级联砍伐森林对生态系统服务的影响在土壤和淡水和海洋沉积物
菲利普尹爱森,丽莎·a·莱文,罗纳德·t·Kneib罗伯特·o·霍尔,Jan戈Weslawski理查德·d·Bardgett大卫·a·瓦尔德戴安娜h .墙,维姆·h·范德Putten,华立德
生态系统管理的影响的全面评估和干扰提供生态系统服务将是一个相对简单的过程如果生态系统是完全独立的,独立的。简单的监控、观察和评估系统将通知我们内的管理活动的影响,与简单的量化和交易的收益和成本。在这个简单的情况下,增加产量可以重对生物多样性的丧失,一个生态系统的缓冲洪水可以交易损失的礼仪价值,等等。然而,这个简单的方法显然是不现实的,因为“二级”影响到其他系统几乎是一个不可避免的结果采用管理政策或干扰。
一个简单的,看似客观的评估手段对人类生态系统的完整的经济和文化价值是考虑提供生态系统服务(每日et al . 2000年)。地球的生态系统服务,淡水,海洋土壤在前几章和沉积物开发主题的体积。与我们越来越升值的所有以前没有量化生态系统对人类的好处,也越来越要求技术形式化的影响人类活动对这些服务。以往范围报告(中墙Freckman et al . 1997;墙et al . 2001;墙et al . 2001 b)有一个需要扩展这个方法生态系统之间的互联,以量化方式
改变的管理,或造成重大障碍,一个系统可以有“下游”效应在其他互联提供生态系统服务,但空间上分开,生态系统和域。
我们选择集中在森林砍伐等的一个例子可能相互关联的一系列跨域的影响,因为这个问题已经研究了从每个角度的三个领域(陆地、淡水、海洋),但这些从未正式联系在一起。在第4章图4.1显示了整个这些级联关系的性质由于森林砍伐,而图9.1总结了方法用于当前评估;目标是加强我们的理解的重要性之间的联系的领域而不是简单地强调在域的影响。
然而,这种分析可能是几乎无限的如果一个人认为所有类型的森林和所有对陆生、水生物种,他们相互作用,生物多样性,营养食物链等等。因此,我们讨论的范围有限的森林砍伐的温带系统和这些方面直接联系提供生态系统货物和服务(图9.1)。生态学家们特别感兴趣的生物多样性的土壤和沉积物,我们也关注生物多样性对生态系统功能的作用,考虑到这些生物参数的变化直接影响人类通过提供生态系统服务。提供这个特定的例子中,我们使用一个结构化的和逻辑评估的模板级联效应通过其他的管理在一个生态系统,空间上分开,域。
森林和森林土壤:森林砍伐的影响
尽管森林土壤的不同性质,一些关于结构和生物活性的总概括可以追溯到原始区别考虑,1887年铁道部由穆勒。土壤腐殖质的仔细检查形式,最初由穆勒(1887)和主张等研究人员进一步发展Kubi-ena(1953)和Topoliantz et al。(2000),得到了关键互动土壤母质、动物区系的活动,和植物凋落物质量在决定土壤有机质的发展和价值的考虑和铁道部腐殖质的概念。
通常与考虑土壤腐殖质形成富含钙,适度或透水性良好的粘土母质,通常在草地和落叶林。考虑腐殖质形式通常是弱酸性,由于基阳离子浸出(如钙)土壤剖面,特点是亲密的混合表面有机和矿物上部地平线。这种基因混合的结果从一个高丰度和土壤生物活性,特别是蚯蚓也会导致增强的分解率,养分有效性和植物生长。
相反,在原始森林和其它系统产生垃圾质量差,有一个明显的积累有机物在土壤表面:所谓的铁道部腐殖质。这些铁道部腐殖质形式通常是酸性的性质和特点是低利率的分解和植物养分的可用性,不同的生物和化学研磨形式。生物,这是典型的土壤微生物生物量的铁道部的强烈由真菌(而不是细菌),和动物的特点是大量的microarthropods(螨和弹尾目),但没有蚯蚓。化学,这些腐殖质形式有很大的不同:考虑富啡酸较低分数,更高浓度的钙交换能力和更高的基地在腐殖质分数。相比之下,铁道部土壤的特点是不完全降解有机物,大量的木质素和半纤维素,导致更多的纤维结构。基阳离子含量和交换能力往往是在铁道部比在考虑土壤低很多。
虽然提供了一个通用描述森林土壤中腐殖质形成的起点,它必须升值,许多inter-grades从这些基本形式存在和变化。例如,Kubiena(1953)扩展这些分歧通过描述一系列重要的共同的过渡形式,特别是“现代”的腐殖质,表面上类似于有机和铁道部有一把锋利的区别
铁道部-►莫德►考虑 |
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比bacteriaffungal破碎一个增加 |
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减少有机N援助P impoftanoe转移 |
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Ectomyconrhizae主导- *■Eclo丛枝mycoirhizae 增加器官no-mineral复合物 |
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增加bioturbalion |
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降低重要性 |
螨虫,GoUembola)昆虫幼虫)蚯蚓,白蚁b) enchytnaeids b)英里,Collernbola b)多足。昆虫幼虫c)昆虫幼虫c) enchytraeids c) d)的等足类动物比如d)比如d)英里。Coltembola e) e)蚯蚓的等足类动物,等足类动物 |
图9.2。腐殖质在森林生态系统类型和动物之间的关系(改编自Wallwork 1970)。
图9.2。腐殖质在森林生态系统类型和动物之间的关系(改编自Wallwork 1970)。
矿物的视野,但包含大量的昆虫幼虫和耐酸蚯蚓的一些限制物种。因此,森林土壤的腐殖质形成不同生物活性的反映。这些差异是总结在图9.2中,从Wallwork被修改的(1970)。
森林有许多关键的和独特的特性,确定发展的土壤和生物有关。首先,森林是世界上最多产的陆地生态系统之一,与高年度净初级生产力和最大的生物量中;全球陆地净初级生产估计约60包括a - 1,其中30%是由森林占(联合国政府间气候变化专门委员会2001年;Saugier et al . 2001;高尔半岛2002)。土壤有机质的输入发生作为根用户输入和地上垃圾秋天,和这些不同的命运垃圾材料影响的物理位置进入土壤和内在质量的差异。特别是,输入的伍迪依然森林地面既是一个重要的基质和栖息地的分解者,它一直认为植物材料的输入“k策略“植物可能反映在“r或土壤k战略”人口(治愈尹爱森& 1984)。它也一直认为,增加大量的窝富含木质素和更顽固分子需要一个更复杂的分解器社区。
森林土壤提供范围广泛的土壤动物区系的重要栖息地,但森林碳周转实际上是由微生物活动,与碳积累在森林地面的净初级生产力之间的合成(以上,地下)和分解。森林中的上层土壤的微生物群落层是由fungal-based而不是bacterial-based食物网,它具有很强的降解更顽固的组件的垃圾和不太敏感的酸性环境下,经常开发有机丰富上层土壤视野(见章节2和5,这个体积)。真菌往往更耐干旱,它们能很好地适应不断变化的小气候的枯枝落叶层通过无性和有性孢子的生产结构。raybet雷竞技最新然而,my-corrhizal真菌殖民的敏感性夏季干旱草原土壤最近令人信服地证明了顿斥责道et al。(2003)。担子果(生殖体)所产生的污水营养的和菌根真菌都是一个重要的直接生态系统产品,是一个珍贵的食品资源跨广泛的人类文化。
Abiotically,最重要的一个影响,森林砍伐和土地利用变化对水资源从集雨排水在沉积物的损失。微粒可以方便地加载到流分成两个部门:悬移质和卵石。悬移质泥沙的运输,这是鼓舞的运动和流动的水,包括粒子从粘土到细砂。通常情况下,这种材料可以收集在一个“木桶”或“吞咽”取样器,可对水的浊度有显著影响。相比之下,推移质颗粒物,滚流而留在接触通道床,实际上这是非常难以量化。
小笠原et al。(2003)收集好底栖生物有机质的集雨在美国和得出结论,先前的木材收获重大影响输沙量和沉积物生物活性集雨的底部。实际上,这些研究人员发现,由此产生的细有机材料有更高mineralizable和可榨出的氮来自less-disturbed网站时,和微生物活动(如由各种各样的分析技术)在收获集雨往往更大。更富戏剧性的是,在新西兰的历史感觉森林与大滑坡,反过来,的发展作出了重要贡献沉积物在沉积盆地内的淡水和近岸和近海区域沿海系统(看到空地2003,下面)。不那么明显,但更为阴险的森林砍伐造成与建设和相关材料与道路建设。当考虑更改管理的森林,公路建设实践有可能导致土壤和重大变化淡水生态系统在许多(Motha et al . 2003年)时间和空间尺度上的(见第八章,Lavelle et al。)。
提供的森林生态系统货物和服务在整个卷讨论,和一个简短的总结森林砍伐的影响下面是在陆地域。然而,值得注意的是,这些影响必然是广义,因为特定的站点规模等因素,位置,残渣,post-disturbance植被政权可能在控制影响至关重要。一个极端的例子是提供在图9.3中,强调重点支流的空间分布,即使有一个等价的排水区,会影响接收海洋领域截然不同的和特殊的方式,取决于细节,如分支结构和湖泊河流系统内的数量。
1。食品供应。虽然一次陆地森林被人类营养的主要来源,农业的发展意味着森林不再占据这样的核心作用。然而,作为鸟类和哺乳动物的栖息地森林目前代表肉对于人类文化的一个重要来源仍然依赖于狩猎,尽管社会仍然严重依赖农业价值增长食用菌、水果的野生森林。森林砍伐森林可以有重大影响的食物来源,增加访问大型哺乳动物的猎人和增加森林边缘和空地的条款适用于野猪(Brownlow 1994)。关于游戏的小鸟,传统观点认为,创建森林边缘游戏鸟类的数量增加,但这是挑战庙和Flaspohler (1998)。因此,许多森林砍伐的影响在人类营养是积极的,因为提供适当的森林空地,边缘,和骑可以鼓励,例如,种哺乳动物和真菌中没有完整的森林,和实际上可能提高特定的哺乳动物的栖息地。事实上,Termorshuizen和谢弗(1991)表明砍伐是一个重要因素在增加真菌丰度由于提供干扰,更少的污染、土壤层次。
2。碳封存。土壤生物碳汇的重要决定因素,在森林土壤混合,以更大的碳积累比考虑系统在铁道部。然而,腐殖质碳存储在铁道部可能更容易受到比碳在考虑举行腐殖质森林砍伐,稳定后在考虑土壤有机质在矿物更明显。蚯蚓活动是专门与亲密相关的混合土壤有机质和矿物质,有重大影响的封存碳。大组件的碳储存在森林地板维护在树干和伍迪的碎片,和砍伐森林碳存储的影响取决于这种材料有多少离开后的感觉。然而,网森林砍伐的影响有时会导致土壤碳损失,很大程度上是因为树冠去除导致更大的水和土壤热通量与分解以及减少垃圾增加投入在最初的感觉。
3所示。水的数量。减少加油,连同一个关联的菌根真菌生物量下降,减少林冠截留,导致土壤含水量的增加和更大的径流。水产量可以大大增强排水砍伐集雨(见下文)。
图9.3。图解表示展示了砍伐森林是重要的物理位置和规模控制对淡水和海洋沉积物的影响。顶部面板代表一个森林系统选择性切割,和底部面板代表了森林砍伐。扰动强度的水平会影响淡水和海洋沉积物和沉积的级联效应,完全不同。空间和深入讨论时间范围内,请参阅第八章。
图9.3。图解表示展示砍伐森林是重要的物理位置和规模控制对淡水和海洋沉积物的影响。顶部面板代表一个森林系统选择性切割,和底部面板代表了森林砍伐。扰动强度的水平会影响淡水和海洋沉积物和沉积的级联效应,完全不同。深入讨论的空间和时间范围内,请参见第8章。
4所示。水质。森林砍伐在分解过程有着重要影响,主要通过改变落叶垃圾、热、土壤和水通量。的树根活动,从根大型地下垃圾一起输入,减少水失去了通过蒸散,还提供了大量的营养和碎屑输入。在回顾森林管理实践的影响森林碳商店,约翰逊(1992)得出的结论是,没有一致的水稻收割后碳变化的一般趋势,尽管较低的土壤碳储量发生如果收获之后,强烈的燃烧或种植。尽管一些研究显示大的净损失,大多数研究显示没有明显的变化。柳井正et al。(2003)强调了技术上的困难与探测森林碳存储的变化有关。增加溶解有机碳(DOC)和输沙量,结合硝酸浓度的增加(见Binkley 2001)和阳离子经常观察和实验验证。通常有一个短暂的增加土壤铵浓度后感觉,但这往往未能表现为流水域的变化。核心功能是硝化作用的过程,这不仅符合生产高度移动的阴离子NO3——但也可能导致酸化在管理不善(Neal et al . 1998年)。 The organisms associated with nitrification in acid soils are poorly understood, yet modern molecular techniques are demonstrating that the characteristic populations of these autotrophic bacteria differ between domains and habitats within domains. Increased stream water concentrations of Al3+ are also a consequence of felling on acidic soils, potentially having a deleterious impact on both soil and aquatic biota.
5。示踪气体生产。站在森林往往是在景观中甲烷氧化的主要网站,和森林除通常是与减少土壤去除的能力重要的温室气体。这些变化背后的机制知之甚少,但相关的土壤细菌具体执行过程。相反,土壤水浸与感觉可能导致增加甲烷生成有关,与有机质的厌氧分解有关。湿润的土壤,与硝酸盐浓度和更大更多的可用碳感觉残留,增加互动脱氮率一氧化二氮是常见的一种产品在酸性条件下森林土壤中找到。相当数量的溶解一氧化二氮流,可能最终被随后de-gassed更远的下游。
6。娱乐。砍伐森林是视觉和娱乐的价值低于站森林,徒步旅行者,马骑士,和倾向于原始森林的一日游站在良好的道路和访问。其他用户,比如猎人,有稍微不同的偏好,喜欢一些森林内的开放空间。然而,总的来说,休闲是最近减少砍伐森林。摘要生态系统服务的变化和结果的输出进入联系在一起淡水系统在表9.1中,提供部分。
淡水生态系统:森林砍伐的影响
森林砍伐的影响流组合和生态系统过程是众所周知的,但他们并没有被认为是显式的上下文中提供的生态系统服务流底栖生物。有大量的观测和实验数据在森林砍伐的影响在物理,化学,和生物流的特点,可能导致的变化提供淡水生态系统货物和服务的系统。然而,必须认识到,并不是所有的森林砍伐是相同的,和实际的管理实践的影响是密切联系的感觉过程中使用。森林砍伐的面积和实际位置的程度,是否主要流域的上游或下游,也有一个潜在的淡水主要影响影响(见图9.3)。
流接收沉积物增加负载后树删除从道路建设(通常),改变地貌因为沉积区域包含一个更高比例的细沉积物(普氏et al . 1989;水1995)。地下水的化学成分从土壤流向流可以改变从根本上增加溶质如硝酸、基阳离子,和更低的pH值(比作et al . 1970年)。水温可能会增加,因为损失的悬臂植被(Johnson &琼斯2000)和落叶的相当大的减少(韦伯斯特et al . 1990年)之前在短时间内再生。木头投入将减少(2000年布拉格)改变河流地貌,由于木材可能发挥重要作用在决定riffle-pool结构和沉积物存储流(例如,蒙哥马利et al . 1996年)。
流生物可以发挥强大作用等生态系统服务提供幼鱼生产、养分转化和娱乐(看到Covich et al .,第三章;墙et al . 2001年)。改变这些生物通过森林去除可能会影响一些流提供的生态系统服务,减少垃圾和木头输入结合沉积物和溶质负载增加,导致流生物的变化。转变从大型无脊椎动物组合结构shredder-dominated组合增加刮刀(Gurtz & 1984年华莱士),虽然可以有更高的二次扰动后生产的大型无脊椎动物(Stone &华莱士1998年)。对日志栖息地具体的反应;沉积区域可能降低大量的无脊椎动物日志后,大概从沉积物增加,而基岩到达可能经验更高的无脊椎动物密度由于增加光(Gurtz &华莱士1984)。
反应的鱼类种群和生产森林砍伐是复杂的。增加藻生产从更高的光输入可能增加鱼产量,主要是由于更高的无脊椎动物生产(袋狸& Bisson 1992)。然而,长期的木头投入将减少失去它们的栖息地多样性和鱼类生物量流,尽管短期内增加光和藻类生产力。例如,流在不列颠哥伦比亚省四到十倍salmonid生物质伍迪碎片时丰富(Fausch & Northcote 1992)。沉积物可以填补产卵砾石,降低salmonid招聘成功(水域1995)。
砍伐森林可以改变海底生态系统提供的服务流。如果流迁徙大马哈鱼,可能会有强烈的负面影响招聘的溯河洄游(表9.1,部分B)和大麻哈鱼种群的减少沿海流已经从森林砍伐归因于沉积物的影响(回顾1995年水域)。因此,清除森林生产可能显著影响流招募鲑鱼的能力,这将降低整体的生产力,休闲渔业,反过来,伤害。
砍伐森林也会减少流从水体中去除营养物质的能力,产生的非生物和生物变化。营养浓度的增加可能的生物吸收(多兹et al . 2002),这可能会按比例增加大量的溶解无机营养物质。失去粗木质碎片也可能降低养分吸收和存储(袋狸&比作1980;Valett et al . 2002年)
■的排名 |
3(强大的伤害)0(中性)+ 3(强 |
服务) |
鉴于每个商品或服务, |
表明人类社会的价值。 |
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答:陆地 |
B:淡水 |
C:海洋 |
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生态系统 |
进口 |
进口 |
||||||
服务 |
级生物 |
非生物淡水 |
排名 |
生物 |
非生物 |
对海洋 |
级生物 |
非生物 |
食物 |
||||||||
生产 |
- 1的蘑菇 |
PH值 |
3 |
恶化 |
沉积物 |
吗?增加 |
盐度 |
|
产卵 |
覆盖碎石 |
沉积物 |
增加 |
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理由 |
构建 |
|||||||
托儿所 |
||||||||
理由 |
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狩猎 |
土壤质地 |
旋转 |
增加 |
下降 |
更高的 |
|||
疾病 |
温度 |
在过滤器 |
浊度 |
|||||
(tubificids) |
喂养 |
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双壳类 |
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坚果 |
水分 |
碎纸机 |
增加 |
更多的 |
||||
下降 |
主 |
营养物质 |
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生产 |
蜂蜜土壤肥力光损失的昆虫类群蜂蜜浆果土壤肥力
碳封存
3增加de -昆虫类群组成温度损失增加海藻/存款喂食器增加沉积物增加存款结构喂海洋渗出更多的医生
马什锁定植被其他动物群增加增加水分(见叙述)
水质3硝化的损失
细菌结构的分解者沉积物动员提高排名
减少根减少真菌菌丝的落叶层沉积物动员增加没有损失
减少so4”
增加了医生,夹住,dom基阳离子增加pH值减少增加
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