研究揭示驅動生態系統結構演變“無形之手”

時間:2023-01-25 11:18:40來源:憂患余生網 作者:時尚
受訪者供圖

中國東部鹽城地區鹽沼濕地

本報訊 “長距離相互作用”是無形之手存在于復雜系統中的基本特征和規律。華東師范大學、研究演變南京大學、揭示結構復旦大學以及荷蘭皇家海洋研究所、驅動美國布朗大學等機構的生態科學家合作,以我國黃海典型濱海濕地景觀為研究對象,系統率先識別了濱海濕地生態系統中“長距離相互作用”的無形之手具體形式,構建了該規律的研究演變偏微分方程理論模型,并基于一般性規律回答了“什么決定了物種分布格局”這一生態學核心問題。揭示結構6月27日,驅動論文發表于美國《國家科學院院刊》。生態

論文通訊作者之一、系統華東師范大學教授劉權興向《中國科學報》介紹:“‘長距離相互作用’正成為生態學研究的無形之手新方向,但其在塑造生態系統結構等方面的研究演變作用尚有待研究?!?/p>

該跨學科團隊通過分析江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護區40年的揭示結構遙感、生物化學以及動力地貌等多源數據,建立了生物種群—動力沉積系統耦合的生態地貌綜合模型,研究了外來物種互花米草定殖擴張過程中,本地物種蘆葦和堿蓬空間分布的變化規律,揭示了“長距離相互作用”是驅動系統空間層次結構演變的“無形之手”。

研究人員發現互花米草定殖并占據低潮位區域5年后,中潮位的堿蓬群落面積出現快速萎縮趨勢。有趣的是,堿蓬的生境并非被入侵物種互花米草侵占,而是被高潮位的蘆葦占據。研究團隊進一步通過數據驅動的建模方法將“長距離相互作用”納入經典的“反應—擴散”,構建了新型的“反應—擴散—對流—長距離相互作用”偏微分方程模型。

“該模型描述了系統的種群增長、空間擴散、種間競爭和生物—地貌反饋等基本生態地貌過程,揭示了鹽分介導‘長距離相互作用’是導致近年來堿蓬紅海灘快速萎縮的‘兇手’?!闭撐墓餐谝蛔髡?、南京大學博士生王博解釋說,“這種作用的長期積累導致原堿蓬生境鹽分下降到適合蘆葦生長的臨界閾值,從而打破蘆葦和堿蓬之間的原本生態平衡,并最終導致堿蓬紅海灘的喪失?!?/p>

研究發現,這種作用的空間尺度能夠達到10公里,是目前報道最長距離之一。更重要的是,該研究提出了用數學描述“長距離相互作用”的方法,為研究其他復雜系統的“長距離相互作用”開辟了道路。(張雙虎 黃辛)

相關論文信息:

https://doi.org/10.1073/pnas.2123274119

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