生态系统功能|生态系统“精灵圈”是这样形成的( 二 )


值得一提的是,“环形”和“同心环”类型的“精灵圈”常常共存于同一区域的盐沼湿地生态系统中,所以这两个机制在时空尺度上可能同时存在 。
在刘权兴看来,该研究成果不仅回答了盐沼湿地中“精灵圈”斑图的形成机制,而且发现“精灵圈”这一盐沼的瞬态行为对盐沼湿地生态系统的弹性具有重要支撑作用 。
寻找完善的理论模型
刘权兴表示,目前“精灵圈”形成的理论框架依然是基于纳米比亚干旱草原生态系统模型,该体系的模型是基于尺度依赖的反馈机制 。此类理论模型预测的自组织斑块之间始终存在相互排斥关系 。更为关键的是,“精灵圈”在该理论体系中属于非平衡拟稳态结构 。
也就是说,该模型体系不能描述盐沼湿地“精灵圈”所呈现的斑块碰撞以及快速演变行为 。
研究团队基于硫化物毒素累积机制和营养盐限制机制,建立了盐沼湿地“瞬态行为”自组织理论模型——“快慢变量”系统,证实了它们均能重现盐沼湿地生态系统中的“精灵圈”结构 。
“营养盐因快速消耗导致早期植物克隆形成的点状斑块在短时间尺度上变为环形斑块,该机制循环往复导致了同心环斑图的产生 。”刘权兴说 。
他进一步解释道,新的理论模型与经典的图灵范式“精灵圈”不同,新模型产生的自组织斑图不会相互排斥;相反,邻近植被斑块会因扩张相遇而相互融合,最后导致空间均匀植被态成为全局的最终稳态 。因而,此类“瞬态行为”自组织斑图现象暗含了更高的生态系统弹性 。
据介绍,生态系统空间自组织通常是在环境胁迫或处于临界状态而呈现的一种涌现现象,通过自组织能够提高生态系统的弹性和抗性,并且最大化利用环境资源,从而提高生态系统的生产力 。
“尽管该研究以盐沼湿地生态系统为对象,但是‘精灵圈’属于瞬态空间结构这一关键点,启迪我们在未来更应关注‘瞬态行为’的自组织现象 。”刘权兴表示,在遥感手段泛用化的当下,研究人员可以获取更高时空分辨率的生态系统空间结构,生态系统的“瞬态行为”将前所未有地变得重要起来 。(黄辛 秦志伟)

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