宏观生态学的相似性分析

我们使用Buckingham的$\Pi$定理对理想化生态系统进行完整的相似性分析，以获得无量纲相似性参数，前提是存在某种（非唯一的）方法可以区分生态系统内个体的不同功能群。然后，在以下假设下，我们获得了相似性参数之间的关系： 生态系统处于动态平衡的稳态； 这些功能群通过资源流相互连接。我们得到的表达式将生态系统能够支持的复杂度水平与内在宏观变量（如密度、多样性以及觅食或扩散的特征长度尺度）和外在宏观变量（如栖息地大小和资源供给率）联系起来。该表达式将这些宏观变量相互关联，生成了普遍观察到的宏观生态学模式；这些广泛趋势仅仅反映了生态系统的相似性性质。因此，我们发现不需要生态系统功能的细节即可获得这些广泛的宏观生态学模式，这或许可以解释它们为何无处不在。偏离我们的关系式可能表明生态系统正处于急剧变化的状态，即丰度或多样性的爆发或崩溃。我们的结果提供了可用于将一个生态系统变量的趋势与另一个变量隔离开来的归一化变量，为从数据中分离宏观生态学模式提供了一种新方法。从我们的分析中产生了一个关于生态系统复杂度的无量纲控制参数，它将成为基于能量流与守恒的生态系统动力学模型中的控制参数，并将对这些模型的涌现行为进行排序。