上混合层影响下的浮游植物垂直分布与组成

浮游植物的垂直分布对于水生群落的动态和结构至关重要。本文利用平流-反应-扩散模型，研究了水柱中浮游植物物种的分布和竞争，其中光和营养物的逆资源梯度会限制生物量的增长。这一问题对生态学家构成挑战，因为生产层的位置并非固定，而是取决于许多内部参数和环境因素。我们特别研究了上混合层（UML）在该系统中的影响，并表明它会导致多种动态效应：（i）我们的模型预测了替代密度分布，生物量最大值位于UML内部或下方，因此系统可能是双稳态的，或者从不稳定状态的弛豫可能需要长时间的过渡。（ii）深层混合减弱可诱导生物量振荡；我们表明，即使扩散率低于下沉浮游植物种群的临界混合值，UML也能维持这些振荡。（iii）UML可以强烈改变不同浮游植物物种之间的竞争结果，在空间分布和物种组成上产生双稳态。（iv）如果深层扩散率降低到临界值以下，光限制物种可以获得竞争优势。这产生了一种微妙的竞争排斥效应，其中深层的振荡状态被UML中的稳态解所取代。最后，我们提出了一种新颖的图形化方法，用于推断竞争结果和分析UML在水生系统中的作用。