间歇性渗流与植被簇的无标度分布

理解空间植被格局的成因与影响是生态学中的基本问题，尤其是因为这些格局可作为如荒漠化过程等灾难性转变的早期预测因子。对旱地及半干旱区等地植被覆盖的实证研究发现存在尺寸广泛多样的植被斑块。特别地，斑块大小的概率分布可用幂律拟合，即植被斑块在某一最大尺寸前近似无标度。已有不同的解释机制，如植物间相互作用和植物-水分反馈回路，被用来合理化此类无标度格局的出现，但迄今尚未达成完整理解。利用一个简单的植被动力学模型，我们表明环境时间变异性——半干旱环境公认的特征——以稳健的方式（即对于宽泛的参数值范围）促进了具有广泛分布簇大小的植被斑块的出现。此外，该结果与一种以间歇或波动方式发生的渗流现象相关。模型还揭示，拟合概率分布尾部的幂律指数依赖于总体植被覆盖密度，这与实证观测一致。这支持了环境变异性在无标度植被格局形成中起关键作用的观点。从实用角度看，这对于预测环境条件变化对真实生态系统的影响可能十分重要。从理论侧，我们的研究为在时间变化外部条件下发生的新型渗流现象提供了新见解，其仍需进一步工作以被充分刻画。