生态群落中具有相变的自组织集群极小模型

在复杂的生态群落中,物种可能自组织成高度相似的物种可以共存的集群或团块。此类物种集群的出现可以通过中性理论与生态位理论的相互作用来描述。基于竞争的广义 Lotka-Volterra 模型,我们提出了一个生态群落的极小模型,其稳态包含自组织集群。在该模型中,物种仅通过共同的相互作用强度与生态位空间中的邻居竞争。与许多以往理论不同,该模型不依赖于相互作用中的随机异质性。即使在这个仅改变共同相互作用强度的极小模型中,我们也发现了一个指数级大的状态集合,展现出具有不同大小和组合的丰富集群模式。存在形成集群的尖锐相变。在不同可能集群模式集合之间也存在多重相变,其中许多相变累积在少数临界点附近。我们使用数值和解析方法分析了这一相结构。此外,仅含最近邻相互作用的特殊情况可使用统计力学中的转移矩阵法精确求解。我们分析了这些系统的临界行为。