空间自组织使稀树草原生态系统模型中的物种共存成为可能

稀树草原生物群系的特征是连续的植被覆盖，由草本与木本植物组成。在干旱稀树草原中，水分可利用性是植物生长的主要限制资源，其物种共存看似与经典的竞争排斥原理相矛盾。先前使用非空间模型的理论工作侧重于通过考虑资源生态位分离与生态系统扰动来发展对共存机制的理解。本文我们提出，由局地植被生长与水分再分配之间的正反馈引起的空间自组织原理，足以解释稀树草原生态系统中的物种共存。我们基于用于植被格局的 Klausmeier 反应-平流-扩散模型，提出一个偏微分方程的时空生态水文模型，以研究斜坡地形上空间相互作用对物种共存的影响。我们的结果表明，若在各物种的平均适应度（空间均匀设定下物种竞争能力的度量）与其定殖能力之间保持平衡，物种共存是可能的模型结果。资源可利用性的空间异质性被优势定殖者（草类）所利用，随后其被平均适应度更高（树木）的物种竞争淘汰。对空间非均匀共存解的稳定性分析进一步表明，草类充当生态系统工程师，并在无草类物种时无法支撑均匀树木密度的降水水平下，促进连续树木覆盖的形成。