的目的意义和使用物理生态工程的概念

克莱夫·g·琼斯和豪尔赫·l·古铁雷斯

1.1 -介绍

有实质性增长的兴趣物理的概念生态系统工程自出版以来,生物的琼斯等人。1994年和1997年。概念无疑催化新案例研究、方法、建模、泛化和合成(看到评论Lavelle et al . 1997;骗子2002;科尔曼和威廉姆斯2002;古铁雷斯et al . 2003;2004年赖特和琼斯,2006;2个et al . 2006;Caraco et al . 2006;古铁雷斯和琼斯2006;Jouquet et al . 2006; Moore 2006; Hastings et al. 2007; also see Table 1.1). However, the concept has also generated controversy and uncertainty over meaning, usage, and purpose (e.g., Jones et al. 1997b; Power 1997a, 1997b; Reichman and Seabloom 2002a, 2002b; Wilby 2002), reflected in the following questions. Don't all organisms change the environment? Aren't all organisms therefore生态系统工程师吗?如果是这样,不是过于宽泛的概念是有用的?工程师总是没有大的或大规模的影响?工程师不应该局限于物种影响大?工程师和关键物种不一样吗?不是工程相当于便利或积极的影响?不是过于简化论的方法?我们为什么需要这个概念吗?我们如何使用它呢?

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表1.1说明了使用物理生态工程的概念。

概念上的应用

引用

种群动态

当生存依赖于栖息地的修改与动态创建补丁入侵

社区组织

对群落结构的影响

物种之间的相互影响和改变资源可用性或非生物压力

物种分布模式

在非生物梯度物种变化的反应

环境异质性和物种多样性在补丁和景观尺度

解析物种影响到营养(assimilatory-dissimilatory)和nontrophic贡献结构遗产和社区组织在化石物种多样性社区对社区组织预测评估影响缀块丰富的效果

生态系统过程

控制生态系统之间物质通量

生物地球化学异质性的一般因素与状态因素的集成

保护、恢复和管理

全球变化对土壤持久性场景支持的濒危物种的物种多样性通过生境的多样性

概念模型的管理和保护濒危物种评价非生物修复选项

格尼和劳顿1996

赖特et al . 2004 Cuddington和黑斯廷斯2004

2004年1996年雀斑,雀斑和泰勒,古铁雷斯和Iribarne 1999古铁雷斯和Iribarne 2004,

Daleo et al . 2006年Escapa et al . 2004年,Jouquet et al . 2004年克雷恩2005年Bertness,莱特等。2006年,Badano Cavieres 2006 b赖特et al . 2002, 2003, 2006;莉儿和侯爵2003;Badano Cavieres 2006 a, 2006 b

骗子和Khim 1999, Wilby et al . 2001

古铁雷斯和Iribarne 1999

Parras Casadio 2006 Badano et al . 2006怀特和琼斯2004

Caraco et al . 2006年,del-Val et al . 2006年,古铁雷斯et al . 2006

古铁雷斯和琼斯2006琼斯等人。2006

Lavelle et al . 1997 Pintor Soluk 2006 Bangert和Slobodchikoff 2006 Goubet et al . 2006

拜尔斯et al . 2006

不确定性,misconstrual误会阻碍科学进步,但由于没有概念是天生的充分发展,他们也证明澄清。概念,最终不能充分明确地定义为操作应该消失。进一步,而不是一个理论概念,它是理论构建的基础,基础必须牢固,如果有任何愿望理论发展(皮科特et al . 1994年)。中概述的问题显然琼斯et al。(1994)请求理论发展。

这里我们提出一个视角的选择方面的目的,意义,和使用的概念,包括一些新的想法,一些澄清,和具体化。我们简要描述域、通用和组件的概念。然后我们定义两个耦合的、直接的相互作用组成的生态系统工程——物理生态工程过程负责非生物的变化,生物和物理生态工程结果地址非生物变化的影响。我们澄清“生态系统”的含义在生态系统工程师。我们处理过程普遍存在的原因和如何导致一般的预期结果。我们检查上下文相关的工程师效应大小的变化的来源和意义和需要已知的预测效果。我们定义条件可检测的工程效果和条件影响大,所有其他因素不变的情况下(即。其他条件不变)。我们反对不合并的过程和结果。我们说明,明确考虑影响物理生态工程可能会或可能不会需要,指出概念已被用于什么,并建议一般主题可能是有用的。我们最后评论概念宽度与效用,对物种相互作用的看法是反映在这个概念。 Our overall intent is conceptual clarification and amplification.

1.2 -定义

概念域、通用和组件

物理生态工程所定义的琼斯et al。(1994年,1997年;表1.2)是一种特殊形式的非生物环境改造生物,通常,但不总是,对生物群及其交互作用的影响。非生物环境变化发生由于生物的物理结构或通过生物造成生命和非生命物质的物理结构变化的材料。这些非生物的变化可以影响生物,包括工程师。生物的影响

6我«历史和定义生态系统工程表1.2定义的物理生态工程。

琼斯等人。1994年:“生态系统工程师生物直接或间接调节资源的可用性(除了自己)到其他物种造成物理状态的变化生物或非生物材料。这样做他们修改,维护和/或创建的栖息地。直接提供的资源通过有机体其他物种,活的还是死的形式组织不是工程。”

琼斯等人。1997年:“物理生态系统工程师生物直接或间接控制其他生物资源的可用性,导致生物或非生物材料物理状态的改变。生物物理生态工程的物理改性,维护或创建的栖息地。生态工程师对其他物种的影响发生在几乎所有的生态系统,因为直接创建物理状态变化等非粮食资源生存空间,直接控制非生物资源,和间接调节非生物的力量,反过来,影响其他生物资源使用。营养的相互作用,即。、消费、分解和资源竞争不是工程。”

物理生态工程过程:生物的,结构介导的变化分布,丰富,能源和原材料的成分引起的非生物环境独立或不考虑改变由于同化和异化。

生态系统工程的后果:非生物因素影响因工程师控制独立或无论使用或发生影响的非生物因素对生物的工程师或工程师的参与互动,尽管这些都能影响工程师和工程活动。

“生态系统”在生态系统工程:生命和非生命物质的相互作用。因此,生态系统指的是生物工程过程的非生物和非生物的生物工程的后果。

讨论看文本和引用的引用。

包括生物、人口、社区、生态系统和景观和可以集成通过思考物理生态工程的创建、修改、维护、和栖息地的破坏。概念因此地址一些但不是全部的生物可以改变非生物环境及其后果。

这个概念是包含各种不同的开发和生态现象常被不解决的历史生态营养关系(即的焦点。、捕食、资源竞争、食物网、能源流,养分循环等)。生态学家们长期以来一直熟悉许多例子(见第二章,布赫曼)。一些专业领域在生态学和其他门徒强调某些方面(如海洋沉积物生物扰动作用,哺乳动物的土壤扰动,地貌)。然而,从生态教科书就是明证遗漏,正式承认和研究的一般过程及其后果没有生态科学的核心。所以论文的主要目的(琼斯等人。1994年,1997年)是关注这个过程的普遍性和重要性及其后果,提供一个综合的一般框架,制定临时出于一研究议程,并给它一个名字。

地址概念的结合影响两个耦合的直接交互。首先是生物的方式改变非生物研究物理生态工程过程。第二个是这些非生物的变化如何影响biota-ecosystem工程后果。揭示了重要的界定标准的区别是什么,而不是物理生态工程、公开上下文依赖性提高预测效果大小的影响和意义,并帮助澄清的目的概念和一个如何使用它。在以下文本之前我们检查这两个组件交互简要地将它们与整体的概念。

在物理生态工程过程

物理生态工程过程可以被定义为:有机造成结构介导的变化分布,丰富,能源和原材料的成分引起的非生物环境独立或不考虑改变由于同化和异化。

“有机造成”过程有别于纯粹的非生物(即力量。、气候和地质过程)功能类似物时改变相同的非生物变量。风和大象都连根拔起树创建可翻起的土堆。有机体的因果关系也调用潜力在空间和时间上的差异产生的非生物环境与纯粹的非生物部队相比,即使意味着非生物的变化是相同的(cf Reichman Seabloom 2002 a)。大象和风力都可能撞倒树,但是需要不同的因素来预测何时何地可能发生此类事件(皮科特et al . 2000年)。

“结构介导的变化”反映了要求通过结构性变化(即非生物变化出现。、物理状态改变、琼斯等人。1994年,1997年)。这可以发生autogenically生物体的结构,或者allogenically生物使生命或非生命物质的结构材料(琼斯等人。1994)。因此如果没有结构性变化没有物理生态工程过程。这个需求区分从其他生态过程,这个过程可能有相同的非生物效应(例如,增加氮在水生无脊椎动物的洞穴可以结果从无脊椎动物排泄和增加氧气供应,控制微生物矿化,通向1988),或同一整体生物响应(例如,大型植物增长的洞穴,Bertness 1985)。

固有的结构性中介而不是显式的定义是识别结构有一定程度的持久性。死auto-genic工程师和外源的工程结构遗产留下伴随的非生物效应,持久的遗产作为一个函数构造的耐用性和非生物和生物因素导致他们消失(琼斯等人。1994年,黑斯廷斯et al . 2007年)。

”分布,变化丰富,能源和材料组成的非生物环境”是最通用的描述非生物的影响。这种影响不是独特的工程过程。地貌结构可以有类似的非生物效应(如岩石和树木都投阴影),以及文本后,讨论了有机材料吸收和释放会导致类似的非生物的变化。然而,在一个结构背景下,生态系统工程包括有机体的结构改变(例如,一个洞穴,叶子与毛毛虫,蚯蚓垃圾葬礼),与结构的相互作用,各种形式的动能(如水文衰减的海狸水坝),非生物的后果等动力相互作用(例如,沉降大坝),和互动的有机体的结构和动能的生物(例如,穴居多毛类抽水通过身体运动,埃文斯1971)。为进一步讨论其中的一些关系,看到古铁雷斯和琼斯2006年。

最后,要求非生物变化发生“独立或不考虑变化由于同化和异化”区分的工程过程变化造成的普遍过程有机吸收(光、水、营养物质、其他矿物质,O2, CO2、微量气体,有机化合物)和释放(碳和营养的垃圾,伍迪碎片,粪便、尿液和尸体;水、氧气、二氧化碳、微量气体,H +,其他有机和无机化学)。因为物理生态工程过程可能导致改变能源和物质流(例如,水动能势能海狸蓄水和沉降的悬浮材料),这些可以包括化学变化(例如,海狸池塘基准地球化学氧化还原的影响,由于减少了水体氧交换),这部分的定义是必要的和重要的限定符non-assimilatory和nondissimilatory(或“nontrophic”)任何非生物效应的基础。

值得进一步探索我们所说的“独立或没关系,”因为它通知工程过程开始和结束的地方。“独立”的背景下,我们的定义,意味着有许多其他生命流程无关或相关只有非常远侧地同化和异化,导致结构和非生物environment-growth变化,避免捕食者和压力,运动,等等,不一而足。例子包括风力衰减由树木、巢和窝点,保护动物,由大型动物的蹄印和小径。

“没关系,”在我们的定义中,意味着许多有机体的不同程度相关的活动与同化和异化的转移也有结构的影响对非生物的影响发生无论任何转移的影响。例如,落叶影响土壤气交换和雨水飞溅影响无论它作为资源的分解者的角色(Facelli和皮科特1991)。树木投下阴影,部分因为他们吸收光子(吸收),部分原因是,像任何物理结构,他们吸收和反映光子(工程)。沙漠豪猪总是挖土壤以灯泡(Shachak et al . 1991);土壤影响发生无论消费但总是与它相关联的。影响昆虫的落叶下木物理环境(例如,多恩和麦克马纳斯1981)取决于消费金额(连同现存树冠结构和外在非生物条件)但是无论发生影响树木通过蛀屑、毛毛虫、变造的养分循环。assimilation-dissimilation必须发生的焦点不是独立于工程过程中,尽管在前文本通常是独立的,但任何同现需要如果我们要调用的区别工程或assimilation-dissimilation作为非生物变化的因果解释。

生态系统工程的后果

非生物变化的起点是由于工程过程的结果。而值得单独研究(例如,侵蚀、水文、沉降,成土作用,热量平衡,身体的气体交换,等等),他们一定支撑所有的后果我们现在关注的生物群及其交互。我们可以广泛地定义如下结果:非生物因素影响因工程师控制独立或无论使用或发生影响的非生物因素对生物的工程师或工程师的参与互动,尽管所有这些会影响工程师和工程活动。

“控制”(调制等效)类似于一个水龙头在管;流管理独立或不考虑水使用。因此海狸水坝控制水文和洪水和干旱的影响(乃et al . 1988年),而死去的软体动物贝壳控制生活空间,enemy-free空间和非生物胁迫(古铁雷斯et al . 2003年)。术语控制有助于区分工程从任何其他对生物的影响及其交互影响的工程师通过其他类型的生态相互作用(例如,非生物资源和直接吸收资源竞争;作为捕食者,猎物,传粉者,或分散剂)。

“非生物因素”是缩写的大量非生物生态学家对生物群及其交互影响非常熟悉。这是承认不同有机体是负责非生物改变通过结构性变化,但没有非生物变量的类型是不同的。他们如下:可消耗的能源和材料(如光、营养、水);非自耗的资源(例如,生存空间,敌人——或者competitor-free空间);直接非生物和非生物约束或支持包括对生物体的影响(例如:温度、盐度、风、氧化还原)和影响信息交换或线索所使用的生物(例如,声衰减或放大、温度、光的质量)。

的第一部分定义(“非生物因素影响因工程师控制”)包含了一个重要的声明但以来的物种及其交互作用的敏感性不同非生物,工程师将上下文依赖的程度影响非生物工程造成的变化过程和非生物的程度限制,约束,或实施经验丰富的物种。这种上下文依赖适用于直接影响非生物物种(如困径流水植物生长,埃尔德里奇et al . 2002年)和非生物影响物种交互(例如,engineer-altered资源如何影响植物竞争,Shachak et al . 1991;聚集地可能如何影响捕食交互,例如,Usio和汤森2002)。

后者的一部分定义(“这发生。工程活动”)认可的潜在重要性工程反馈工程师和其他生物的相互作用对工程活动的影响。也强调工程师和其工程效果之间的关系根本上是没有不同于工程师对其他物种的影响,即。,通过控制非生物因素产生影响。再次,它排除了任何其他类型的生态互动,工程师可能与其他生物,同时认识到如果这些其他交互影响工程师密度,工程活动,和结构变化,他们可以影响非生物变化的程度和类型。

结合工程过程和结果

给定一个适当的广泛解释栖息地包括所有相关非生物方面的地方以及一些生物效应,过程和结果可以有效地结合到认识到物理生态工程是生物的,结构介导栖息地变化,符合的定义琼斯et al .(1994年,1997年)。

我们认为生态系统工程的定义过程和结果增强身体的整体定义生态系统工程,帮助提供明确的界定标准是什么,它不是什么。没有根本改变的目的或意义的概念,希望只是照明。稍后我们展示,这种集体告知预期效应大小和意义,以及如何使用这个概念。

在生态系统的“生态系统”工程

我们不会进入这个词的意思工程师。当然在概念定义和重复地对待,这问题已经充分讨论(1997,1997 b;琼斯等人。1997 b;怀特和琼斯2006)。然而,我们将做一个简短的评论“生态系统”在生态系统工程师。有些人解释作为大规模或广泛的含义。然而,意义来源于Tansley (1935)。他的生态系统的定义是独立的大小。一个生态系统是大或小,但总是一个地方的生活和无生命的交互(比作1992年,皮科特和Cadenasso 2002)。因此这里的“生态系统”是指biotic-abiotic-biotic交互代表工程过程对非生物(生物)和结果(非生物在生物)。 Certainly, some engineers can affect the functioning of large areas (e.g., oyster reef influences on estuarine flows and sedimentation, Ruesink et al. 2005; tsunami attenuation by mangrove forests, Kathiresan and Rajendran 2005), but they often have local effects (e.g., animal burrow, woodpecker hole, phytotelmata, birds nest). So, although the spatial scale of engineering is an interesting and important topic (e.g., see Hastings et al. 2007), it is neither a defining feature of the concept, nor the meaning of the word ecosystem in the concept.

1.3 -过程无处不在

都是生物物理生态工程过程能力吗?基于过程的定义和物理的第一原则,答案是几乎可以肯定是的所有独立生存的生物,尽管这显然不能被经验证实。所有物理结构与动能(即交互。,辐射光、热、声音;带电液体水、空气和其他气体)。生命体与非生命体并不在这方面根本不同。所有的独立生存的生物物理结构(自生)。许多改变周围环境的物理结构(同种异体的)。一些,比如bioturbators也产生动能的结构修改环境(同种异体的)。所有这些结构插入非生物流的动能。物理告诉我们,这些结构必须影响和受到影响的流动,导致某种程度的能量转换和能量的再分配液体和他们可能包含的材料。 Given sufficiently accurate and diverse measurement instrumentation, it is a reasonable bet that all structures will result in some detectable change in one or more abiotic variables. A bird's nest affects local turbulent airflow, and mobile animals cast temporary shade, even though these almost certainly have no broader significance. So in this sense the physical ecosystem engineering process is an extended property of life. This should not be a blinding revelation, but then, nor is the fact that all free-living organisms also necessarily change the abiotic environment via the uptake and release of energy and materials.

生物因此不能物理工程,除非他们直接导致结构性变化在一个非生物环境。所以,显然忽略了琐碎的(例如,阴影投下移动的动物),因此,如果不引起这种变化不是工程;如果他们不是独立生存的他们不能工程师(cf托马斯et al . 1998年)。我们期待更大的能力影响当生物体或让持久的而不是短暂的结构(琼斯et al . 1997年)。Organ-ismally创建结构大相对于非生物环境经历了由其他生物群可能更有影响力(如森林、温和1992;蓄水池在树洞或phytotelmata,鱼1983;叶子与毛毛虫,莉儿和侯爵2003)比那些相对较小(例如,草阴影对大型哺乳动物)的影响。小的自发的工程师可能需要大量的(如藻类,汤森et al . 1992年)或聚合成较大的结构(例如,微生物生物膜,Battin et al . 2003年)有大型非生物效应。似乎合理的假设同种异体的工程师要么有大人均效应(如蚯蚓,达尔文1890年,Lavelle et al . 1997年)和/或被众多(如白蚁、俱乐部等。1998年,Jouquet et al . 2006年)造成实质性的非生物变化(琼斯等人。1994年,1997年)。

虽然前面的有些信息,显然不足以预测非生物变化将发生什么,他们会多大,或者生物意义可能是问题我们转向下一个。

1.4 -影响大小和意义

无处不在的生命过程并不等同于重要性的普遍性。我们应该认为物理生态工程过程往往没有结果,以同样的方式,能源和材料吸收和释放的许多生物在生态系统不理解能量流的核心,养分循环,或者食物网动力学。也就此而言是普遍性现象学解雇的原因。一些物理工程是重要的,就像能源和材料的吸收和释放一些生物体是很重要的。挑战在于确定是什么使之间的差异显著,微不足道。

答案是这取决于上下文,我们认为物理生态工程的分离过程和结果可以帮助解决这个上下文依赖性。首先,定义的过程,不可能有非生物效应,因此没有生物的后果,没有结构性变化。其次,鉴于结构性变化,根据非生物变量(s)(即非生物感兴趣的选择和基线条件。结构修改的状态),可测量的非生物可能会或可能不会发生变化,根据结构形式和非生物环境。的物理性质与动能的物理结构和交互是预测这种影响的中心。第三,鉴于一些可检测非生物效应,改变可能是一样的,或更大或更小,那些由其他力量(即引起的。,纯粹的非生物或assimi-latory-dissimilatory)。进一步,正如前面提到的,这种非生物效应的空间或时间动态可能相同或不同于其他部队。因此我们可以判断的重要性方面的工程过程动态变化的相对效应大小和非生物由于这些其他力量作用于相同的非生物变量(s)。第四,一些非生物的变化,我们应该期望是否会有生物的后果取决于程度的非生物变化(大小和方向)和生物群的敏感性或交互这个非生物变量的限制,限制或支持。理解物种敏感性相对于基线非生物条件可以用来预测特定的反应。 Finally, given some abiotic effect on some biotic response variable of interest, we can judge the relative import of the engineering in comparison to other forces (abiotic or other types of biotic interactions) affecting the same biotic response variable.

前面的依赖项允许一个非常精确的定义物理生态工程什么时候有生物效应。如果有机体导致结构性变化,结果在一个非生物变化大于或造成不同于其他非生物或生物的力量;如果生物敏感程度或类型的非生物变化;如果这些非生物的生物反应变化大于那些由于其他生物力在同一生物响应变量;然后会有一个探测工程的效果。如果其中任何一个条件不,不会有可探测的效果。它遵循物理工程的生物导致非生物变化影响的高度敏感的生物,没有其他影响(即。其他条件不变)有很大影响。

在前面的分析确定上下文依赖的主要来源以及如何解决这些问题,从理论和实证两方面很明显,我们应该期待,总的来说,物理生态工程通过生物可以没有影响,或积极或消极的影响;从小型到大型,任何影响会有所不同(琼斯等人。1994年,1997年)。这种考虑表明它可能是不明智的合并过程和结果没有明确相应的语句的条件。

作为生态学家,我们试图预测和解释的重要。我们怀疑任何人都可以得到一个动荡的缺乏影响发表的论文将在树冠燕窝气体交换,或缺乏阴影投下移动动物对植物生长的影响。科学家们知道如何避免琐碎,所以我们不担心,文学将会被这样的论文。然而,我们非常担心相反的趋势,合并工程过程和结果的语句仅相当不合适的语句的条件。

我们注意到一种不健康的倾向的文学等未指明的结合,我们认为这是一个危险的偏离这个概念的意义和目的,严重削弱了它的价值。因此我们也不迷恋的语句,可以理解为相当于以下说:所有工程师有很大影响;或工程师应该限制那些有很大影响;或关键物种和工程师都是相同的;工程师们大多是积极的或facilita-tive效果。基于最初的论文讨论这些问题

(琼斯等人。1994年,1997年),其他论文指出同样的问题(2个et al . 2006年,古铁雷斯和琼斯2006年,Wilby 2002,怀特和琼斯2006),和前面的考虑,我们认为这样的声明在科学上都站不住脚的经验(例如,怀特和琼斯2004)和理论依据,除非他们是伴随着明确的条件说明。这样无条件语句episte-mologically相当于说捕食总是大猎物密度的影响;或者我们只能称之为“捕食者”如果它有一个大的效果;或者捕食者总是消极地影响猎物density-statements我们不知道普遍真实的(例如,亚当斯等人。1998年,1991年施特劳斯,Wooton 1994)。

物理生态工程是一个过程,可能有重大的后果给某些附加条件中列出前文本。我们一样关心任何人能够预测哪些物种将重要的工程师和和他们的影响有多大;这是中央的概念有助于理论的挑战。我们已经知道生物的活动,改变结构不同,结构不同,基线非生物环境的不同,产生的非生物变化不同,而物种不同非生物因素的敏感性。我们认为可以满足这个挑战未指明的合并,从而消除了因果关系的变化的来源。生态的结果往往是上下文相关的。小被忽略了这个在我们追求总体的理解。

概念存在并使用一些不应该强制别人使用它,它也不应该是不必要的在某些情况下排除考虑其效用。我们也不应该,因为作者试图禁止使用;这是我们对创造力和假定上帝诅咒所缺乏的。相反,我们将说明一些情况下当明确考虑物理生态工程可能不需要,尽管它可能影响,简要指出概念已被用于什么,和做一些建议对于一般的话题可能特别有用。

许多非生物环境影响生态问题可以回答以给定的或治疗的非生物为随机变异。我们不需要考虑工程如果非生物测量作为一个独立的变量,我们没有关于因果关系推理。如果非生物不测量,任何假设和结论基于独立非生物状态或动态,或治疗随机非生物变异,违反工程。这是因为非生物环境的时空动态,以某种方式反映工程师和工程活动的影响因素。如果工程可以合法被视为一个外部性(即。,没有工程师反馈),非生物仍然可以作为一个给定的,即使它是“制造”的工程师,再次提供测量和提供任何假设,其生物群的动力学是独立的。如果工程师不是一个外部性系统,然后工程必须显式地考虑是否将一个函数的程度工程反馈工程师和结构遗产改变动力学。例如,如果非生物总是改变了相同的方式,相同的程度在同一空间和时间尺度的工程师,然后工程可能陷入presence-density工程师。

吝啬表明其他现存的模型或概念可以作为好或比工程在某些情况下,即使工程负责观察效果。例如,植物阴影,部分(参见前面的文本),一个工程过程控制的树冠架构,叶面积指数和光子吸收,树叶和反射特性;然而,简单的光竞争模型通常足够了(例如,Canham et al . 2006年)。这样的模型不适合理解下层植被植物创建的栖息地,因为这不是竞争;要么nonmechanistic便利可以使用模型和工程模型。如果我们感兴趣的是如何变化的光的数量和质量在一个森林创造下层植被物种的生境多样性,我们可能需要测量前的一些物理工程跨物种的变量。但也许我们也可能崩溃到光质量社区与某些树种,以底层工程过程为。

可以想象,考虑工程将在研究社交礼仪上必要的明显的种群动态,重要生态系统工程师。然而,我们可能不需要显式地暴露在所有情况下的工程。到目前为止,建模和理论研究表明,明确的需要考虑五个基本情况下:当工程反馈影响密度制约的规定(1996年格尼和劳顿,赖特et al . 2004;也看到第三章,威尔逊);当结构遗产由工程师介绍落后环境恶化(1996年格尼和劳顿,赖特et al . 2004年黑斯廷斯et al . 2007年);当移动工程师展览微分偏爱各种工程环境状态(赖特et al . 2004);当工程是可选的,并且依赖于环境状态(赖特et al . 2004);当工程有空间维度,不仅与工程师的存在(例如,广泛影响,黑斯廷斯et al . 2007年)。

所以,一般来说,如果我们寻求非生物变化的因果解释,包括它的动态,我们可能通常,但并非总是,调用物理生态工程,但是这并不意味着所有底层细节总是需要曝光。显然,理解时显式的考虑是必备的相当大的价值,和建模可以帮助回答这个问题。也许最简单的使用问题的答案只是指出,这个概念似乎是有用的在过去的12年。表1.1说明了一些生态的多样性问题实质上利用概念的人口,社会,和生态系统生态学、保护,恢复和管理。

我们结束本节主题领域的折衷建议我们认为生态系统工程方面的考虑可能是特别有价值的:非生物异质性,其后果和上下文的依赖;间接的解释,遗产,梯形,基金会,和乐于助人的物种的影响;多个进程评估物种的相对贡献;理解物种影响的各级组织,尤其是比较研究;通过物种栖息地创建、维护和破坏;理解人类环境影响;和使用的物种来实现保护、恢复和环境管理目标。

1.6 -在广度和效用

我们有周期性地听到这样的言论,说生态系统工程的概念太广,是有用的。肯定的概念是广泛的,但我们不理解这种推理。许多生态概念至少在范围广泛的和非常有用的(例如,生态系统、捕食、竞争(作为一个过程),养分循环,能量流,传播)。一些概念是广泛的和仍在辩论他们的实用程序(如关键物种,中间干扰,生态阈值、官能团)。一些广泛的概念被抛弃不是特别有用(如Clemensian超个体,自然的平衡,phytosocial sintaxa)。所包含的各种现象的宽度是由中央的想法。概念上的值是根据它提供更好的科学理解的程度,给足够的时间对一个社区的调查人员进一步发展和评估。我们把它留给社会判断的概念一直有用,还可以有用的基于文献和我们之前的讨论。

如果生态系统工程包含只海狸或打地鼠,它会这么窄,它将只是一个物种描述和既不有趣也有用。根据其定义,如果概念试图涵盖所有类型的非生物改变所有的有机体,那么它是不正确的,一个障碍,太过宽泛。然而,概念域是非常具体的。它仅指有机体的造成结构介导的非生物变化及其生物效应。宽源自于这样一个事实:许多有机体在某种程度上这样做。虽然我们可以识别子类内(例如,自生,他生的),我们不能任意包括一些生物适应的定义,而不包括其他也符合定义。这是我们考虑的另一个原因,定义一个生态系统工程师同样只有当它有一个巨大的影响是一个基本的目的偏离的概念。这样的偏差将迫使我们正视面临的同样的不溶性问题关键物种概念:如何普遍定义物种重要变量的上下文相关的世界的结果。

1.7 -在底层视角

生态系统工程的概念无疑导致了更广泛的升值引起的无处不在的有机体的,结构介导的非生物变化及其对生物体的影响,人口、社区、生态系统和景观。我们认为它可以帮助提供一个自然的更广泛的观点,一个扩展超出了占主导地位的营养角度。然而,它也是一个视角。它只是一个看待某些事情生物做的方式影响他们与非生物环境交互的方式,因此彼此。

这是一个机械的而不是一个现象学的观点。生态系统工程过程和有机非生物敏感性都必须考虑来预测结果。一些人认为结果圣杯,ecology-we同意,预测结果是一个圣杯——这样一个机械的、上下文相关的角度来看似乎不够现象学。另一方面,怀特和琼斯(2006)指出的那样,许多基于流程的概念最终被证明是比这类基于结果的更有用的人,也许反映他们更适合解决上下文依赖性。

对于其他人来说,生物的特征的抽象与工程相关看似简化论或雾化。然而,关注相关的有机体的功能已经在其他领域有很大价值生态

(例如,捕食,直接资源竞争,引导)。这并不排除识别多个角色的物种,也不是他们的综合效应。所以类似于这些其他领域,识别生物的属性相关工程有助于我们理解上下文相关的物种的影响,同时促进跨物种和跨系统的比较(优秀的例子,请参阅骗子和Khim 1999年,Wilby et al . 2001年)。

1.8 -一个总结评论的概念和理论

指出在本章的介绍,一个概念并不是一个理论,但它是一个理论构建的基础。这必须坚实的基础。我们希望我们的讨论能帮助提供一些凝固,相应的不确定性、misconstrual和误解。我们认为这个概念可以内置更充分发展理论。确实,我们看到清晰的迹象表明,这正在发生。很多的例子使用的概念(表1.1)涉及一般假设,框架、方法、模型和应用程序所有理论发展做出贡献。然而,要做的事情在我们称之为物理生态工程发展理论;尤其是,证明这个概念可以帮助预测哪些物种会有什么大小的工程效果,而非生物变量,与生物的后果,在这种类型的非生物环境。

确认

我们感谢鲍勃·霍尔特指出使用生物和非生物信息工程也可以控制信号由他们;布莱恩Silli-man敦促我们解决问题”是所有生物生态系统工程师吗?”;同事NCEAS工作组”,在保护栖息地的修改问题:建模入侵生态系统工程师”(Kim Cuddington杰布·拜尔斯,杰夫骗子,艾伦•黑斯廷斯约翰•Lambrinos Theresa Talley,并将威尔逊)有价值的讨论;和无数的作者、同事和学生的作品和评论这个概念在过去的12年。我们感谢研究所的安德鲁·w·梅隆基金会和生态系统研究的财政支持。CGJ由于国家和地区的法国Ile Blaise Pascal国际研究通过基金会主席德。高等师范学院本章从一个工作小组在国家中心生态分析和合成,中心由NSF资助(批准号deb - 94 - 21535),加州大学圣芭芭拉分校和加州。这是一个贡献生态系统研究所的项目。

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继续阅读:历史的角度对生态系统工程

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