Name: measuring ecosystem health
Uploaded: 2019-01-29T11:04:46.000Z
Duration: 5 min 49 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Earth and Environmental Science

Earth and Human Activity

ESS.EES.5.6

Community Diversity

النظام البيئي هو مجتمع من المكونات الحية وغير الحية التي تتفاعل في منطقة ما. يمكن أن يكون هذا بحجم الأرض نفسها أو غابة مليئة بالنباتات ، أو صغيرة مثل المعدة مع مجموعة سكانها الميكروبيين. يمكن قياس صحة النظام البيئي بطرق مختلفة ، ولكن أحد المؤشرات الجيدة هو التنوع البيولوجي ، وهو مقياس لتنوع الأنواع البيولوجية في النظام البيئي. 

يمكننا تقييم التنوع البيولوجي باستخدام مقياس يسمى مؤشر شانون-وينر ، الذي اقترحه كلود شانون ونوربرت وينر في الأربعينيات. مؤشر شانون-وينر هو قياس بدون وحدات ، يتم حسابه على أنه H. يستخدم المؤشر متغيرين: ثراء الأنواع ، أو عدد الأنواع الموجودة ، المشار إليها ب K ، وتكافؤ الأنواع ، أو نسبة كل نوع ، المشار إليها بواسطة PI. ثراء الأنواع هو عدد الأنواع الفريدة في النظام البيئي. هذا المثال يحتوي على سبعة. يقيس تكافؤ الأنواع كيفية توزيع الأنواع في النظام البيئي. هذا يعني أن النظام البيئي الذي يكون فيه للأنواع المختلفة أرقام متشابهة يكون أكثر من نظام يحتل فيه نوع أو نوعان معظم الكائنات الحية ، مثل هذا النوع ، المليء نسبيا بالأرانب البرية. 

الآن بعد أن عرفنا ما يجب قياسه ، دعنا نتعلم كيفية قياس التنوع البيولوجي. نظرا لأن النظم البيئية يمكن أن تكون ضخمة ، كان على علماء البيئة اكتشاف طرق لأخذ عينات عشوائية من مناطق كبيرة بسرعة. أبسطها هو التربيع ، وهو إطار بحجم ثابت ، يتم وضعه عادة بشكل عشوائي داخل موقع أخذ العينات. يقوم العلماء بمسح المنطقة داخل المربع ، وتسجيل ثراء الأنواع وكذلك تساويها. باستخدام هذه النوافذ الصغيرة الموضوعة في أماكن متعددة فوق نظام بيئي ، يمكنهم استقراء النتائج التي توصلوا إليها لإعطاء تقديرات التنوع لمنطقة الدراسة بأكملها. ولكن على الرغم من أن هذه التقنية تسمح بتقييم يمكن التحكم فيه لمساحة كبيرة ، إلا أنها ليست مثالية. قد يؤدي التنسيب العشوائي للأرباع إلى فقدان الأفراد ، مما يؤدي إلى نقص تمثيل الأنواع وتقديرات التنوع البيولوجي المنخفضة بشكل غير صحيح. 

يعني هذا القيد أن بعض المجتمعات ، خاصة المجتمعات غير المكتملة أو غير الموحدة ، يتم أخذ عينات منها بشكل أفضل من خلال نهج أكثر تنظيما. هنا ، يحد الغابة ، وفي الواقع ، يتكون من بقع موائل مختلفة. لتغطية هذا المجتمع بشكل عادل ، يمكننا تقسيم المناظر الطبيعية إلى موائل أساسية والأهم من ذلك ، موائل الحافة. في كثير من الأحيان ، تتمتع المناطق الطرفية بمزيد من التنوع البيولوجي لأن الأنواع من كلا النوعين من الموائل قد تعيش هناك. ولكن قد يتم تفويت هذا في أخذ العينات العشوائية التقليدية. بدلا من ذلك ، لقياس التنوع البيولوجي عبر مجتمع مثل هذا ، قد تكون الإستراتيجية الجيدة هي أخذ عينات من المناطق الأساسية بشكل عشوائي باستخدام التربيعات. يمكن بعد ذلك استخدام البيانات التي تم جمعها لحساب قيمة H لكل موطن أساسي. بعد ذلك ، يمكن وضع خط عرضي أو خط أخذ عينات عبر كل موطن أساسي ، يمتد إلى منطقة الحافة. يمكن بعد ذلك تسجيل ثراء الأنواع وتساويها باستخدام التربيع الموضوعة في نقاط محددة على طول هذه الخطوط. الآن باستخدام صيغة شانون-وينر ، يمكن حساب مؤشر التنوع لكل مسافة على طول المقطع ، ويمكن مقارنتها. تكون المنطقة ذات القيمة H الأكبر أكثر تنوعا بشكل عام من المنطقة ذات H الأقل. توفر تقنية التربيع العشوائي والعرضي المدمجة تقييما متعدد الاستخدامات وأكثر عدلا لكيفية مقارنة الموائل المختلفة داخل نفس المجتمع من حيث التنوع. 

بالإضافة إلى مقاييس الأنواع ، قد يتخذ العلماء أيضا مقاييس للمكونات الكيميائية للنظام البيئي لتقييم صحته. على سبيل المثال ، قد يتحققون من التلوث ، أو يفحصون جودة التربة عن طريق قياس العناصر الغذائية الموجودة. يمكن أن تكون هذه المعلومات مفيدة أيضا للمساعدة في تفسير التغيرات في أنماط التنوع البيولوجي في مناطق مختلفة من المجتمع. لذلك ، في مثالنا ، إذا كان المرج يحتوي على تربة أقل جودة من الغابة والحافة ، فقد يدعم أنواعا أقل. 

في هذا المختبر ، ستقيس التنوع البيولوجي وجودة التربة في منطقتين أساسيتين مختلفتين ، ثم تدرس كيفية تأثر التنوع البيولوجي على طول موائل الحافة.

التنوع المجتمعي

السكان لا يعيشون في عزلة. وبالتالي ، يتفاعل كل مجتمع مع الآخرين بطرق معينة. تؤدي هذه التفاعلات إلى ظهور شبكة من السكان. ومن ثم ، يتكون المجتمع البيئي من مثل هذه الشبكات السكانية من أنواع مختلفة تتفاعل مع بعضها البعض في نفس المنطقة. قد تتفاعل هذه المكونات البيولوجية أو الحيوية أيضا بشكل وثيق مع المكونات غير الحية أو اللاأحيائية ، وتشكل نظاما بيئيا. قد تكون النظم البيئية صغيرة مثل المجتمعات الميكروبية داخل الجهاز الهضمي البشري ، أو مبنية على أساس الرقم الهيدروجيني والمغذيات في بيئتها ، أو بحجم غابة تحتوي على أشجار وحشرات مرتبطة ارتباطا وثيقا من خلال دورة الكربون. أصبح علماء البيئة ودعاة الحفاظ على البيئة مهتمين بشكل متزايد بالنظم البيئية حيث يواصل البشر إجراء تغييرات كبيرة عليها على مستوى العالم من خلال التحضر وتغير المناخ. يمكن أن تؤثر التعديلات التي تطرأ على أي مكون فردي من النظام البيئي على مكونات أخرى مرتبطة ارتباطا وثيقا ، مما قد يتسبب في تغييرات جذرية في النظام بأكمله. لهذه الأسباب ، أصبح القياس الكمي والتنبؤ ب "صحة" النظم البيئية الحالية والمستقبلية موضوعا رئيسيا للبحث البيئي. 

<h4>التنوع البيولوجي</h4>

مصطلح "صحة النظام البيئي" مجازي لأنه من الصعب مقارنة صحة النظم البيئية المختلفة جدا ولا توجد قيمة واحدة يمكن استخدامها لتحديد مدى صحة النظام البيئي. على سبيل المثال ، تحتوي الصحاري والغابات على أنواع مختلفة جدا ولكن أحدهما ليس بالضرورة أكثر صحة من الآخر. لذلك ، تمت صياغة مقاييس متعددة لتمثيل صحة النظام البيئي ، ويعتمد استخدامها على أهداف الدراسة. ومن ثم ، قد تشير "صحة النظام البيئي" إلى مدى قيمة النظام البيئي للبشر. على سبيل المثال ، يتم استخدام قيمة خدمات النظام البيئي مثل عزل الكربون بواسطة الأشجار أو التلقيح بواسطة النحل لتحديد صحة النظم البيئية. قد تقيس المقاييس الأخرى عدد الأنواع النادرة الموجودة في النظام البيئي ، أو مدى مقاومة النظام البيئي للحريق ، أو بعض القياسات الأخرى للعوامل الحيوية وغير الأحيائية. بالنسبة لعلماء البيئة ، فإن أحد المقاييس الصحية الشائعة جدا هو التنوع البيولوجي ، أو "التنوع البيولوجي". التنوع البيولوجي هو مقياس لتنوع الأنواع البيولوجية الموجودة في منطقة ما ويمكن حسابه باستخدام مؤشر شانون وينر للتنوع البيولوجي. 

يتطلب مؤشر شانون-وينر قياسين من مجتمع محلي: ثراء الأنواع وتساوتها. ثراء الأنواع هو العدد الإجمالي للأنواع المتميزة داخل المجتمع المحلي. المنطقة التي لا توجد بها أنواع ، مثل موقف السيارات المرصوف حديثا ، سيكون لها قيمة ثراء تبلغ 0. تتمتع الغابات المطيرة ، المعروفة بدعم بعض المجتمعات الأكثر تنوعا على وجه الأرض ، بثراء أكبر بكثير من الأنواع. في حين أن وجود العديد من الأنواع يتزامن بشكل عام مع وجود نظام بيئي متنوع وصحي ، إلا أنه يجب أيضا مراعاة التكافؤ. على سبيل المثال ، عندما يهيمن أحد الأنواع على المنطقة بينما يكون الأنواع الأخرى نادرة جدا ، يكون التنوع البيولوجي في هذه المنطقة أقل منه في منطقة بها أنواع متساوية الوفرة. لذلك ، فإن المناطق التي بها العديد من الأنواع المتساوية نسبيا في الوفرة لديها أعلى درجات التنوع البيولوجي. 

شانون وينر ليست المقياس الوحيد للتنوع البيولوجي والصحة للنظام البيئي. على سبيل المثال ، يتم استخدام مؤشر شائع ، يسمى مؤشر EPT ، لتحديد جودة المياه في أنظمة الأنهار عن طريق تعيين قيم الصحة للكائنات الحية الفردية. وبشكل أكثر تحديدا ، يأخذ هذا المؤشر في الاعتبار ثلاثة رتب حساسة للملوثات من اللافقاريات الموجودة في الأنهار ، Ephemeroptera (الذباب) ، Plecoptera (الذباب الحجري) ، و Trichoptera (ذباب العلبة). يستخدم وجود هذه الأنواع التي لا تتحمل الملوثات في الممر المائي كمؤشر على جودة المياه الجيدة ويعتبر النظام البيئي المعني صحيا. 

في كثير من الأحيان ، تكون المناطق ذات الصلة بيئيا كبيرة جدا بحيث لا يمكن أخذ عينات منها بالكامل. لحل هذه المشكلة ، يقوم علماء البيئة بأخذ عينات من قطع أراضي أصغر متعددة في جميع أنحاء منطقة الدراسة باستخدام التربيع ، وهي إطارات صغيرة بحجم محدد مسبقا موضوعة في نقاط في جميع أنحاء موقع الدراسة ، حيث يحدد الباحث ويسجل جميع الأفراد من الأنواع ذات الاهتمام. عندما يتم النظر في عينات تربيعية كافية ، يمكن للعلماء الاستقراء لعمل تقديرات دقيقة للمجتمعات البيئية. 

<h4>آثار التغيرات البيئية</h4>

تحدث معظم التغيرات البيئية الطبيعية على نطاق زمني طويل. بالإضافة إلى ذلك ، يواصل البشر تغيير النظم البيئية. لتقييم التغيرات طويلة الأجل في النظم البيئية ، أنشأ العلماء مواقع أبحاث بيئية طويلة الأجل (LTERs). واحدة من أطول LTERs هي غابة هوبارد بروك التجريبية الواقعة في نيو هامبشاير ، الولايات المتحدة. زاد هذا الموقع وغيره من المعرفة حول أنماط نطاق النظام البيئي الناتجة عن إزالة الغابات ، والتغيرات في الأنظمة الهيدرولوجية ، وغيرها من الاضطرابات البيئية طويلة الأجل 1 . 

عندما يحدث تغيير كبير بسرعة كبيرة ، يطلق عليه اضطراب بيئي. الحرائق والأعاصير والفيضانات هي أمثلة على الاضطرابات البيئية. يمكن أن تغير الاضطرابات النظام البيئي عن طريق القضاء على العناصر الغذائية وتغيير تكوين المجتمع البيولوجي. بعد الاضطراب ، يتم تفضيل الأنواع الأكثر مقاومة ومرونة للبقاء على قيد الحياة. الأنواع أو المجتمع المقاوم هو النوع الذي يمكنه النجاة من الاضطرابات الكبيرة بأقل قدر من الضرر والتعافي بسرعة من الاضطراب ، مثل الهندباء بعد قص العشب. إن أخذ عينات من الموقع لسنوات عديدة قبل وبعد الاضطرابات أمر غير ممكن ، لكن مقارنة المناطق المختلفة بأنظمة الاضطرابات المختلفة تقدم حلا جزئيا لهذه المشكلة. 

عادة ما تكون الموائل المضطربة غير مكتملة. لذلك ، قد يؤدي استخدام التربيع الموضوعة عشوائيا إلى تمثيل ناقص للأنواع وتقديرات التنوع البيولوجي غير الصحيحة. لهذا السبب ، من الضروري مراعاة المناطق المحيطة وبعض خصائص الموائل التي تتم دراستها. يتم تحقيق ذلك في بيئة المناظر الطبيعية من خلال دراسة كل من الموائل الأساسية والحافة. يقع الموطن الأساسي في وسط رقعة ، وتحيط به نفس النوع من الموائل. في المقابل ، فإن موطن الحافة ، المعروف أيضا باسم الموائل الحدودية ، يحد نوعا مختلفا من الموئل. قد تكون موائل الحواف ، مثل المكان الذي يلتقي فيه موطن الغابات بموائل المروج ، قد زادت من التنوع البيولوجي لأنه يمكن العثور على أنواع من كلا النوعين من الموائل فيها. تسمى هذه الاختلافات في التنوع البيولوجي على حواف الموائل بتأثيرات الحافة. لتقييم هذه المناطق الانتقالية ، يستخدم علماء البيئة مسارات على طول الموائل ، تسمى المقاطع ، ويسجلون التنوع البيولوجي لمواقع أخذ العينات الصغيرة على فترات محددة على طول المسار. ومع ذلك ، لن يكون لجميع الموائل تأثيرات على الحواف وأحيانا تكون أنواع الحواف غازية ويمكن أن تنمو في مجموعة واسعة من الموائل ، وبالتالي لا تكون مؤشرا على نظام بيئي "صحي". 

بالإضافة إلى مقاييس الأنواع ، قد يتخذ العلماء أيضا مقاييس للمكونات الكيميائية للنظام البيئي لتقييم صحته. على سبيل المثال ، قد يتحققون من التلوث ، أو يفحصون جودة التربة عن طريق قياس العناصر الغذائية الموجودة. يمكن أن تكون هذه المعلومات مفيدة أيضا للمساعدة في تفسير التغيرات في أنماط التنوع البيولوجي في مناطق مختلفة من المجتمع. هناك أيضا العديد من المتغيرات بما في ذلك درجة الحرارة وهطول الأمطار خلال إطار زمني معين والسمات الوظيفية للأنواع ، والتي يصعب قياسها وتتطلب تحليلات إحصائية متقدمة. يعمل علماء البيئة باستمرار على طرق جديدة لتسجيل هذه المتغيرات عبر نطاقات أكبر من الزمان والمكان. وقد أفسح هذا المجال لطرق جديدة مثل الاستشعار عن بعد للنظم الإيكولوجية ، حيث تستخدم صور الأقمار الصناعية لتقدير المتغيرات ذات الأهمية في جميع أنحاء العالم 2 . تتطلب هذه البيانات استخدام إحصائيات متعددة المتغيرات وأدوات رياضية معقدة أخرى يتم تطويرها باستمرار. 

مع استمرار نمو البشر وتغيير النظم البيئية في جميع أنحاء العالم ، يعمل العلماء والمواطنون المهتمون على الحفاظ على النظم البيئية المهددة والحفاظ عليها. تتمثل إحدى طرق استعادة النظم البيئية التي تغيرت بشدة في المعالجة الحيوية ، والتي تتضمن إطلاق الكائنات الحية البيولوجية ، عادة الكائنات الحية الدقيقة ، لتحطيم الملوثات واستعادة السمات المواتية للنظام البيئي 3 . أحد الأمثلة على ذلك هو إطلاق الكائنات الحية الدقيقة في مياه الصرف الصحي لتحطيم التلوث وإعادة المياه إلى حالة صالحة للسكن للأسماك 4. لذلك ، ستصبح الطرق المبتكرة لاستعادة النظم الإيكولوجية ذات أهمية متزايدة لمعالجة الآثار البشرية على النظم الإيكولوجية. 

<h4>المراجع</h4>

<ol class="references">
	<li>Likens ، Gene E. خمسون عاما من بيانات كيمياء هطول الأمطار والتيار المستمر من دراسة النظام البيئي Hubbard Brook (1963-2013). علم البيئة. المجلد 98 ، 8: 2224. </li>
	<li>تشاوكين لي ، داندان شو ، زولين قو. الاستشعار عن بعد لصحة النظام الإيكولوجي: الفرص والتحديات والآفاق المستقبلية. أجهزة الاستشعار (بازل). 2014 ، المجلدات 14 (11): 21117-21139. </li>
	<li>غاربيسو، إيتزيار ألكورتا لور إيبيلدي كارلوس. تؤثر المعلمات البيئية التي تغيرها تغير المناخ على نشاط الكائنات الحية الدقيقة في التربة المشاركة في المعالجة الحيوية. رسائل علم الأحياء الدقيقة FEMS. 2017 ، المجلد 364 ، 19. </li>
	<li> P. Padmavathi, K. Sunitha, K. Veeraiah. فعالية البروبيوتيك في تحسين جودة المياه والنباتات البكتيرية في أحواض الأسماك. Afr. J. Microbiol. Res. 2012, 6(49). 7471-7478.</li>
</ol>

السكان لا يعيشون في عزلة. وبالتالي ، يتفاعل كل مجتمع مع الآخرين بطرق معينة. تؤدي هذه التفاعلات إلى ظهور شبكة من ...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

علم الأحياء

Ecology

علم البيئة

measuring ecosystem health

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle.

Ecologists study ecosystem health because urbanization and climate change are changing ecosystems around the world. A change in one part of an ecosystem can affect other connected parts. That can lead to major shifts in the whole system. Because of this, scientists want to measure and predict the current and future health of ecosystems.

There is no single way to measure ecosystem health. The term is metaphorical, and different ecosystems are not easy to compare directly. A desert and a forest may have very different species diversity, but one is not automatically healthier than the other. Researchers use different metrics based on the goal of the study. Some look at ecosystem services, such as carbon sequestration by trees or pollination by bees. Others measure rare species, fire resistance, or other biotic and abiotic factors.

One common measure is biodiversity, or biological diversity. Biodiversity describes the variety of species in an area and can be calculated with the Shannon-Wiener biodiversity index. This index uses two measurements: species richness and evenness. Species richness is the total number of different species in a local community. A freshly paved parking lot would have a richness of 0, while a rainforest would have a much higher richness. Evenness matters too. If one species dominates and the others are rare, biodiversity is lower than in a community where species are more evenly abundant.

Another health measure is the EPT index, which is used in river systems to check water quality. EPT stands for Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera, which are mayflies, stoneflies, and caddisflies. These invertebrates are sensitive to pollution, so finding them in a waterway is a sign of good water quality. In that case, the ecosystem is considered healthy.

Ecologists often cannot sample a large habitat all at once. To solve this, they use quadrats, which are small frames of a set size placed at different points in the study area. Inside each quadrat, a researcher identifies and records the species of interest. With enough samples, scientists can estimate the ecological community more accurately.

Ecological change can happen slowly over many years or quickly as a disturbance. Fires, hurricanes, and floods are examples of disturbances. They can remove nutrients and change the makeup of the biological community. Afterward, the most resistant and resilient species are more likely to survive. A resistant species can handle major disturbance with little harm and recover quickly, like dandelions after a lawn is mowed.

To study long-term change, scientists use Long Term Ecological Research sites, or LTERs. The Hubbard Brook Experimental Forest in New Hampshire is one of the longest running examples. These sites have helped scientists understand long-term patterns linked to deforestation, changes in water flow, and other major disturbances. Since it is not practical to sample the same site for many years before and after every event, researchers also compare areas with different disturbance histories.

Disturbed habitats are often patchy, so random quadrats can miss important species and give poor biodiversity estimates. Ecologists also study landscape patterns by comparing core habitats and edge habitats. A core habitat is found in the middle of a patch. An edge habitat, or boundary habitat, borders a different habitat type. For example, where a forest meets a meadow, biodiversity may be higher because species from both habitats can be present. These changes are called edge effects, and they are often measured with transects, or paths across the habitat, where small sampling sites are recorded at set intervals.

Not every edge shows an edge effect. Some edge species are invasive and can live in many habitat types, so they may not indicate a healthy ecosystem. Scientists also measure chemical features of ecosystems, such as pollution levels or soil nutrients. These data help explain biodiversity patterns in different parts of a community. Other variables, including temperature, precipitation over time, and species traits, can be harder to measure and may require advanced statistical analysis.

To study ecosystems across large areas and long time scales, ecologists are using remote sensing. This method uses satellite images to estimate variables across the globe. The data often require multivariate statistics and other complex math tools that are still being improved. As people continue to change ecosystems worldwide, conservation and restoration have become increasingly important. One restoration method is bioremediation, which uses biological organisms, usually microorganisms, to break down pollutants and restore favorable ecosystem traits. In wastewater, for example, microorganisms can help remove pollution and make the water habitable for fish.

Measuring Ecosystem Health

animal behavior

Drosophila Taxis in Animal Behavior

Drosophila taxis behavior is a key part of animal behavior studies. The common fruit fly, Drosophila melanogaster, is a widely used model organism in biology. It is easy to keep in small tubes, it has a short generation time of about two weeks, and males and females are easy to tell apart because males have black coloration toward the posterior and females have banded abdomens. Scientists have used Drosophila for more than a century. Thomas Hunt Morgan and his students studied mutant flies in...

energy dynamics

Food Chain Energy Flow and Biomass

Food chain energy flow shows how energy moves through ecosystems from one organism to the next. Energy cannot be created or destroyed, so it can only change form or be passed along to another organism. When a cow grazes on grass or an osprey eats fish, energy moves to the consumer. Each transfer is part of a trophic level, and these links help explain how ecosystems stay balanced. Primary producers sit at the base of the food chain. They are autotrophs, or self-feeding organisms, because they...

measuring biodiversity

Why Biodiversity Matters in Ecosystems

Biodiversity matters because it helps keep ecosystems healthy and stable. Biodiversity is the variety of living organisms in an ecosystem, and it can be measured at the genetic, species, community, and ecosystem levels. Ecologists often focus on species richness, which is the total number of different species in a local community. They also consider evenness, which describes how similar the abundances of those species are. A community with many species is not always the most diverse if one...

extinction

Mass Extinction and the Fossil Record

Mass extinction is a major loss of species, and the fossil record shows how these events changed life on Earth. Fossils from different rock layers helped scientists see that life has a long history. In the early 19th century, that idea helped launch paleontology, the study of fossils and ancient life. At first, many scientists did not fully accept that a species could disappear forever. They thought unknown organisms seen only in fossils might still live in unexplored places on Earth. By 1859,...

species distribution and biogeography

Island Biogeography and Species Richness

Island biogeography explains why species are found in some places and not others. It looks at how biotic factors, like competition and predation, and abiotic factors, like habitat size and distance, shape birth, death, immigration, and emigration rates. For a species to avoid local extinction, births and immigration must match or exceed deaths and emigration. Edward O. Wilson and Robert MacArthur helped define this field in 1967 by studying isolated oceanic islands. Islands gave early...

population growth

Population Models and Carrying Capacity

Population ecology examines how a species population changes over time. A population is a group of individuals of the same species living in the same area at the same time. To persist, a population must grow or at least stay about the same size. Ecologists study birth rate, death rate, and age distribution to understand whether a population is increasing, declining, or at risk of extinction. Population ecologists use models to predict how population size changes. Two simple models are...

community diversity

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle. Ecologists study ecosystem health...

climate change

Climate Change Effects on Sea Level and Species

Climate change affects Earth’s average temperature, sea level, and living things. Scientists distinguish climate from weather by time scale. Weather describes short-term conditions in one place, such as temperature and precipitation. Climate describes those same conditions over long periods, and global climate is measured using data from across the entire Earth. Researchers track climate change with help from meteorology, geography, oceanography, and computer models. Much of this work focuses...

group behavior

Hawk-Dove Strategy in Animal Populations

Hawk-dove strategy helps explain how animals compete and cooperate in populations. Organisms often face costs when they try to get food, shelter, or mates. Because of that, individuals can use different behavioral strategies to gain an advantage. This is clear in polymorphic mating systems, where one sex, usually males, uses more than one mating strategy. For example, dominant male sea lions defend groups of females on the beach. Non-dominant males stay in or near the water and try to mate...

optimal foraging

Patch Use in Optimal Foraging

Patch use in optimal foraging explains how organisms balance food gain against the time and energy needed to search for it. Foraging is not limited to food. Animals also search for habitats, shelter, and mates. Each choice has costs and benefits. A resource provides a benefit, but finding and capturing it takes effort. Optimal Foraging Theory models how organisms reach the best balance between those costs and gains. A key idea in this theory is that resources are often clumped into patches...

sexual selection and mate choice

Mate Competition and Fitness Traits

Mate competition and fitness traits shape how organisms choose partners and pass genes to the next generation. Evolutionary fitness depends on surviving and producing offspring, and sexual selection is a major part of that process. It creates pressure on traits used in courtship and mating, such as bright colors, ornamentation, and other features that help attract a mate. These traits can also create sexual dimorphism, which means males and females of the same species look different. Sexual...

eusociality and division of labor

Honeybee Altruism and Inclusive Fitness

Eusociality is a highly organized form of animal social life. It includes division of labor, where different individuals take on different roles in the group. In these systems, some animals help others even when it comes at a cost to their own survival or reproduction. That self-sacrificing behavior is called altruism. Early evolutionary biologists used to explain fitness only at the level of the individual. Observations of eusocial species, such as honeybees, challenged that idea. W. D.

ecology

Learn how ecologists measure ecosystem health with biodiversity, quadrats, EPT index, disturbance studies, remote sensing, and bioremediation.

Measuring Ecosystem Health | JoVE K12

ESS.EES.6.1

ESS.EES.6.3

Earth's Systems

ESS.EES.4.1

ESS.EES.4.2

Louisiana Student Standards for Science

High School

Earth Science

Human Sustainability

HS-ESS3-3

HS-ESS3-4

Environmental Science

Resources And Resource Management

HS-EVS1-1

ecosystems-interactions-energy-and-dynamics

Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-1

HS-LS2-6

HS-LS2-7

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

ES.8

ES.8.b

Alabama Course of Study Science

Unity and Diversity

9-12.EVS.2.3.a

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Life Science

interdependent-relationships-in-ecosystems

Interdependent Relationships in Ecosystems

HS-LS2-2.

HS-LS2-7.

Georgia Standards of Excellence

SEC1.

SEC1.a

Botany

SBO1.

coevolution-plant-morphological-anatomical-structures-with-animals-ie

Coevolution of plant morphological and anatomical structures with animals (i.e., pollination), Rhizobium (i.e., nitrogen fixation), and Mycorrhiza (i.e., fungi in rhizosphere).

استعد لتدريس التنوع المجتمعي من خلال هذا الدليل الإرشادي للمدرسين لمدة 1 دقيقة. يغطي خطوات التحضير الأساسية لمختبر Biology على JoVE Lab Manual.

تحضير المدرّس لـ التنوع المجتمعي في Biology - أكثر من 1.3K مشاهدة | JoVE Lab Manual

اتبع إجراءات التنوع المجتمعي خطوة بخطوة في فيديو بروتوكول الطالب هذا لمدة 13 دقيقة. جزء من مجموعة Biology على JoVE Lab Manual.

بروتوكول الطالب لـ التنوع المجتمعي في Biology - أكثر من 2.3K مشاهدة | JoVE Lab Manual

Threats to Biodiversity

There have been five major extinction events throughout geological history, resulting in the elimination of biodiversity, followed by a rebound of species ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

Energy Dynamics

The Food Chain
Energy is one of the most important abiotic factors in an ecosystem and organisms in an ecosystem are connected by the flow of energy and ...

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

Sustainable Development

As the human population continues to grow and use resources, we must be mindful of our planet&rsquo;s natural limits. Sustainable development provides a ...

Global Climate Change

Throughout its ~4.5 billion year history, the Earth has experienced periods of warming and cooling. However, the current drastic increase in global ...

Extinction

The History of Life on Earth
Fossils of organisms that were different from anything alive today had been documented as early as the 17th century, but it ...

Ecological Disturbance

An ecological disturbance is a temporary disruption in the environment resulting from abiotic, biotic, or anthropogenic factors, causing a pronounced ...

Climate Change

The certainty of climate change remains a public controversy despite the consensus among approximately 97% of active climate researchers, who not only ...

Habitat Fragmentation

Habitat fragmentation describes the division of a more extensive, continuous habitat into smaller, discontinuous areas. Human activities such as land ...

Analyze and interpret data to explain the impacts of land use on Earth's systems.

ESS.EES.5.1

water-quality-analysis-via-indicator-organisms

Water Quality Analysis via Indicator Organisms

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba -The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
Water quality analysis monitors ...

Nutrients in Aquatic Ecosystems

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Nitrogen and phosphorus are essential plant nutrients found in aquatic ...

turbidity-and-total-solids-in-surface-water

Turbidity and Total Solids in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Turbidity and total solids are related measurements addressing clarity of ...

environmental-applications-of-microorganisms

Environmental Applications of Microorganisms

Microorganisms play a pivotal role in maintaining ecosystem balance by recycling essential elements such as carbon, nitrogen, and phosphorus, as well as ...

Dissolved Oxygen in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Dissolved oxygen (DO) measurements calculate the amount of gaseous oxygen ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

Biodiversity and Human Values

Human civilization relies on biodiversity in many ways. Sudden changes in species biodiversity result in environmental changes that can modify weather ...

Analyze and interpret data to evaluate how human use of ground and surface waters impacts water quality and availability in river basins, wetlands, estuaries, and aquifers.

ESS.EES.5.2

Measuring Tropospheric Ozone

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Ozone is a form of elemental oxygen (O3), a molecule of three oxygen atoms ...

determination-of-nox-in-automobile-exhaust-using-uv-vis-spectroscopy

Determination Of NOx in Automobile Exhaust Using UV-VIS Spectroscopy

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
In the troposphere, ozone is naturally formed when sunlight splits nitrogen ...

What is Weather?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

design-example-sustainability-in-concrete-building

Design Example: Sustainability in Concrete Building

A construction firm specializing in concrete buildings constructed a sustainable commercial building.&#160;
The various sustainable practices incorporated ...

The Efficient Level of Pollution

Producing goods often results in pollution as a byproduct, but eliminating all pollution isn&#39;t practical. Doing so would mean halting the production ...

Construct an argument to evaluate the ways that human activities influence atmospheric composition.

ESS.EES.5.3

Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
The United States consumes a large amount of energy &#8211; the current ...

Dye-sensitized Solar Cells

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
Today&#39;s modern world requires the use of a large amount of energy. While ...

Energy

The universe is composed of matter in different forms, and all forms of matter contain energy.&#160; The different forms of energy on Earth originate from ...

Construct an argument to evaluate the benefits and trade-offs of using non-renewable or renewable energy sources for electricity production and transportation fuels.

ESS.EES.5.4

Proper Waste Disposal

Robert M. Rioux and Taslima A. Zaman, Pennsylvania State University, Pennsylvania, PA

Users are responsible for the proper disposal of the waste ...

Green Marketing

Green marketing is about promoting products or services by highlighting their environmental advantages.
These products or services are produced and ...

The Efficient Amount of Recycling I

In an imaginary town, Greendale, residents carelessly dispose of recyclable plastics due to minimal additional trash pickup fees, leading to recyclable ...

The Efficient Amount of Recycling II

In the town of Greendale, tackling the recyclable plastic waste issue with price or quantity mechanisms, such as a disposal fee, quota, or disposable ...

Bioremediation

Bioremediation is the use of prokaryotes, fungi, or plants to remove pollutants from the environment. This process has been used to remove harmful toxins ...

Construct an argument to evaluate potential solutions that will ensure sustainable consumption of Earth's resources.

ESS.EES.5.5

Populations do not live in isolation; thus, every population interacts with others in certain ways. These interactions give rise to a network of ...

What is Conservation Biology?

Conservation biology is a scientific field that focuses on the preservation of biodiversity in order to protect ecosystems while meeting the needs of the ...

Construct an argument to evaluate a range of solutions to mitigate impacts of human activities on Earth's systems.

Dimensions of Health and Illness

The factors influencing the health-illness continuum can be internal or external and may or may not be under conscious control. They are related to the ...

The Soil Ecosystem

Plants obtain inorganic minerals and water from the soil, which acts as a natural medium for land plants. The composition and quality of soil depend not ...

Analyze and interpret data to infer how use of natural resources impacts ecosystems and human populations, including human health.

simulating-impacts-of-ice-storms-on-forest-ecosystems

Simulating Impacts of Ice Storms on Forest Ecosystems

Ice storms can have profound and lasting effects on the structure and function of forest ecosystems in regions that experience freezing conditions. ...

Construct an argument to infer how some natural hazards (such as flooding and wildfires) are increasing in frequency and intensity due to human activities.

ESS.EES.6.2

Construct an argument to explain how natural hazards and other environmental problems may impact some human populations more than others.

Evaluate how human consumption patterns impact Earth's systems.

Measuring Ecosystem Health

Description

Transcript

More videos by Standards