嗜沙植物对沙丘动力学的影响

嗜沙植物是在流沙环境中繁茂生长的特殊植物。风主要通过两种机制影响这些植物：(i) 沙漂移暴露根系并掩埋枝条——暴露的根系转化为新植株，被掩埋的枝条转化为新根系；这两种机制均提高了沙丘上嗜沙植物覆盖度的生长速率；(ii) 强风（常伴随沙运动）折断枝条并将其播种到附近区域，从而形成新植株并提高沙丘上嗜沙植物覆盖度的生长速率。尽管嗜沙植物在沙丘动力学中起着重要作用，但据我们所知，此前从未将其纳入沙丘的数学模型中。在此，我们尝试模拟这些植物对沙丘动力学的影响。我们构建了一组包含三个常微分方程的模型，分别描述常规植被、生物土壤结皮和嗜沙植物的地表覆盖分数。嗜沙植物在 (i) 特定沙漂移或 (ii) 特定风功率条件下达到最佳生长。我们表明，嗜沙植物丰富了沙丘动力学行为。根据气候条件，可能获得一个、两个或三个稳态沙丘状态。沙丘的活动性可与地表覆盖度相关联：裸露沙丘为活动沙丘，而具有显著植被、生物土壤结皮或嗜沙植物覆盖的沙丘为固定沙丘。我们的模型表明，在适宜的降水率和风功率条件下，不同覆盖类型的动力学符合普遍观点，即沙丘最初由嗜沙植物稳定，这些植物减少了沙的活动性，从而促进了常规植被的生长，最终常规植被主导沙丘覆盖并决定其活动性。