Краткая причинно-следственная модель (DAG + формулы) объясняющая, почему вымирание опылителей снижает устойчивость экосистем и продовольственную безопасность.
Ключевые переменные:
- $P$ — абунданс/услуга опылителей;
- $S$ — эффективность услуг опыления;
- $R$ — репродукция цветковых растений (семян, плодов);
- $D$ — растительная видовая/функциональная разнообразие;
- $Y$ — урожайность культивируемых и дикорастущих съедобных видов;
- $E$ — экосистемная устойчивость/резилиенс (способность возвращаться после шока);
- $F$ — продовольственная безопасность (доступность/стабильность поставок);
- $B$ — давление вредителей/болезней (как модифицирующий фактор);
- $H$ — антропогенные компенсационные меры (пестициды, орошение).
Структура причинных связей (словесно / DAG):
$P\to S\to R\to (D,Y)\to E\to F$.
Побочные/обратные связи: $D\to P$ (меньше растений — меньше ресурсов для опылителей), $H\to P$ (компенсации часто снижают $P$), $R\downarrow \to B\uparrow$ (изменение сообществ повышает вредителей).
Функциональные зависимости (простая математическая модель):
1) Услуги опыления пропорциональны опылителям:
$S=\alpha P$, $\alpha >0$.
2) Репродукция растений — насыщаемая функция от услуг опыления и абиотики $A$:
$R=R_{\max }\frac{S}{S+S_{50}}+\gamma A$,
где $S_{50}$ — значение $S$ при половинной репродукции.
3) Видовое разнообразие меняется от репродукции и потерь:
$\Delta D=\delta R-\eta D$,
где $\delta$ — вклад репродукции в поддержание разнообразия, $\eta$ — темп гибели/утраты видов.
4) Урожайность зависит от прямого опыления и от экосистемной поддержки (почва, биоконтроль):
$Y=\theta S+\varphi D-\psi B+\mu H$,
где $\psi$ — ущерб от вредителей, $\mu$ — эффект компенсационных мер (краткосрочная).
5) Экосистемная устойчивость возрастает с разнообразием и функциональным резервом:
$E={\kappa }_{1}D+{\kappa }_{2}G-{\kappa }_3\Phi (H)$,
где $G$ — генетическое разнообразие, $\Phi (H)$ — побочные эффекты мер $H$.
6) Вероятность продовольственного кризиса обратно связана с $Y$ и $E$:
$\mathrm{Pr}(\text{кризис})=1-F=1-\Psi \left(\frac{Y}{{\sigma }_Y(E)}\right)$,
где ${\sigma }_Y(E)$ — вариабельность урожая, убывающая с $E$, например ${\sigma }_Y(E)={\sigma }_0/(1+\lambda E)$, и $\Psi$ — функция, отражающая пороговые потребности.
Ключевые механизмы и следствия (кратко):
- Линейное/насыщаемое снижение $P$ даёт уменьшение $S$ и нелинейное падение $R$ (через насыщаемую функцию) — сильный эффект при низких $P$.
- Снижение $R$ приводит к потере $D$ и $G$, что уменьшает функциональную избыточность (резерв), т.е. $E$ падает. Меньшая $E$ → большая чувствительность к шокам (погода, болезни) и рост ${\sigma }_Y$.
- Падение $Y$ и рост вариабельности ведут к росту $\mathrm{Pr}(\text{кризис})$ — прямой эффект на продовольственную безопасность.
- Обратная связь: потеря $D$ уменьшает ресурсы для опылителей ($D\to P$) → усиление тренда вымирания (положительная обратная петля), возможные пороговые переходы/тяжёлые нелинейности при $P<P_c$.
- Компенсации $H$ (интенсивная агрокультура, пестициды, импорт) могут временно поддержать $Y$ ($\mu H$), но часто снижают $P$ и $E$ далее ($\Phi (H)$), что усугубляет долгосрочную уязвимость.
Иллюстрация порогового риска:
- Если $P$ опускается ниже критического $P_c$, репродукция снижается настолько, что $\delta R<\eta D$, тогда $\Delta D<0$ и начинается ускоренная потеря биоразнообразия — возможный таппинг к новому, менее устойчивому состоянию.
Вывод (в одну строку):
Вымирание опылителей уменьшает услуги опыления ($S$), что снижает репродукцию ($R$), видовое разнообразие ($D$) и урожайность ($Y$), снижая экосистемную устойчивость ($E$) и увеличивая риск продовольственного кризиса ($\mathrm{Pr}(\text{кризис})$); обратные связи и пороговые эффекты делают этот процесс нелинейным и потенциально необратимым.