Nature强文赏析

夏永秋

Spatial vegetation patterns and imminent desertification in Mediterranean arid ecosystems

干旱生态系统占地球土地面积的约40%，是20多亿人生活的家园，但它们在气候变化和人类行动面前仍然很脆弱。Kéfi等人利用数值模型及来自西班牙、摩洛哥和希腊的地中海生态系统的数据发现，植被斑块大小分布遵从一个“幂次法则”。随着动物吃草对植被造成的压力的增大，斑块大小分布将偏离该“幂次法则”，接近向荒漠条件过渡的状态。所以，斑块大小分布可能是荒漠化的一个有用的预警。本期封面所示为西班牙Belchite的El Planerón自然保护区的一个干旱景观（在封面照片的上部），下部所示为这一景观退化的情况（Letter p.213）。在另一篇论文中，Scanlon等人用卫星影像表明，卡拉哈里盆地的树丛大小分布也遵从一个无标度（scale-free）“幂次法则”。这种现象可以用与现有树木附近的有利环境相关的正反馈来解释（Letter p. 209）。在一篇News &Views文章中，Ricard Solé对这两篇论文都进行了讨论。

人类和气候对生态系统及其功能的影响，会使其从一个稳定状态向另外一个稳定状态做连续的或不连续的转变。不连续的转变是突然的、不可逆转的，也是能确认对生态系统最具破坏性的。对于陆地生态系统来说，已有假说表明，植被斑块分布状态可以作为生态系统即将转变的一个标志。在这篇文章里，作者分别用试验和模拟的方法控制不同的放牧强度，来分析干旱生态系统植被斑块如何改变。在模型模拟分析过程中，为了分析接近荒漠条件时的植被斑块，作者用外推法设定了更大的放牧强度。在西班牙、摩洛哥和希腊的地中海干旱生态系统的研究中发现，植被斑块大小分布遵从一个“幂次法则”。通过应用元胞自动机随机模型（stochastic cellular automation model）发现，这种植被分别的“幂次法则”可以用植物之间的正效应来解释。随着动物吃草对植被造成的压力的增大，田间数据表明，斑块大小分布将偏离该“幂次法则”，模型模拟与试验具有相似的偏离结果。当模拟动物吃草对植被造成的压力进一步增大，作者发现，偏离的程度接近向荒漠条件过渡的状态，且与生态系统转变类型和植被盖度无关。所以，斑块大小分布可能是荒漠化的一个有用的预警。

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