入侵的空间动力学：引入物种的几何学

许多外来物种在每次引入时定殖概率很低，但一旦引入成功便出现种群快速增长。为了分析这一现象，我们注意到入侵者在稀有时通常在空间上聚集成簇，因此引入的外来物种的种群动力学应依赖于局部结构化相互作用。针对空间结构化入侵的生态学理论依赖于确定性近似，而确定性无法解决外来物种引入过程中观测到的不确定性。我们采用了一种新的方法来研究入侵的种群动力学，并进而推广到任何空间生态学中的可入侵性问题。我们将空间系统成核的物理学理论应用于基于格点的植物物种竞争模型（包含一个本地物种和一个入侵物种），分析得出了与标准生态学理论定性不同的结论。成核理论区分了单簇和多簇入侵的动力学。低引入速率和小系统尺寸产生单簇动力学，其中引入的成功或失败本质上是随机的。单簇入侵只有在簇达到临界尺寸时才会发生，通常在此之前有多次失败的尝试。对于这种情况，我们确定了直到入侵成功所经过时间的概率分布的函数形式。尽管对于足够大的系统，多簇入侵表现出空间平均化和全局密度几乎确定性的动力学，但来自成核理论的解析近似（即 Avrami 定律）在描述我们的模拟结果方面远优于标准生态学近似。