Чем помехи отличаются от возмущений: Помехи — Альфа ЭМС — обследование электромагнитной совместимости (ЭМС) — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

1.7. Помехи в каналах связи

В реальных каналах связи сигналы при передаче искажаются, что приводит к воспроизведению сообщения на приемном конце с некоторой ошибкой. В общем случае это ведет к понижению верности и скорости передачи. Причиной этому являются искажения, вносимые caмим каналом, случайные помехи, воздействующие на сигнал в линии связи, а также случайные изменения параметров самого канала.

Искажения, вносимые каналом, могут быть линейными и нелинейными. Они устраняются путем соответствующей коррекции характеристик канала.

В отличие от искажений помехи носят случайный характер. Они заранее неизвестны и поэтому не могут быть полностью устранены.

Помехи в канале связи подразделяются на внутренние и внешние. Источником внутренних помех является тепловое хаотическое движение электронов в лампах, полупроводниковых приборах, электрических цепях и т.д.

К внешним помехам относятся атмосферные, станционные, индустриальные, космические и другие помехи.

В радиоканалах наиболее распространенными являются атмосферные помехи. Энергия этих помех в основном сосредоточена в области средних и длинных волн. Станционные помехи обусловлены нарушениями распределения рабочих частот, плохой фильтрацией гармоник сигнала, нелинейными процессами в аппаратуре, ведущими к перекрестным искажениям и т.д. Индустриальные помехи создаются линиями электропередачи, генераторами, системами зажигания двигателей и др. Космические помехи создаются электромагнитными процессами, происходящими в Галактике, на Солнце и других внеземных объектах. Эти помехи особенно сказываются в диапазоне УКВ до нескольких ГГц, после чего их интенсивность резко убывает.

Огромное разнообразие источников приводит к тому, что структура и вероятностные характеристики помех существенно отличаются. Тем не менее, по характеру спектра все помехи в каналах связи можно разделить на

флуктуационные, сосредоточенные и импульсные.

Флуктуационная помеха является случайным процессом, обладающим практически равномерным энергетическим спектром. Эта помеха имеет место во всех реальных каналах связи. Примером флуктуационной помехи являются внутренние шумы элементов аппаратуры связи, космические шумы и некоторые виды атмосферных и индустриальных помех. Ширина спектра флуктуационных помех много больше спектра передаваемого сигнала.

Сосредоточенная помеха имеет энергетический спектр более узкий или такой же, как у сигнала. Она может создаваться посторонними средствами связи и другими промышленными объектами. Как правило, сосредоточенные помехи представляют собой модулированные колебания. Этот вид помех особенно сильно проявляется в каналах радиосвязи.

Импульсная помеха представляет собой случайные или регулярные последовательности импульсов большой скважности. Длительность таких импульсов меньше длительности элементарного сигнала. Переходные явления от воздействия импульсов в приемной аппаратуре обычно успевают затухнуть к моменту прихода следующего импульса. К импульсным помехам относятся многие виды атмосферных и индустриальных помех. В зависимости от частоты следования импульсов они могут воздействовать на приемник с широкой полосой — как импульсная помеха, а на приемник с узкой полосой — как флуктуационная помеха.

Еще одним видом помех является флуктуация параметров радиокана-ла. Случайные изменения его параметров приводят к непостоянству коэф-фициента передачи и времени прохождения сигналов по каналу связи, а также к явлению многолучевого распространения радиоволн.

Все перечисленные выше возмущения обязательно проявляются в виде помехи в той или иной мере при передаче сигналов.

Независимо от вида возмущений в канале связи, его воздействие на сигнал можно представить в виде оператора .

Если возмущение, действующее в канале связи, складывается с сигналом, то это аддитивная помеха. К ней относятся тепловые шумы, атмосферные, космические, промышленные и станционные помехи.

Аддитивная помеха воздействует на вход приемника независимо от сигнала и проявляется также при отсутствии сигнала. В этом случае оператор преобразуется в сумму . Аддитивную помеху в инженерной практике часто называют шумом.

Если же возмущение непосредственно связано с прохождением сигнала в канале связи, то оно называется мультипликативной помехой. Эта помеха перемножается с сигналом, а при его отсутствии никак не проявляется на входе приемника. При этом оператор преобразуется в произведение , где — коэффициент передачи канала связи, изменяющийся случайным образом во времени.

Мультипликативные помехи характерны для каналов радиосвязи. Они возникают в результате многолучевого распространения радиоволн, их интерференции в точке приема, а также в результате нерегулярных изменений параметров среды распространения радиоволн (высоты и толщины слоев тропосферы, электронной концентрации и т. п.).

В результате многолучевости распространения радиоволн амплитуда и фаза сигнала медленно, по сравнению с собственными колебаниями, изменяется. Это изменение можно представить как процесс модуляции в виде произведения модулируемой и модулирующей функций.

Мультипликативная помеха может быть также результатом проявления нелинейных свойств отдельных элементов тракта радиосвязи, в которых одновременно действуют сигнал и помеха.

В каналах радиосвязи имеют место как аддитивные, так и мультипликативные помехи. Поэтому сигнал в канале связи может быть представлен в виде

(1.20)

где — коэффициент передачи канала радиосвязи;

— передаваемый сигнал;

— время запаздывания сигнала — го луча;

— аддитивная помеха;

к — число лучей.

Канал связи, параметры и которого неизменны во времени, называется каналом с постоянными параметрами.

Таких каналов крайне мало. К ним относятся проводные каналы связи и каналы радиосвязи УКВ прямой видимости .

Во всех же других каналах параметры и непрерывно меняются случайным образом. Такие каналы радиосвязи называются кaнaлaми с пере-менными параметрами.

Случайные изменения параметров и приводят к непрерывному изменению уровня принимаемого сигнала, которое называется замираниями или федингами. Замирания обусловлены интерференцией в точке приема многих лучей, прошедших различные пути в результате многократного отражения радиоволн от различных слоев атмосферы.

Нерегулярный характер изменения высоты и толщины этих слоев, а также их электронной концентрации приводит к случайным изменениям амплитуд и фаз отдельных лучей на входе приемника. В итоге, результирую-щий сигнал подвержен замираниям по случайному закону.

Кроме интерференционных замираний наблюдаются поляризационные замирания, обусловленные вращением плоскости поляризации волны под действием магнитного поля Земли.

В зависимости от ширины спектра сигнала и свойств среды распростра-нения различают гладкие и селективные замирания. В свою очередь зами-рания могут быть медленными и быстрыми.

Когда взаимное запаздывание приходящих лучей соизмеримо с длительностью элемента сигнала, явление многолучевого распространения вызывает не только замирания сигнала, но и наложение соседних элементов сигнала друг на друга. Это явление называется радиоэхо, а запаздывающий луч — эхо-с и г н а л о м

Медленные изменения параметра , приводящие к медленным замираниям, вызываются суточными и сезонными изменениями состояния тропосферы и ионосферы.

Быстрые замирания обусловлены, главным образом, многолучевым распространением радиоволн.

Типичными представителями каналов с переменными параметрами являются коротковолновые каналы радиосвязи, а также УКВ-каналы тропосферной, ионосферной и метеорной радиосвязи.

Вопросы для самопроверки

Чем отличают канал и система связи?
Какими показателями характеризуется любая система передачи информации?
Назовите физические характеристики сигнала и канала связи.

Чем отличаются непрерывные и дискретные сообщения?
Что такое первичный электрический сигнал?
Назовите основные характеристики речи и слуха.
Поясните термин «канал тональной частоты».
Дайте характеристику дискретным сигналам.
Какие виды модуляции применяются в непрерывных системах связи?
Какие виды манипуляции применяются в дискретных системах связи?
Что такое шумоподобные сигналы и где они применяются?
Поясните теорему В. А. Котельникова.
Какие виды аддитивных помех вы знаете?
Что такое мультипликативная помеха?

ЛИТЕРАТУРА: Основная: [ЭП], [1,2], доп. [3].

Задачи

Задача 1.

Даны параметры сигнала: ширина спектра , динамический диапазон и время действия сигнала. Параметры канала и совпадают по величине с параметрами сигнала, но полоса пропускания канала в два раза шире сигнала . Как эффективно передать такой сигнал по каналу связи?

Задача 2.

Покажите на примере речевого сигнала с верхней частотой =3,4 кГц, что его можно передать конечным множеством его значений на интервале Т=5 с. Воспользуйтесь теоремой В.А. Котельникова и вычислите интервал дискретизации и число отсчетов на заданном интервале времени.

Литература:[ЭП], [1,3].

Надо ли экранировать СКС? | Журнал сетевых решений/LAN

В истекшем году структурированным кабельным системам исполнилось 18 лет — если вести отсчет с момента появления первого проекта стандарта ISO/IEC 11801 в 1993 году. С тех пор перед специалистами постоянно вставал вопрос о целесообразности применения экранирования. Теперь, когда СКС как техническое направление достигли своего совершеннолетия, появился хороший повод вернуться к этой теме еще раз, чтобы понять, заслуживает ли экранирование того внимания, которое ему уделялось ранее.

В мировой практике кабельные системы реализуются преимущественно в неэкранированном варианте, в связи с чем возникает резонный вопрос: так, может, следует вообще отказаться от экранированных систем? Пользователям хорошо знакома проблема выхода из строя жестких дисков компьютера. Однако они вряд ли смогут припомнить случаи отказа ИТ-систем из-за электромагнитных помех, чему в немалой степени способствует как статистический характер соответствующих возмущений, так и наличие механизма исправления ошибок в протоколе Ethernet. Исследования, проведенные в конце 90-х годов, продемонстрировали, что неудовлетворительные характеристики электромагнитной совместимости линий воспринимаются пользователями как высокая нагрузка на сеть. Ошибки в передаваемой информации, возникающие вследствие влияния электромагнитных наводок, ничем не отличаются от коллизий и интерпретируются сетевым оборудованием Ethernet именно таким образом. В тяжелых случаях это может привести к полному отказу сети, но поскольку подобные явления происходят редко, на них не обращают внимания.

Представленная статистика была накоплена при работе с сетевым оборудованием стандартов 100BaseTX и 1GBaseT, которое обладает заметно более высокой степенью защиты от внешних воздействий по сравнению с интерфейсами 10GBaseT. Последние — при всей эффективности использования рабочих частот благодаря искусной обработке широкополосного сигнала — оказываются намного чувствительнее к разного рода помехам из-за минимальных уровней сигнала. Вывод следует незамедлительно: альтернативы экранированию нет.

При подготовке проекта построения кабельной инфраструктуры особое значение придается защите инвестиций, направляемых на ее создание, и экономической целесообразности. В идеальном случае разработку концепции и технических решений на ее основе выполняет специалист, независимый от производителя СКС, при этом он осуществляет всестороннюю оптимизацию с учетом всего комплекса параметров. Как показывает опыт, наилучшую защиту инвестиций обеспечивают продукты с наилучшими характеристиками. Тем не менее постоянно растет доля проектов, где используется низкокачественное, но зато более дешевое оборудование, а в ходе работ нарушаются правила инсталляции.

БАЗОВЫЕ ОСНОВЫ ЭКРАНИРОВАНИЯ

Электромагнитные помехи по большей части носят несимметричный характер. Это означает, что изменение напряжения, создаваемого этим источником, происходит относительно земли. Симметричные кабельные цепи эффективно подавляют помеху независимо от природы ее возникновения, если только помеха действует на оба провода симметричного тракта передачи одинаковым образом (см. Рисунок 1). Данный случай соответствует идеальной симметрии и означает, что обе помеховые составляющие вычитаются друг из друга. Известно, однако, что в реальности полной компенсации не происходит. Численной мерой отклонения от идеального случая служит специальный параметр — затухание несимметричных помех (Transversе Conversion Loss, TCL). В результате предельная величина подавления помехи ограничена 40 дБ, что в ряде практически важных случаев оказывается недостаточным. Для доведения степени подавления внешней помехи до нужного значения используется дополнительный проводник, изготовленный в форме трубки, который защищает пару проводов со всех сторон. Вместо трубки удобнее использовать ее аналог в виде оплетки, обеспечивающей необходимую защиту и почти не ограничивающей гибкость кабеля. Механизм действия экрана показан на Рисунке 1. Электростатическое воздействие блокируется полностью за счет эффекта клетки Фарадея. Магнитное поле в значительной степени подавляется благодаря явлению взаимной индукции. В результате высокочастотное излучение имеет сравнительно небольшую глубину проникновения и не достигает внутреннего проводящего контура.

Рисунок 1. Электромагнитные помехи по большей части носят несимметричный характер. Это означает, что изменение напряжения, создаваемого этим источником, происходит относительно земли. Симметричные кабельные цепи эффективно подавляют помеху независимо от природы ее возникновения, если помеха действует на оба провода симметричного тракта передачи одинаковым образом.

Рисунок 2. Проблема электромагнитной совместимости отдельных электрических устройств остается актуальной вот уже несколько лет. Наиболее сложным случаем является наличие помех, которые действуют на тракты передачи извне и приводят к отказу системы.

Проблема электромагнитной совместимости отдельных электрических устройств не теряет своей актуальности уже длительное время. Наибольшие проблемы вызывают те помехи, которые действуют на тракт передачи извне и приводят к отказу системы (см. Рисунок 2). На оборудование локальных сетей в частотном диапазоне 80,0 МГц – 2,0 ГГц воздействует большое количество различных источников. Например, помехи создают мобильные телефоны, стационарные радиостанции, телевизионные и радиовещательные передатчики, переносные радиостанции и различные промышленные ВЧ-установки. Нарушение функционирования локальной сети происходит в тот момент, когда данные устройства генерируют импульсную помеху, мощность которой превышает порог нечувствительности сетевого оборудования. Другими источниками помех являются силовые электрические кабели и работающие люминесцентные лампы.

КЛАССЫ ЭКРАНИРОВАНИЯ СИММЕТРИЧНЫХ КАБЕЛЕЙ

Для того чтобы сравнение экранированных и неэкранированных систем в конкретном проекте было наиболее эффективным, необходимо ввести соответствующую численную меру. В этом вопросе так называемое сопротивление связи мало чем может помочь. Дело в том, что этот классический в области экранирования параметр не определен для неэкранированных систем. Сопротивление связи удобно тем, что зависит исключительно от конструкции кабеля, а не от условий окружающей среды и схемы включения изделия. Данный параметр обладает определенной частотной зависимостью, причем чем ниже его абсолютное значение, тем меньше мешающее напряжение, наводимое током внешней помехи, который протекает в экране. Стандарт IEC61156-5 различает две группы изделий: с уровнем 1 (оплеточный экран) и с уровнем 2 (кабель с пленочным экраном). Для многих пользователей определение сопротивления связи представляется слишком абстрактным, а потому непонятным.

С целью устранения указанного выше недостатка в стандарте IEC 62153-4-5 был введен специальный параметр затухания экранирования, который в количественной форме характеризует комбинированное действие экрана (при его наличии) и скрутки отдельных пар симметричного кабеля. Процедура определения затухания экранирования построена таким образом, что она выполняется в условиях обычного функционирования сети, что позволяет отделить зерна от плевел. В Таблице 1 сравниваются требования к кабелю для построения СКС, причем соответствие между конструктивными вариантами исполнения кабеля и требованиями к характеристикам их устойчивости к внешним помехам отвечает типичным результатам измерений. На основании представленных данных можно сделать вывод, что кабель UTP обеспечивает степень подавления внешней помехи в 1000 раз (40 дБ), в то время как у конструкций S/FTP значение этого параметра достигает 30 000 (85 дБ).

Таблица 1. Сопротивление связи и затухание экранирования для кабелей различных разновидностей.

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОСТРАНСТВЕННОМУ РАЗДЕЛЕНИЮ ЛИНИЙ

Хорошо известный инсталляционный стандарт EN 50174-2 наряду с общими рекомендациями по проведению монтажных работ содержит ряд указаний относительно совместной прокладки силовых и информационных кабелей, в том числе рекомендуемых расстояний между ними и применения разделителей на трассах. Подробные рекомендации по разнесению силовых и информационных кабелей введены и в последнюю редакцию стандарта EN 50174-2:2009, причем включенная в него информация может использоваться и при построении экранированных и неэкранированных конструкций (см. Таблицу 2).

Таблица 2. Классификация кабелей для передачи информационных сигналов.

Величина пространственного разноса силовых и информационных кабелей зависит от следующих факторов:

сопротивления связи (качества экрана) информационного кабеля;
особенностей конструкции и количества цепей передачи тока в силовых кабелях;
наличия разделительных перегородок в кабельных каналах.

Минимальное расстояние А между силовыми и информационными кабелями рассчитывается как А = S × P, где S — минимальное расстояние без применения разделителя, Р — поправочный коэффициент.

Пример. Структурированная кабельная система полностью соответствует требованиям стандарта EN 50173 и построена на основе кабелей Категории 7. Класс разделения без применения перегородки определен как d и дает S = 10 мм. 80% кабельных каналов, доступных на рынке, изготавливаются из поливинилхлорида. В канале прокладывается 10 силовых кабелей. Такие условия соответствуют Р = 0,8 и А = S × P = 10 мм × 0,8 = 8 мм.

При первой инсталляции кабельной системы и модернизации уже построенной ранее необходимо обратить внимание на часто встречающиеся ошибки (см. Рисунок 3). Они связаны с тем, что силовые и информационные кабели прокладываются в одном канале, что не исключает прямого контакта этих разнородных изделий. Чаще всего данная ситуация становится возможной из-за отсутствия разделительной перегородки в настенных коробах. Отрицательные последствия такого нарушения сильно зависят от дальности связи и числа кабелей в канале. Верхние кабели своей массой давят вниз, что приводит к дополнительному сближению отдельных групп кабельных изделий.

Рисунок 3. Силовые и информационные кабели часто прокладываются в одном канале. При этом не исключен прямой контакт этих разнородных изделий.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКРАНИРОВАНИЯ

Для оценки стоимости решения рассмотрим несколько возможных сценариев построения горизонтальной подсистемы в случае ее реализации на элементной базе различного вида. Анализ будем проводить для трех типичных однородных и неоднородных сетей различного размера:

Небольшая смешанная инсталляция, что в общем случае может означать прокладку кабелей недалеко от производственных помещений, где вероятно воздействие достаточно мощных электромагнитных помех. На каждый информационный кабель приходится один силовой кабель 3 × 1,5 мм².
Офисная гетерогенная сеть среднего размера с низковольтным электроснабжением терминальных устройств локальной сети. На каждый силовой кабель приходится три информационных.
Масштабная офисная сеть с высокой плотностью размещения рабочих мест, в которой информационные кабели имеют доминирующее значение и разделены на отдельные сегменты. На каждый силовой кабель приходится пять информационных.

Для данной задачи класс кабельной системы имеет второстепенное значение. Однако для большей определенности дальнейший анализ будем вести исходя из применения кабельной системы класса ЕА. Согласно перспективному стандарту EN 50288-10-1, в таких условиях допустимо применять кабели, которые относятся к классам разделения с или d, то есть кабельные каналы должны быть оснащены в соответствии с требованиями стандарта EN 50174-2. Соответственно, возможно три варианта реализации кабельных каналов:

классический пластиковый канал, в котором установлена разделительная стенка;
пластиковый трехсекционный канал;
металлический кабельный канал с металлическими разделителями.

В случае офисной сети малого или среднего масштаба плотность слаботочных кабелей оказывается сравнительно высокой. В этой ситуации использование относительно недорогих информационных кабелей с классом разделения с требует увеличения расстояния между кабелями или применения металлической разделительной перегородки.

Экономичная пластиковая стенка разделяет кабельные пучки, однако не обеспечивает того расстояния между ними, которое нормируется стандартом EN50174-2. Металлические разделительные стенки, устанавливаемые в пластиковых каналах (вариант 1), позволяют добиться необходимой степени подавления мешающего воздействия, но стоимость решения значительно возрастает. Последнее обусловлено не только применением более дорогого материала для стенки, но и необходимостью ее заземления. С учетом данных обстоятельств такие кабельные каналы целесообразно использовать для кабелей с классом разделения не ниже d.

Трехкамерные каналы (вариант 2) обеспечивают большое расстояние между двумя кабельными пучками и позволяют применять кабели с классами разделения с и d, то есть в обоих случаях представляют собой экономичное решение. Тем не менее следует иметь в виду, что разделение в трех камерах выполняется при помощи пластиковых перегородок с ограниченным действием. Разделительные перегородки должны устанавливаться таким образом, чтобы расстояние между кабельными пучками было не менее 50 мм — именно такое значение рекомендуется для кабелей, отвечающих требованиям класса d по разделению.

Наилучшие характеристики обеспечивают металлические кабельные каналы, которые дополнительно снабжаются металлическими разделительными перегородками. В этом случае заземляется весь канал. Изоляция наиболее эффективно снижает уровень электромагнитного воздействия, что позволяет использовать информационные кабели с классом разделения с. Тем не менее высококачественное экранирование, выполняемое с помощью такого кабельного канала, вызывает ряд вопросов. Необходимость в разделении может возникнуть самое позднее при прокладке кабелей к этажным распределителям, и тогда снова может появиться потребность в кабелях с классом разделения d.

Построение крупномасштабных офисных кабельных систем имеет свои особенности. С учетом того, что силовые кабели прокладываются по своим маршрутам, в данной ситуации можно воспользоваться классическим пластиковым коробом (вариант 1), который, однако, должен быть выполнен по трехкамерной схеме. При одинаковых путях прокладки силовых и распределенных кабелей общая картина аналогична офису среднего масштаба. Ввиду сравнительно низкой плотности силовых кабелей металлические каналы в этой среде не могут проявить свои преимущества по разделению цепей и лишь повышают стоимость прокладки информационных сетей. В качественной форме данные положения представлены в Таблице 3. Расчеты, проведенные для офисов среднего масштаба с нормальной электромагнитной обстановкой при наличии 15 информационных кабелей в канале, показали, что использование кабелей класса d ведет к наименьшей стоимости проекта при всех трех вариантах реализации каналов.

Таблица 3. Расходы на заземление (+) и общая стоимость (€) для сетей различных масштабов при использовании разных типов кабельных каналов.

Зоран Борчич — менеджер по продуктам в регионе ЕМЕА компании Draka Comteq, Карстен Фэр — менеджер по маркетингу компании Draka Comteq.

Нарушений и стрессоров | Климатические центры USDA

Возмущения — это события, такие как торнадо, лесные пожары или наводнения, которые вызывают заметные изменения в затронутой области. Стрессовые факторы, такие как патогены или водный стресс, представляют собой динамику, которая ухудшает или включает функцию или продуктивность системы. Нарушения и факторы стресса часто рассматриваются как одно и то же, и хотя они могут иметь схожие последствия для сельскохозяйственного производства, пастбищных угодий и лесных ресурсов, существуют важные различия, которые стоит учитывать. Важно отметить эти различия, поскольку они могут изменить рассматриваемый подход или практику управления, когда речь идет о возмущающем событии, таком как наводнение, или постоянном стрессовом факторе, таком как осаждение азота.

Примеры экологических нарушений включают пожары, оползни, наводнения, ураганы и нашествия насекомых и вредителей. Нарушения часто проявляются в форме краткосрочных или временных изменений ландшафта, но могут иметь очень серьезные последствия для экосистемы. Эти события часто действуют быстро, но с большим влиянием и, таким образом, могут способствовать изменениям в физической структуре системы. Например, пожар в зрелом лесу приводит к другому составу видов после нарушения. Другие типы нарушений могут возникать в течение более длительных и устойчивых периодов времени, что также может способствовать изменениям в биоразнообразии или состоянии системы. При управлении во время возмущения или после него может быть полезно учитывать степень и интенсивность воздействия, вызванного событием. Для этого руководителю может потребоваться оценить всю пространственную протяженность возмущения, а затем посмотреть, где на местности воздействие больше, чем в тех областях, где возмущение оказало очень незначительное влияние. В таких случаях менеджеры или землевладельцы могут обращаться только к тем областям, в которых возникает наибольшая потребность.

Окружающие или экологические стрессоры рассматриваются как нагрузки или динамика, которые воздействуют на компоненты или процессы экосистемы, вызванные человеческой и связанной с ней деятельностью. Стрессовые факторы могут препятствовать или снижать производительность растений или животных, продуктивность или повышать восприимчивость к другим формам стресса, таким как болезни или вредители. Стрессоры могут воздействовать в различных масштабах, некоторые из них могут действовать локально, другие — более регионально, а некоторые имеют глобальные последствия. И широкомасштабные последствия, связанные с глобальными стрессорами, такими как изменение климата, могут превышать или усиливать воздействие местных или региональных стрессоров, таких как загрязнение воздуха или воздействие пыли. И хотя землевладельцы могут только напрямую справляться с местными и региональными факторами стресса, важно учитывать прямое и интерактивное воздействие глобальных факторов стресса.

Нарушения и факторы стресса часто взаимодействуют друг с другом, что приводит к серьезным воздействиям на экосистему. Это обычная динамика лесных экосистем Северной Америки. Например, в период с 2012 по 2016 год в Калифорнии была сильная засуха, а длительное отсутствие влаги в почве вызвало водный стресс у деревьев, в результате чего они стали более восприимчивыми к жукам-короедам и патогенным микроорганизмам. Это синергетическое взаимодействие между водным стрессом, короедом и патогенами в контексте длительного тушения пожаров в совокупности привело к гибели более 100 миллионов деревьев в штате.

При управлении ресурсом важно учитывать нарушения и факторы стресса как по отдельности, так и в интерактивном режиме. И отмечая, какие факторы среди них наиболее эффективны, а затем какими можно управлять, обеспечивая наибольшую отдачу от инвестиций.

Ресурсы

Westerling ALR. 2016 г. Увеличение активности лесных пожаров в западных штатах США: чувствительность к изменениям времени весны. Фил. Транс. Р. Соц. B 371: 20150178. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2015.0178

Матчетт Дж.Р., Берлоу Э.Л., Остоя С.М., Кнапп Р.А., МакКенни Х.К., Брукс М.Л. и Старк П.Б. 2015. Выявление воздействия редких стрессоров на редкие виды: влияет ли на размножение йосемитских жаб использование стаи? Научные отчеты о природе. 5:10702 | DOi: 10.1038/srep10702.

Остоя С.М., М.Л. Брукс, П. Мур, Э.Л. Берлоу, Дж. Чейз, С. Холтейн, Дж. Рош и Р. Бланк. 2014. Влияние стада на луговые экосистемы в Сьерра-Неваде, Калифорния. Журнал пастбищ. 36: 411–427. doi.org/10.1071/RJ14050.

Остоя С.М. и М.Л. Брукс. 2013. Виды, требующие сохранения, и экологические стрессоры: местные, региональные и глобальные последствия (глава 6). В Отчете о статусе партнерства Агентства Южной Невады (ред. Чемберс и Брукс). Лесная служба США — RMRS-GTR-303.

18.2: Каковы последствия помех?

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 78508

Изменения в структуре и составе сообщества с течением времени вызываются нарушениями окружающей среды, такими как извержения вулканов, землетрясения, бури, пожары и изменение климата. Говорят, что сообщества с устойчивой структурой находятся в равновесии. После нарушения сообщество может вернуться или не вернуться в состояние равновесия. При первичной сукцессии вновь обнажившаяся или новообразованная земля заселяется живыми существами; при вторичной сукцессии часть экосистемы нарушается и сохраняются остатки предыдущего сообщества. Таким образом, нарушение может инициировать последовательные изменения.

Виды, которые хорошо приспособлены для эксплуатации нарушенных участков, называются первопроходцами или ранними сукцессиональными видами. Эти теневыносливые виды способны фотосинтезировать с высокой скоростью и, как следствие, быстро расти. Их быстрый рост обычно уравновешивается короткой продолжительностью жизни. Кроме того, хотя эти виды часто доминируют сразу после нарушения, позже они не могут конкурировать с теневыносливыми видами и замещаются этими видами в результате сукцессии. Однако эти сдвиги могут отражать не постепенное вхождение в сообщество более высоких долгоживущих форм, а вместо этого постепенное появление и доминирование видов, которые могли присутствовать, но незаметны сразу после нарушения. ¹ Также было показано, что нарушения являются важными факторами, способствующими инвазии неместных растений. ²

В то время как растениям приходится справляться с возмущениями напрямую из-за отсутствия у них подвижности, многие животные подвижны и, таким образом, не так быстро страдают от беспокойства. Например, некоторые животные могут успешно избежать первоначального уничтожения лесного пожара, но позже могут вернуться на сгоревший участок и размножаться за счет новых побегов на лесной подстилке. Нарушенные сообщества (например, лес после пожара) часто поддерживают большее разнообразие растений по сравнению с растительностью до нарушений. Растения, в свою очередь, поддерживают разнообразие дикой природы, временно увеличивая биологическое разнообразие в лесу. ³

Гипотеза промежуточного нарушения

Гипотеза промежуточного нарушения (IDH) предполагает, что разнообразие местных видов максимально, когда экологические нарушения не слишком редки и не слишком часты. При низком уровне беспокойства более конкурентоспособные организмы будут подталкивать подчиненные виды к вымиранию и доминировать в экосистеме. ⁴ При высоком уровне беспокойства из-за частых лесных пожаров или антропогенного воздействия, такого как вырубка лесов, все виды находятся под угрозой исчезновения. Согласно теории IDH, на промежуточных уровнях нарушения разнообразие, таким образом, максимально, потому что виды, которые процветают как на ранних, так и на поздних стадиях сукцессии, могут сосуществовать. IDH — это неравновесная модель, используемая для описания взаимосвязи между нарушением и видовым разнообразием.

IDH основывается на следующих предпосылках:

экологические нарушения оказывают значительное влияние на видовое богатство в районе нарушения,
межвидовая конкуренция возникает в результате того, что один вид приводит к исчезновению конкурента и становится доминирующим в экосистеме, и
Нарушения экологического масштаба умеренного масштаба препятствуют межвидовой конкуренции. ^5,6,7

Рисунок \(\PageIndex{1}\): I. при низких уровнях экологического нарушения видовое богатство снижается по мере увеличения конкурентного исключения, II. на промежуточных уровнях нарушения разнообразие максимально, потому что виды, которые процветают как на ранних, так и на поздних стадиях сукцессии, могут сосуществовать, III. при высоких уровнях нарушения видовое богатство снижается из-за увеличения перемещения видов. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Intermediate_Disturbance_Hypothesis_Graph.svg

Возмущения нарушают стабильные экосистемы и очищают среду обитания видов. В результате нарушения приводят к перемещению видов на вновь расчищенную территорию (вторичная сукцессия). ⁵ После расчистки территории происходит постепенное увеличение видового богатства и конкуренция между видами. Как только условия, вызывающие нарушение, исчезают, а конкуренция между видами на ранее нарушенной территории усиливается, видовое богатство уменьшается по мере усиления конкурентного исключения. ⁸

«Закон Гаузе», также известный как конкурентное исключение, объясняет, почему виды, конкурирующие за одни и те же ресурсы, не могут сосуществовать в одной и той же нише. ⁶ Каждый вид по-своему реагирует на изменения в результате беспокойства; поэтому IDH можно охарактеризовать как «широкое по описанию и богатое деталями». ⁵ Широкая модель IDH может быть разбита на более мелкие части, которые включают пространственные масштабы внутри участков, пространственные масштабы между участками и чисто временные модели. Каждое подразделение в рамках этой теории порождает аналогичные объяснения сосуществования видов с нарушением среды обитания. Джозеф Х. Коннелл ⁹ предположил, что относительно низкий уровень беспокойства приводит к уменьшению разнообразия, а высокий уровень беспокойства вызывает увеличение перемещения видов. Эти предложенные отношения приводят к гипотезе о том, что промежуточные уровни нарушения будут оптимальным уровнем беспорядка в экосистеме.

Другой способ осмысления IDH требует, чтобы мы рассмотрели типы организмов, которые могли бы специализироваться в областях с различными уровнями нарушений. K-отобранные виды обычно демонстрируют более конкурентные черты. Их основное вложение ресурсов направлено на рост, в результате чего они доминируют в стабильных экосистемах в течение длительного периода времени. Напротив, виды, отобранные с помощью r, быстро колонизируют открытые территории и могут доминировать в ландшафтах, которые недавно были расчищены в результате нарушения. ⁷ Эти характеристики относятся к видам, которые процветают в средах обитания с более и более низким уровнем беспокойства. Основываясь на противоречивых характеристиках обоих этих примеров, области случайного беспокойства позволяют видам r и K процветать в одной и той же области. Если K-отобранные и r-отобранные виды могут обитать в одном и том же регионе, видовое богатство может достичь своего максимума.

Было предложено несколько альтернативных гипотез. Одним из примеров является Денслоу, ¹⁰ , который утверждает, что видовое разнообразие в сосуществовании между видами, опосредованном нарушением, максимизируется за счет наличия режима нарушения, напоминающего исторические процессы. Это связано с тем, что виды обычно адаптируются к уровню нарушений в своей экосистеме посредством эволюции (будь то нарушения высокого, среднего или низкого уровня). Многие виды (например, рудеральные растения и приспособленные к огню виды) даже зависят от нарушений в экосистемах, где это часто происходит.

Участники и ссылки

Изменено Castilleja Olmsted (Университет Питтсбурга) из следующих источников:

Connie Rye (Общественный колледж Восточного Миссисипи), Robert Wise (Университет Висконсина, Ошкош), Vladimir Jurukski (Общественный колледж округа Саффолк) ), Жан ДеСэ (Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл), Юнг Чой (Технологический институт Джорджии), Яэль Ависсар (Колледж Род-Айленда) и другие авторы. Исходный контент от OpenStax (CC BY 4. 0; скачать бесплатно на http://cnx.org/contents/185cbf87-c72…[email protected]).
https://en.wikipedia.org/wiki/Interm…nce_hypothesis
https://en.wikipedia.org/wiki/Нарушение_(экология)

Нобель, И. «Использование жизненно важных атрибутов для прогнозирования последовательных изменений в растительных сообществах, подверженных периодическим нарушениям».
Лембрехтс, Йонас Дж.; Пошар, Анибал; Ленуар, Джонатан; Нуньес, Мартин А .; Герон, Чарли; Вен, Арне; Браво-Монастерио, Пабло; Тенеб, Эрнесто; Нийс, Иван; Милбау, Энн (21 ноября 2016 г.). «Нарушение является ключом к вторжению растений в холодную среду». Труды Национальной академии наук. 113 (49): 14061–14066. doi: 10.1073/pnas.1608980113. ISSN 0027-8424. PMC 5150417. PMID 27872292.
Прингл, Л. 1979. Природный пожар: его экология в лесах. Уильям Морроу и компания, Нью-Йорк. 27-29.
Циферблат, правая сторона; Рафгарден, Дж. (1988). «Теория морских сообществ: гипотеза промежуточного возмущения». Экология . 79 (4): 1412–1424. doi: 10.1890/0012-9658(1998)079[1412:TOMCTI]2.0.CO;2
Уилкинсон, Дэвид М. (1999). «Тревожная история промежуточных нарушений». Ойкос . 84 (1): 145–7.
Кричер, Джон С. (2011). Тропическая экология . Нью-Джерси, Принстон: Издательство Принстонского университета.
Кэтфорд, Джейн А.; Далер, Кертис С.; Мерфи, Хелен Т .; Шеппард, Энди В.; Хардести, Бритта Д.; Уэсткотт, Дэвид А .; Рейманек, Марсель; Беллингем, Питер Дж.; и другие. (2012). «Гипотеза промежуточного нарушения и инвазия растений: последствия для видового богатства и управления». Перспективы экологии, эволюции и систематики растений . 14 (3): 231–41. doi: 10.1016/j.ppees.2011.12.002
Вандермеер, Джон; Буше, Дуглас; Перфекто, Иветт; де ла Серда, Иниго Гранцов (1996). «Теория нарушений и видового разнообразия: данные из Никарагуа после урагана Джоан». Биотропика .