渗流理论提示环境梯度下分布区边缘的一些普遍特征

物种地理分布区内的边缘通常在生态与进化过程方面具有特殊性，并能强烈影响物种对气候变化的反应。在分布区边缘频繁观察到的特征之一是破碎化，其由种群动态内部引起或是由适宜生境位点有限可用性外部引起。我们研究这两种原因，并通过梯度集合种群模型描述空间上从连通到破碎化状态的转变。我们方法的主要特征如下。1）非均匀性可出现在两个空间尺度：存在广尺度梯度，其可由细尺度异质性所图样化。后者通过将可变数量的小障碍散布于地形上实现，这些障碍可被扩散物种穿透或不可穿透。2）我们在两个时间尺度上研究该地形的稳态占据：在快照中以及通过长期平均。模拟揭示了适用于各种环境、独立于破碎化机制的某些普遍标度律。连通区域的边缘（壳）是一个维数为 7/4 的分形。其宽度与长度随梯度按照普适标度律变化，这些标度律是渗流转变的特征。结果表明渗流理论是理解广泛真实情景中分布区边缘结构的强有力工具，包括环境梯度与细尺度异质性相结合的情形。这为比较不同地理区域不同物种的分布区边缘以及监测气候变化下的分布区迁移提供了新方法。