通过景观-通量方法统一确定性及随机生态动力学
种群与进化
2022-10-12 v2 生物物理
摘要
我们发展了一个景观-通量框架,以研究观测到的植被频率分布以及这些生态系统在涨落下的稳定性。频率分布可表征与生态态稳定性相关的种群势景观。我们通过分析一个森林-稀树草原模型阐明了该方法的实用价值。在某些条件下,稀树草原和森林态共存,这与以往理论工作和经验观测一致。然而,在相应确定性模型中未出现的一个新的草地态,在涨落下作为另一种准稳态涌现,为一些经验分析中广泛草地的出现提供了新颖的理论基础。生态动力学由种群势景观梯度和稳态概率通量共同决定。通量量化了生态系统的净输入/输出,从而量化了非平衡程度。景观和通量共同决定了以主导路径和切换速率为特征的稳定态间跃迁。内禀势景观承认一个Lyapunov函数,为全局稳定性提供了定量度量。我们发现平均通量、熵产生率和自由能在有限及零涨落下的分岔附近均有显著变化。这些可能提供了分岔的动力学和热力学起源。我们确定了观测频率时间轨迹中的方差、涨落和时间不可逆性作为分岔的运动学度量。这一新框架为全局刻画生态系统、揭示其态间变化以及量化随机涨落下新准稳态的涌现开辟了道路。
引用
@article{arxiv.2103.08198,
title = {Unifying deterministic and stochastic ecological dynamics via a landscape-flux approach},
author = {Li Xu and Denis Patterson and Ann Carla Staver and Simon Asher Levin and Jin Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.08198},
year = {2022}
}