ОЦІНКА ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ ЛУЧНИХ ЕКОСИСТЕМ НА ОСНОВІ ТРОФІЧНИХ МЕРЕЖ
Анотація
Екологічні мережі включають компоненти екосистеми (організми та неживі елементи середовища) та множинні взаємодії між ними, що служать для обміну речовин, енергії та інформації, створюючи складну структуру і поведінку екологічних систем. Організація трофічної мережі відображає структуру екосистеми і її функції. Вивчення екологічних систем у вигляді мереж дало поштовх до швидкого розвитку нового аналітичного підходу в екологічній науці під назвою "Мережевий аналіз", що призвело до розвитку значної кількості індексів щодо оцінки стану трофічних мереж. Однак, залишаються прогалини щодо взаємозв’язків між показниками трофічної мережі та станом екосистеми. Крім того необхідно визначити фонові значення (порогові, еталонні значення та стандарти) для даних індикаторів для того щоб застосувати результати Екологічного Мережевого Аналізу для менеджменту екосистем. Мета даної роботи – інтегрувати Екологічний Мережевий Аналіз та емпіричний порівняльний аналіз для оцінки стану лучних екосистем Чернівецької області. Результати наших досліджень показують, що більшість показників трофічних мереж позитивно корелюють один з одним та негативно корелюють з індексом синергізму трофічної мережі. Це доводить що дані показники різними методами відображають стан структурно-функціональної організації трофічної мережі. Визначивши взаємозалежності між показниками трофічних мереж та емпіричними параметрами екосистеми (а саме біомаса рослин, різноманіття комах, щільність великої рогатої худоби на луці, різноманіття угруповання грунтових мікроорганізмів, кислотність грунту та географічна локалізація екосистеми), продемонстровано роль кожного індексу трофічної мережі щодо стану екосистеми. Визначено фонові значення для кожного показника трофічних мереж досліджуваних лучних екосистем та оцінено відхилення даних показників від їх фонових значень. На основі цього для кожної з досліджуваних лучних екосистем встановлено її стан в порінянні з фоновим значенням.
Ключові слова: трофічна мережа лучна екосистема, стан екосистеми, фонове значення, Екологічний Мережевий Аналіз.
Посилання
Batagelj, V., Mrvar, A. 2010. Pajek. http://vlado.fmf.uni-lj.si/pub/networks/pajek/
Bersier, L.-F., Sugihara, G. 1997. Scaling regions for food web properties. Proc. Natl Acad. Sci. USA 94: 1247-1251.
Borgatti, S.P., Everett, M.G., 1993. Two algorithms for computing regular equivalence. Social Networks 15, 361−376.
Borgatti, S.P., Everett, M.G., Freeman, L.C., 2002. UCINET VI. Software for Social Network Analysis. Natick: Analytic Technologies.
Borrett, S.R. Osidele, O.O., 2007. Environ indicator sensitivity to flux uncertainty in a phosphorus model of Lake Sidney Lanier, USA. Ecol. Model. 200, 371–383.
Borrett, S.R., Whipple, S.J., Patten, B.C., Christian, R.R., 2006. Indirect effects and distributed control in ecosystems. Temporal variability of indirect effects in a seven-compartment model of nitrogen flow in the Neuse River Estuary (USA) – Time series analysis. Ecol. Model. 194, 178–188.
Capra Fritjof. 1996. The Web of Life: A New Synthesis of Mind and Matter. Hammersmith, London: HarperCollins.
Christensen, V., 1995. Ecosystem maturity–towards quantification. Ecol. Model. 77, 3–32.
Christian, R.R., et al., 2005. Role of network analysis in comparative ecosystem ecology of estuaries, in: Belgrano, A., Scharler, U.M., Dunne, J., Ulanowicz, R.E. (Eds.), Aquatic Food Webs, An Ecosystem Approach. Oxford University Press Inc., New York, pp. 25–40.
Cohen, J. E., F. Briand, and C. M. Newman. 1990. Community food webs: data and theory. Springer-Verlag, Berlin, Germany.
Cohen, J.E. 1978. Food webs and niche space. Princeton University Press, Princeton, New Jersey, USA.
Cohen, J.E., Briand, F., 1984. Trophic links of community food web. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 81, 4105–4109.
Cohen, J.E., F. Briand, 1984. Trophic links of community food webs. Proc. Natl Acad. Sci. 81, 4105–4109.
Elton, C. S. 1927. Animal Ecology. Sidgwick and Jackson, London.
Fath, B.D., 2004. Network analysis applied to large-scale cyber-ecosystems. Ecol. Model. 171, 329–337.
Fath, B.D., 2007. Network mutualism, positive community-level relations in ecosystems. Ecol. Model. 208, 56–67.
Fath, B.D., Borrett, S.R., 2006. A MATLAB function for network environ analysis. Environ. Model. & Soft. 21, 375−405.
Fath, B.D., Patten, B.C., 1998. Network synergism, emergence of positive relations in ecological systems. Ecol. Model. 107, 127–143.
Fath, B.D., Patten, B.C., 1999. Review of the foundations of Network Environ Analysis. Ecosystems 2, 167–179.
Fath, B.D., Patten, B.C., 2001. A progressive definition of network aggradation, in: Ulgiati, S., Brown, M.T., Giampietro, M., Herendeen, R.A., Mayumi, K. (Eds.), Proceedings of the Second International Workshop on Advances in Energy Studies, Exploring Supplies, Constraints and Strategies. May 23–27, 2000, Porto Venere, Italy, pp. 551–562.
Finn, J.T., 1976. Measures of ecosystem structure and function derived from analysis of flows. J. Theor. Biol. 56, 363–380.
Fonseca, C.R, John, J.L., 1996. Connectance, a role for community allometry. Oikos 77, 353–358.
Gardner, M.R., Ashby, W.R., 1970. Connectance of large (cybernetic) systems, critical values for stability. Nature 228, 784.
Han, B.P., 1997. On several measures concerning flow variables in ecosystems. Ecol. Model. 104, 289–302.
Hannon, B., 1973. The structure of ecosystems. J. Theor. Biol. 41, 535–546.
Havens, K.E., 1992. Scale and structure in natural food webs. Science 257, 1107–1109.
Higashi, M., Patten, B.C., 1989. Dominance of indirect causality in ecosystems. American Naturalist 133, 288−302.
Higashi, M., Patten, B.C., 1986. Further aspects of the analysis of indirect effects in ecosystems. Ecol. Model. 31, 69–77.
Johnson, S.C., 1967. Hierarchical clustering schemes. Psychometrika 32, 241−253.
Kazanci, C., 2007. EcoNet: A new software for ecological modeling, simulation and network analysis. Ecol. Model. 208, 3–8.
Kazanci, C., Matamba, L., Tollner, E.W., 2009. Cycling in ecosystems: An individual based approach. Ecol. Model. 220, 2908−2914.
Leontief, W.W., 1936. Quantitative input-output relations in the economic system of the United States. Rev. Econ. Stat. 18, 105–125.
Leontief, W.W., 1966. Input-Output Economics. Oxford University Press, London / New York.
Lewes, G.H. 1875. Problems of Life and Mind (First Series), 2, London: Trübner
Link, J.S. 2005. Translating ecosystem indicators into decision criteria. ICES Journal of Marine Science 62, 569–576.
Luczkovich, J.J. et al., 2003. Defining and Measuring Trophic Role Similarity in Food Webs Using Regular Equivalence. J. Theor. Biol. 220(3), 303−321.
Martinez, N.D. 1992. Constant connectance in community food webs. The Amer. Natur. 139, 1208–1218.
Matis, J.H., Patten, B.C., White, G.C. (Eds.), 1979. Compartmental Analysis of Ecosystems Models. International Co-operative Publishing House, Fairland, Maryland, USA.
May, R.M., 1972 Will a large complex system be stable? Nature 238, 413–414.
May, R.M., 1973. Stability and complexity in model ecosystems. Princeton Univ. Press.
Morris, J.T., Christian, R.R., Ulanowicz, R.E., 2005. Analysis of size and complexity of randomly constructed food webs by information theoretic metrics, in: Belgrano, A., Scharler, U.M., Dunne, J., Ulanowicz, R.E. (Eds.), Aquatic Food Webs, An Ecosystem Approach. Oxford University Press Inc., New York, pp. 73–85.
Patrício, J. et al., 2004. Ascendency as an ecological indicator: a case study of estuarine pulse eutrophication. Estuarine, Coastal and Shelf Science 60, 23–25.
Patten, B.C., 1978. Systems approach to the concept of environment. Ohio Journal of Science 78, 206–222.
Patten, B.C., 1981. Environs: the super niches of ecosystems. American Zoology 21, 845–852.
Patten, B.C., 1982. Environs: relativistic elementary particles for ecology. American Naturalist 119, 179–219.
Patten, B.C., 1991. Network ecology, indirect determination of the life-environment relationship in ecosystems, in: Higashi, M., Burns, T. (Eds.), Theoretical Studies of Ecosystems, The Network Perspective. Cambridge University Press, New York, pp. 288–351.
Patten, B.C., 1992. Energy, emergy and environs. Ecol. Modell. 62, 29–69.
Samuelson, P.A., 1948. Economics: An Introductory Analysis. McGraw–Hill Book Co., New York.
Schramski, J.R, Kazanci, C, Tollner, E.W., 2010. Network environ theory, simulation and EcoNet 2.0. Environ. Model. Softw. 26, 419–428.
Shannon, C.E., 1948. A mathematical theory of communication. Bell System Tech. J. 27, 379–423.
Ulanowicz, R.E., 1986. Growth and Development, Ecosystems Phenomenology. Springer-Verlag, NY.
Ulanowicz, R.E., 1997. Ecology, the Ascendant Perspective. Columbia University Press, NY.
Ulanowicz, R.E., Jorgensen, S.E., Fath, B.D., 2006. Exergy, information and aggradation: An ecosystems reconciliation. Ecol. Model. 198, 520–524.
Winemiller, K.O., 1990. Spatial and temporal variation in tropical fish trophic networks. Ecol. Monog. 60, 331–367.
Yodzis, P., 1980. The connectance of real ecosystems. Nature 284, 544–545.
Zvagyncev, D. G., Kurakov, A. B., Fylip, Z. 2000. The changes of heterotrophic microorganism complex in case of Pb contamination of soddy podzolic soil. Pedology 12: 1448−1456.
