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.

التنوع البيولوجي

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.

آثار التغيرات البيئية

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.

المراجع

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

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.