Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cảnh báo sớm cho các chuyển tiếp quan trọng do tỷ lệ gây ra trong hệ sinh thái đầm lầy mặn
Tóm tắt
Hệ sinh thái ngập triều là rất quan trọng vì chức năng bảo vệ bờ biển và giá trị sinh thái của chúng. Sự gia tăng mực nước biển có thể dẫn đến sự ngập chìm của các đầm lầy mặn trên toàn cầu. Các đầm lầy mặn có thể trải qua những chuyển tiếp quan trọng nếu tốc độ gia tăng mực nước biển vượt quá tốc độ lắng đọng của trầm tích, dẫn đến một phản hồi tích cực giữa giảm lắng đọng và mất mát thảm thực vật, làm đuối các đầm lầy. Tuy nhiên, hiện tại thiếu một khuôn khổ chung để nhận dạng những chuyển tiếp quan trọng do tỷ lệ gây ra và dự đoán sự sụp đổ của đầm lầy mặn thông qua các tín hiệu cảnh báo sớm. Do đó, chúng tôi áp dụng khái niệm mới về chuyển tiếp quan trọng do tỷ lệ gây ra vào hệ sinh thái đầm lầy mặn. Chúng tôi tiết lộ những chuyển tiếp quan trọng do tỷ lệ gây ra và các tín hiệu cảnh báo sớm địa hình mới cho sự sụp đổ sắp tới của đầm lầy mặn trong một mô hình không gian. Những tín hiệu này bao gồm sự giảm chiều cao của đầm lầy, tỷ lệ giữa diện tích đầm lầy và diện tích suối, độ dốc cliff của suối, cũng như sự gia tăng độ sâu của suối. Thêm vào đó, nghiên cứu này dự đoán rằng việc tăng khả năng giữ trầm tích của cây cối sẽ là một biện pháp hiệu quả để tăng tỷ lệ quan trọng mà tại đó đầm lầy mặn sụp đổ. Mô hình không gian tổng quát cũng áp dụng cho các hệ sinh thái ngập triều khác có động lực tương tự, chẳng hạn như bãi triều và rừng ngập mặn. Những phát hiện của chúng tôi tạo điều kiện cho việc đánh giá khả năng phục hồi tốt hơn của các hệ sinh thái ngập triều trên toàn cầu và xác định các biện pháp bảo vệ cho những hệ sinh thái này.
Từ khóa
#đầm lầy mặn; hệ sinh thái ngập triều; chuyển tiếp quan trọng; cảnh báo sớm; gia tăng mực nước biểnTài liệu tham khảo
Ashwin P, Wieczorek S, Vitolo R, Cox P. 2012. Tipping points in open systems: bifurcation, noise-induced and rate-dependent examples in the climate system. Phil Trans R Soc A 370:1166–1184.
Bastiaansen R, Jaïbi O, Deblauwe V, Eppinga MB, Siteur K, Siero E, Mermoz S, Bouvet A, Doelman A, Rietkerk M. 2018. Multistability of model and real dryland ecosystems through spatial self-organization. P Natl Acad Sci USA 115:11256–11261.
Bertness MD, Ellison AM. 1987. Determinants of pattern in a New England salt marsh plant community. Ecol Monogr 57:129–147.
Fagherazzi S, Kirwan ML, Mudd SM, Guntenspergen GR, Temmerman S, D’Alpaos A, van de Koppel J, Rybczyk JM, Reyes E, Craft C, Clough J. 2012. Numerical models of salt marsh evolution: Ecological, geomorphic, and climatic factors. Rev Geophys 50:RG1002.
Kirwan ML, Guntenspergen GR. 2010. Influence of tidal range on the stability of coastal marshland. J Geophys Res 115:F02009.
Kirwan ML, Megonigal JP. 2013. Tidal wetland stability in the face of human impacts and sea-level rise. Nature 504:53–60.
Kirwan ML, Murray AB. 2007. A coupled geomorphic and ecological model of tidal marsh evolution. P Natl Acad Sci USA 104:6118–6122.
Kirwan ML, Guntenspergen GR, Morris JT. 2009. Latitudinal trends in Spartina alterniflora productivity and the response of coastal marshes to global change. Glob Change Biol 15:1982–1989.
Lovelock CE, Cahoon DR, Friess DA, Guntenspergen GR, Krauss KW, Reef R, Roger K, Saunders ML, Sidik F, Swales A, Saintilan N, Le XT, Triet T. 2015. The vulnerability of Indo-Pacific mangrove forests to sea-level rise. Nature 526:559–563.
Meire P, Ysebaert T, van Damme S, van den Bergh E, Maris T, Struyf E. 2005. The Scheldt estuary: a description of a changing ecosystem. Hydrobiologia 540:1–11.
Morris JT, Sundareshwar PV, Nietch CT, Kjerfve B, Cahoon DR. 2002. Responses of coastal wetlands to rising sea level. Ecology 83:2869–2877.
Morris JT, Sundberg K, Hopkinson CS. 2013. Salt marsh primary production and its responses to relative sea level and nutrients in estuaries at Plum Island, Massachusetts, and North Inlet, South Carolina, USA. Oceanography 26:78–84.
Reed D, van Wesenbeeck B, Herman PMJ, Meselhe E. 2018. Tidal flat-wetland systems as flood defenses: understanding biogeomorphic controls. Estuar Coast Shelf S 213:269–282.
Rietkerk M, Boerlijst MC, van Langevelde F, HilleRisLambers R, van de Koppel J, Kumar L, Prins HHT, de Roos AM. 2002. Self-organization of vegetation in arid ecosystems. Am Nat 60:524–530.
Rietkerk M, Dekker SC, de Ruiter PC, van de Koppel J. 2004. Self-organized patchiness and catastrophic shifts in ecosystems. Science 305:1926–1929.
Ritchie P, Sieber J. 2016. Early-warning indicators for rate-induced tipping. Chaos Interdiscip J Nonlinear Sci 26:093116.
Rizzetto F, Tosi L. 2011. Aptitude of modern salt marshes to counteract relative sea-level rise, Venice Lagoon (Italy). Geology 39:755–758.
Roman CT. 2017. Salt marsh sustainability: challenges during an uncertain future. Estuar Coast 40:711–716.
Scheffer M, Carpenter S, Foley JA, Folke C, Walker B. 2001. Catastrophic shifts in ecosystems. Nature 413:591–596.
Scheffer M, van Nes EH, Holmgren M, Hughes T. 2008. Pulse-driven loss of top-down control: the critical-rate hypothesis. Ecosystems 11:226–237.
Scheffer M, Bascompte J, Brock WA, Brovkin V, Carpenter SR, Dakos V, Held H, van Nes EH, Rietkerk M, Sugihara G. 2009. Early-warning signals for critical transitions. Nature 461:53–59.
Schepers L, Kirwan ML, Guntenspergen GR, Temmerman S. 2017. Spatio-temporal development of vegetation die-off in a submerging coastal marsh. Limnol Oceanogr 62:137–150.
Siteur K, Eppinga MB, Doelman A, Siero E, Rietkerk M. 2016. Ecosystems off track: rate-induced critical transitions in ecological models. Oikos 125:1689–1699.
Temmerman S, Govers G, Wartel S, Meire P. 2004. Modelling estuarine variations in tidal marsh sedimentation: response to changing sea level and suspended sediment concentrations. Mar Geol 212:1–19.
Temmink RJM, Christianen MJA, Fivash GS, Angelini C, Boström C, Didderen K, Engel SM, Esteban N, Gaeckle JL, Gagnon K, Govers LL, Infantes E, van Katwijk MM, Kipson S, Lamers LPM, Lengkeek W, Silliman BR, van Tussenbroek BI, Unsworth RKF, Yaakub SM, Bouma TJ, van der Heide T. 2020. Mimicry of emergent traits amplifies coastal restoration success. Nature Commun 11:1–9.
van Belzen J, van de Koppel J, Kirwan ML, van der Wal D, Herman PMJ, Dakos V, Kéfi S, Scheffer M, Guntenspergen GR, Bouma TJ. 2017. Vegetation recovery in tidal marshes reveals critical slowing down under increased inundation. Nat Commun 8:15811.
van Maanen B, Coco G, Bryan KR. 2015. On the ecogeomorphological feedbacks that control tidal channel network evolution in a sandy mangrove setting. Proc R Soc A 471:20150115.
van Wesenbeeck BK, van de Koppel J, Herman PMJ, Bouma TJ. 2008. Does scale-dependent feedback explain spatial complexity in salt-marsh ecosystems? Oikos 117:152–159.
van de Koppel J, Herman PMJ, Thoolen P, Heip CHR. 2001. Do alternate stable states occur in natural ecosystems? Evidence from a tidal flat. Ecology 82:3449–3461.
van der Wal D, Wielemaker-van den Dool A, Herman PMJ. 2008. Spatial patterns, rates and mechanisms of saltmarsh cycles (Westerschelde, The Netherlands). Estuar Coast Shelf S 76:357–368.
Vitousek PM, Mooney HA, Lubchenco J, Melillo JM. 1997. Human domination of Earth’s ecosystems. Science 277:494–499.
Wissel C. 1984. A universal law of the characteristic return time near thresholds. Oecologia 65:101–107.