Tính ổn định và chức năng của hệ sinh thái

Việc các hệ sinh thái có khả năng chống chịu và phục hồi sau xáo trộn hay không, và cách đa dạng sinh học của chúng hỗ trợ các quá trình duy trì chúng, là những câu hỏi trọng tâm để hiểu về một thế giới đang thay đổi.

Definition

Tính ổn định và chức năng của hệ sinh thái liên quan đến khả năng của một hệ sinh thái trong việc duy trì các quá trình của nó và phục hồi sau xáo trộn, cũng như cách sự đa dạng và các đặc điểm của các sinh vật trong đó điều chỉnh các quá trình đó.

Scope

Chủ đề này bao gồm tính ổn định, khả năng phục hồi và chức năng của các hệ sinh thái: sự phân biệt giữa khả năng chống chịu, khả năng phục hồi và tính ổn định kỹ thuật so với tính ổn định sinh thái; mối quan hệ giữa đa dạng sinh học và chức năng hệ sinh thái; các đặc điểm chức năng và sự dư thừa; các trạng thái ổn định thay thế và sự chuyển đổi chế độ; và việc cung cấp các dịch vụ hệ sinh thái. Nó đề cập đến cách đa dạng ảnh hưởng đến năng suất và tính ổn định, cũng như cách các hệ sinh thái phản ứng với sự nhiễu loạn.

Core questions

• Khả năng chống chịu và khả năng phục hồi có ý nghĩa gì đối với các hệ sinh thái?
• Đa dạng sinh học ảnh hưởng đến năng suất và tính ổn định của hệ sinh thái như thế nào?
• Các trạng thái ổn định thay thế và sự chuyển đổi chế độ là gì?
• Các hệ sinh thái cung cấp các dịch vụ mà con người phụ thuộc vào như thế nào?

Key theories

Khả năng phục hồi và các trạng thái ổn định thay thế

Holling đã phân biệt khả năng phục hồi—khả năng hấp thụ xáo trộn và tái tổ chức trong khi vẫn duy trì chức năng—với tính ổn định cục bộ, và chỉ ra rằng các hệ sinh thái có thể sở hữu nhiều trạng thái ổn định được phân tách bởi các ngưỡng mà qua đó chúng có thể chuyển đổi đột ngột.

Đa dạng sinh học và chức năng hệ sinh thái

Các thí nghiệm cho thấy sự đa dạng loài và đa dạng chức năng lớn hơn có xu hướng làm tăng năng suất và ổn định các quá trình hệ sinh thái thông qua các hiệu ứng bổ sung và bảo hiểm, mặc dù cường độ của mối quan hệ này có thể thay đổi.

Mechanisms

Tính ổn định phát sinh từ cách một hệ sinh thái phản ứng với sự nhiễu loạn: khả năng chống chịu là mức độ mà các quá trình vẫn không thay đổi, trong khi khả năng phục hồi là tốc độ và năng lực phục hồi. Đa dạng có thể tăng cường chức năng khi các loài sử dụng tài nguyên theo những cách bổ sung hoặc khi một số loài có năng suất cao hơn, và có thể ổn định các thuộc tính tổng hợp thông qua hiệu ứng bảo hiểm, theo đó một tập hợp các loài đa dạng làm đệm cho chức năng khi điều kiện thay đổi. Các phản hồi phi tuyến tính mạnh mẽ có thể tạo ra các ngưỡng mà tại đó một áp lực nhỏ bổ sung có thể đẩy hệ thống vào một trạng thái tương phản và khó quay trở lại.

Clinical relevance

Những khái niệm này là nền tảng cho việc định giá và quản lý các dịch vụ hệ sinh thái, đánh giá mức độ mất đa dạng sinh học đe dọa độ tin cậy của hệ sinh thái, và dự đoán các sự chuyển đổi chế độ như phú dưỡng hồ hoặc sự sụp đổ của rạn san hô. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải là quy định quản lý.

History

Một cuộc tranh luận kéo dài về việc liệu sự phức tạp có tạo ra sự ổn định hay không đã được định hình lại bởi công trình lý thuyết của May vào những năm 1970 và khái niệm khả năng phục hồi của Holling vào năm 1973. Các thí nghiệm về đa dạng sinh học-chức năng hệ sinh thái do Tilman, Naeem và những người khác dẫn đầu vào những năm 1990 đã đưa câu hỏi này vào thực địa, và tư duy về khả năng phục hồi đã phát triển thành một khuôn khổ để quản lý các hệ thống xã hội-sinh thái.

Debates

Liệu sự đa dạng có tạo ra sự ổn định?

Việc liệu các hệ sinh thái đa dạng hơn có vốn dĩ ổn định hơn hay không đã bị tranh cãi sau khi May chỉ ra rằng các hệ thống phức tạp ngẫu nhiên có thể kém ổn định hơn; việc dung hòa lý thuyết với các thí nghiệm cho thấy sự đa dạng ổn định chức năng tổng hợp vẫn là một lĩnh vực đang được nghiên cứu tích cực.

Key figures

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

Seminal works

• holling1973
• tilman1997
• chapin2011

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa khả năng chống chịu và khả năng phục hồi là gì?

Khả năng chống chịu là mức độ một hệ sinh thái duy trì không thay đổi khi bị xáo trộn, trong khi khả năng phục hồi là tốc độ và mức độ phục hồi hoàn toàn sau đó; một hệ sinh thái có thể có khả năng này cao và khả năng kia thấp.

Sự chuyển đổi chế độ là gì?

Sự chuyển đổi chế độ là một sự tái tổ chức đột ngột, thường là dai dẳng của một hệ sinh thái sang một trạng thái khác, chẳng hạn như một hồ nước trong biến thành đục, xảy ra khi một ngưỡng bị vượt qua và rất khó đảo ngược.