшафт» определяется как гетерогенная территория, состоящая из комплекса взаимодействующих экосистем (леса, луга, болота, деревни и т. д.), повторяющихся в сходной форме. Подчеркивается, что ландшафты – это области в масштабе, воспринимаемом человеком, километры по ширине, подверженные его модификации и т.п. Ландшафтная экология описывает и объясняет характерные для ландшафтов закономерности экосистем и исследует потоки энергии, минеральных питательных веществ и видов между их составными частями, предоставляя важные знания для решения вопросов землепользования.

Организм-центрированная, многомасштабная топологическая экология (например, John A. Wiens): Явно отвергая взгляды, изложенные Troll, Zonneveld, Naveh, Forman & Godron и др., ландшафт и ландшафтная экология определяются независимо от человеческого восприятия, интересов и изменений природы. «Ландшафт» определяется – независимо от масштаба – как «шаблон», на котором пространственные закономерности влияют на экологические процессы. Точкой отсчета для определения ландшафта является не человек, а изучаемый вид.

Топологическая экология на ландшафтном уровне биологической организации (например, Urban et al.): На основе теории экологической иерархии предполагается, что природа функционирует на множестве масштабов и имеет различные уровни организации, входящие в структурированную, вложенную иерархию. В частности, утверждается, что над уровнем экосистемы существует ландшафтный уровень, который генерируется и идентифицируется высокой интенсивностью взаимодействия между экосистемами, определенной частотой взаимодействия и, как правило, соответствующим пространственным масштабом. Ландшафтная экология определяется как экология, которая фокусируется на влиянии пространственных и временных закономерностей на организацию и взаимодействие функционально интегрированных многовидовых экосистем.

Анализ социально-экологических систем с использованием естественных, социальных наук и гуманитарных дисциплин (например, Leser; Naveh; Zonneveld): Ландшафтная экология определяется как междисциплинарная наука, исследующая взаимосвязь между человеческими обществами и их специфической средой, используя не только различные естественные науки, но и социальные науки и гуманитарные дисциплины. Эта концепция основана на предположении, что социальные системы связаны со своей специфической окружающей экологической системой таким образом, что обе системы вместе образуют коэволюционное, самоорганизующееся единство, называемое «ландшафтом». Культурные, социальные и экономические аспекты обществ рассматриваются как неотъемлемая часть глобальной экологической иерархии, а ландшафты считаются проявленными системами «общей человеческой экосистемы» (Naveh), которая охватывает как физическую («геосферную»), так и ментальную («ноосферную») сферы. Экология, ориентированная на культурные значения ландшафтов (часто применяемая на практике, но не определенная, см., например, Hard; Trepl).

Важные термины

Ландшафтная экология не только ввела новые термины, но и использовала существующие экологические термины в новом контексте. Многие термины, применяемые в ландшафтной экологии, столь же тесно связаны и взаимозависимы, как и сама эта дисциплина.

Пейзаж

Конечно, «ландшафт» – это центральное понятие в ландшафтной экологии. Однако его определяют весьма по-разному. Например:
Эрнст Нееф Некоторые определяют «ландшафт» как территорию, включающую две или более экосистем, расположенных в тесном взаимодействии. Масштаб – это также пространственная или временная характеристика объекта или процесса.

Патч и мозаика

Термин "пач", основополагающий для ландшафтной экологии, определяется как относительно однородный участок, отличающийся от окружающей среды. Экоклина – это другой тип ландшафтной границы, но представляет собой постепенное и непрерывное изменение экологических условий экосистемы или сообщества. Экоклины помогают объяснить распределение и разнообразие организмов в ландшафте, поскольку определенные организмы лучше выживают в определенных условиях, которые изменяются вдоль экоклины. Они содержат гетерогенные сообщества, которые считаются более экологически устойчивыми, чем экотоны. Экотоп – это пространственный термин, обозначающий наименьшую экологически обособленную единицу при картографировании и классификации ландшафтов.

Теория

Теория ландшафтной экологии подчеркивает роль антропогенного воздействия на структуру и функционирование ландшафтов. Она также предлагает способы восстановления деградированных ландшафтов. Изменение климата – еще один ключевой фактор, определяющий направление современных исследований в области ландшафтной экологии. Экотоны, как базовый элемент в ландшафтных исследованиях, могут иметь важное значение для управления в условиях изменения климата, поскольку эффекты изменений, вероятно, проявятся в экотонах в первую очередь из-за неустойчивости приграничных местообитаний. Данное исследование анализирует градиенты в пространстве и времени между экосистемами центральных высокогорий для выявления взаимосвязей между закономерностями распространения животных и их средой обитания. Изучение ареалов животных и динамики растительности может дать представление об изменениях снежного и ледового покрова в долгосрочной перспективе на всей территории ландшафта. Другие исследования в ландшафтном масштабе утверждают, что антропогенное воздействие, вероятно, является основным определяющим фактором ландшафтной структуры на большей части планеты. Ландшафты могут служить заменой показателям биоразнообразия, поскольку растительный и животный состав различается в зависимости от участков, отобранных в разных ландшафтных категориях. Таксоны, или различные виды, могут "перетекать" из одной среды обитания в другую, что имеет последствия для ландшафтной экологии. По мере расширения практики землепользования человеком и увеличения доли краевых зон в ландшафтах, влияние этого переноса через края на целостность биоценозов может стать более значимым для целей охраны природы. Это объясняется тем, что таксоны могут сохраняться на ландшафтном уровне, даже если они не сохраняются на локальном уровне.

Моделирование изменения земель

Моделирование изменений земных покрытий – это применение ландшафтной экологии, предназначенное для прогнозирования будущих изменений в использовании земель. Модели изменений земных покрытий используются в городском планировании, географии, ГИС и других дисциплинах для получения ясного понимания динамики ландшафта. В последние годы значительная часть земной поверхности претерпевает быстрые изменения, будь то из-за вырубки лесов или расширения городских территорий.

Отношения с другими дисциплинами

Ландшафтная экология была включена в различные экологические поддисциплины. Например, она тесно связана с наукой об изменениях земных ландшафтов – междисциплинарной областью, изучающей изменения в землепользовании и землепокрыве и их влияние на окружающую среду. Другим недавним развитием стало более явное применение пространственных концепций и принципов к изучению озер, рек и водно-болотных угодий в рамках ландшафтной лимнологии. Морская ландшафтная экология – это применение принципов ландшафтной экологии к морским и прибрежным экосистемам. Кроме того, ландшафтная экология имеет важные связи с прикладными дисциплинами, такими как сельское и лесное хозяйство. В сельском хозяйстве ландшафтная экология предложила новые подходы к управлению экологическими угрозами, возникающими в результате интенсификации сельскохозяйственной деятельности. Сельское хозяйство всегда оказывало значительное воздействие на экосистемы. Ландшафтная экология признана одним из факторов, способствовавших развитию биологии рыб как самостоятельной дисциплины биологической науки, и часто используется при разработке методик для определения границ водно-болотных угодий в гидрологии. Наконец, ландшафтная экология оказала существенное влияние на развитие науки об устойчивом развитии и планирование устойчивого развития. Например, в недавнем исследовании устойчивая урбанизация в Европе оценивалась с использованием оценочных индексов, характеристик ландшафтов стран, а также инструментов и методов ландшафтной экологии. Ландшафтная экология также объединилась с популяционной генетикой, образовав область ландшафтной генетики, которая изучает, как особенности ландшафта влияют на структуру популяций и поток генов у популяций растений и животных в пространстве и времени, а также то, как качество промежуточного ландшафта, известного как «матрица», влияет на пространственную изменчивость. После введения этого термина в 2003 году, область ландшафтной генетики расширилась до более чем 655 исследований к 2010 году и продолжает развиваться. По мере того, как генетические данные становятся все более доступными, экологи все чаще используют их для ответа на новые эволюционные и экологические вопросы, многие из которых связаны с тем, как ландшафты влияют на эволюционные процессы, особенно в ландшафтах, измененных человеком, где наблюдается потеря биоразнообразия.