关键词:生态系统,空间斑图,自组织,临界点,相分离


论文题目:Phase-separation physics underlies new theory for the resilience of patchy ecosystems
论文来源:PNAS
论文链接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202683120


生态系统空间自组织形成大尺度(从微米到米)斑图是生态学的重要现象,使生物能够应对恶劣的环境条件,并缓冲生态系统的退化。尺度依赖性反馈为自组织空间斑图提供了主要的概念框架,解释了在干旱生态系统或贻贝床等地方观察到的规律模式。
本文强调了自组织斑图的另一种机制,基于生物或非生物物种的聚集,如食草动物、沉积物或营养物质。研究通过使用一个通用的数学模型证明,具有聚集驱动斑图的生态系统,与通过尺度依赖性反馈形成斑图的生态系统,有着根本不同的动力学和韧性。

在相分离动力学的物理理论基础上,研究表明,与通过尺度依赖性反馈形成斑图的生态系统相比,具有聚集斑图的斑块状生态系统更脆弱,特别是在小空间尺度上。这是因为局部干扰会引发资源的大尺度重新分配,放大局部退化。最后,研究表明,来自物理学的见解通过对聚集模式的启动和它们的粗粒化趋势提供机制理解,提供了一个新的指标框架,以标志接近生态临界点和随后这类斑块生态系统的生态退化。

图1. 具有不规则斑图的斑块生态系统,缺乏尺度依赖性反馈,但在固着物种和移动的消费者或资源之间具有强烈反馈。


图2. 描述生态系统空间自组织的两个模型:尺度依赖性反馈形成斑图,密度依赖性聚集驱动斑图。


图3. 生态系统退化的物理指标:斑块大小分布、覆盖度和局部密度。



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