Ökosystemstabilität und -funktion

Ob Ökosysteme Störungen widerstehen und sich davon erholen können und wie ihre Biodiversität die Prozesse unterstützt, die sie aufrechterhalten, sind zentrale Fragen für das Verständnis einer sich wandelnden Welt.

Definition

Ökosystemstabilität und -funktion betreffen die Fähigkeit eines Ökosystems, seine Prozesse aufrechtzuerhalten und sich von Störungen zu erholen, sowie die Art und Weise, wie die Vielfalt und die Merkmale seiner Organismen diese Prozesse steuern.

Scope

Dieses Thema behandelt die Stabilität, Resilienz und Funktionsweise von Ökosystemen: die Unterscheidung zwischen Resistenz, Resilienz und technischer versus ökologischer Stabilität; die Beziehung zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktion; funktionelle Merkmale und Redundanz; alternative stabile Zustände und Regimewechsel; sowie die Bereitstellung von Ökosystemleistungen. Es wird untersucht, wie Diversität die Produktivität und Stabilität beeinflusst und wie Ökosysteme auf Störungen reagieren.

Core questions

• Was bedeuten Resistenz und Resilienz für Ökosysteme?
• Wie beeinflusst die Biodiversität die Produktivität und Stabilität von Ökosystemen?
• Was sind alternative stabile Zustände und Regimewechsel?
• Wie erbringen Ökosysteme die Leistungen, von denen der Mensch abhängt?

Key theories

Resilienz und alternative stabile Zustände

Holling unterschied Resilienz – die Fähigkeit, Störungen zu absorbieren und sich neu zu organisieren, während die Funktion erhalten bleibt – von lokaler Stabilität und zeigte, dass Ökosysteme mehrere stabile Zustände besitzen können, die durch Schwellenwerte getrennt sind, über die sie abrupt wechseln können.

Biodiversität und Ökosystemfunktion

Experimente zeigen, dass eine größere Arten- und Funktionsvielfalt tendenziell die Produktivität erhöht und Ökosystemprozesse durch Komplementaritäts- und Versicherungseffekte stabilisiert, obwohl die Stärke der Beziehung variiert.

Mechanisms

Stabilität ergibt sich aus der Reaktion eines Ökosystems auf Störungen: Resistenz ist der Grad, in dem Prozesse unverändert bleiben, während Resilienz die Geschwindigkeit und Kapazität der Erholung ist. Diversität kann die Funktion verbessern, wenn Arten Ressourcen komplementär nutzen oder wenn einige produktiver sind, und kann aggregierte Eigenschaften durch den Versicherungseffekt stabilisieren, wobei eine vielfältige Gruppe von Arten die Funktion bei wechselnden Bedingungen abpuffert. Starke nichtlineare Rückkopplungen können Schwellenwerte schaffen, bei denen ein kleiner zusätzlicher Stress das System in einen kontrastierenden Zustand kippt, der einer Rückkehr widersteht.

Clinical relevance

Diese Konzepte untermauern die Bewertung und das Management von Ökosystemleistungen, die Einschätzung, wie der Verlust der Biodiversität die Zuverlässigkeit von Ökosystemen bedroht, und die Antizipation von Regimewechseln wie der Eutrophierung von Seen oder dem Kollaps von Korallenriffen. Dies ist ein Bildungskontext, keine Managementvorschrift.

History

Eine lange Debatte darüber, ob Komplexität Stabilität erzeugt, wurde durch Mays theoretische Arbeit in den 1970er Jahren und Hollings Resilienzkonzept im Jahr 1973 neu formuliert. Experimente zur Biodiversität und Ökosystemfunktion, die von Tilman, Naeem und anderen in den 1990er Jahren durchgeführt wurden, brachten die Frage ins Feld, und das Resilienzdenken entwickelte sich zu einem Rahmen für die Verwaltung sozio-ökologischer Systeme.

Debates

Erzeugt Diversität Stabilität?

Ob vielfältigere Ökosysteme von Natur aus stabiler sind, wurde bestritten, nachdem May zeigte, dass zufällige komplexe Systeme weniger stabil sein können; die Vereinbarung der Theorie mit Experimenten, die zeigen, dass Diversität die Gesamtfunktion stabilisiert, bleibt ein aktives Forschungsgebiet.

Key figures

• C. S. Holling
• Robert May
• David Tilman
• Shahid Naeem

Seminal works

• holling1973
• tilman1997
• chapin2011

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Resistenz und Resilienz?

Resistenz beschreibt, wie stark ein Ökosystem bei einer Störung unverändert bleibt, während Resilienz angibt, wie schnell und vollständig es sich danach erholt; ein Ökosystem kann in dem einen hoch und in dem anderen niedrig sein.

Was ist ein Regimewechsel?

Ein Regimewechsel ist eine abrupte, oft dauerhafte Reorganisation eines Ökosystems in einen anderen Zustand, wie zum Beispiel ein klarer See, der trüb wird, die auftritt, wenn ein Schwellenwert überschritten wird und schwer umkehrbar ist.