Узорчатая растительность - Patterned vegetation

Ложный цвет вид с воздуха Куст тигра в Нигер.
Вид с воздуха на Зазубренный куст плато в W Национальный парк, Нигер. Среднее расстояние между двумя последовательными промежутками - 50 метров.
Вид еловые волны В Соединенных Штатах.

Узорчатая растительность это растительное сообщество который демонстрирует характерные и повторяющиеся узоры. Примеры узорчатой ​​растительности включают: еловые волны, куст тигра, и струнное болото. Шаблоны обычно возникают в результате взаимодействия явлений, которые по-разному стимулируют завод рост или смертность. Связанная картина возникает из-за сильной направленности этих явлений, таких как ветер в случае еловых волн, или поверхностный сток в случае тигрового куста. Регулярный узор некоторых типов растительности является яркой чертой некоторых ландшафтов. Шаблоны могут включать в себя относительно равномерно расположенные участки, параллельные полосы или промежуточные звенья между ними. Эти паттерны растительности могут проявляться без какого-либо основного паттерна в типах почвы, и, таким образом, считается, что они «самоорганизуются», а не определяются окружающей средой. Некоторые механизмы, лежащие в основе паттерна растительности, были известны и изучены, по крайней мере, с начала XX века. середина 20 века,[1] однако математические модели, воспроизводящие их, были созданы намного позже. Самоорганизация в пространственных структурах часто является результатом того, что пространственно однородные состояния становятся нестабильными из-за монотонного роста и усиления неоднородных возмущений[2]. Хорошо известная нестабильность такого рода приводит к так называемым Паттерны Тьюринга. Эти закономерности встречаются на многих уровнях жизни, от клеточного развития (где они были впервые предложены) до формирования узоров на шкурах животных, песчаных дюн и узорчатых ландшафтов (см. Также формирование рисунка ). В своей простейшей форме модели, отражающие нестабильность Тьюринга, требуют двух взаимодействий в разных масштабах: локального содействия и более удаленной конкуренции. Например, когда Сато и Иваса [3] произвел простую модель еловые волны в японских Альпах они предполагали, что деревья, подверженные воздействию холодных ветров, пострадают от повреждений, вызванных морозом, но деревья с наветренной стороны будут защищать близлежащие деревья с подветренной стороны от ветра. Появление полос возникает из-за того, что защитный пограничный слой, создаваемый наиболее ветреными деревьями, в конечном итоге разрушается турбулентностью, снова подвергая более удаленные подветренные деревья повреждению от замерзания.

Когда нет направленного потока ресурсов по ландшафту, пространственные узоры могут по-прежнему проявляться в различных регулярных и нерегулярных формах вдоль градиента осадков, включая, в частности, узор с гексагональными зазорами при относительно высокой интенсивности дождя, узоры полос при средней интенсивности и шестиугольные пятна. модели по низким ценам[4]. Наличие четкой направленности какого-либо важного фактора (например, ледяного ветра или поверхностного потока вниз по склону) способствует образованию полос (полос), ориентированных перпендикулярно направлению потока, в более широких диапазонах интенсивности дождя. Несколько математических моделей имеют были опубликованы, воспроизводящие самые разнообразные узорчатые пейзажи, в том числе: полузасушливые «тигровые кусты»[5][6], шестиугольные узоры с зазорами в виде «волшебного круга»[7], древесно-травяные пейзажи[8], солончаки[9], туманная пустынная растительность[10], болота и топи[11].Хотя не только растительность, но и неподвижные морские беспозвоночные, такие как мидии и устрицы, также, как было показано, образуют полосчатые узоры.[12].

использованная литература

  1. ^ Ватт, А (1947). «Образец и процесс в растительном сообществе». Журнал экологии. 35 (1/2): 1–22. Дои:10.2307/2256497. JSTOR  2256497.
  2. ^ Мерон, Э (2015). «Нелинейная физика экосистем». CRC Press.
  3. ^ Сато К., Иваса Й (1993). «Моделирование волновой регенерации в субальпийском Abies леса: динамика популяций с пространственной структурой ». Экология. 74 (5): 1538–1554. Дои:10.2307/1940081. JSTOR  1940081.
  4. ^ Мерон, Э (2019). «Формирование растительного покрова: механизмы, лежащие в основе форм». Физика сегодня. 72 (11): 30–36. Bibcode:2019ФТ .... 72к..30М. Дои:10.1063 / PT.3.4340.
  5. ^ Клаусмайер, К. (1999). «Регулярные и нерегулярные узоры в полузасушливой растительности». Наука. 284 (5421): 1826–1828. Дои:10.1126 / science.284.5421.1826. PMID  10364553.
  6. ^ Kéfi S, Эппинга МБ, Де Руйтер ПК, Риткерк М. (2010). «Бистабильность и регулярные пространственные закономерности в засушливых экосистемах». Теоретическая экология. 34 (4): 257–269. Дои:10.1007 / s12080-009-0067-z.
  7. ^ Гетцин С., Ижак Х., Белл Б., Эриксон Т.Э., Постл А.С., Катра I, Цук О, Зельник Ю.Р., Виганд К., Виганд Т., Мерон Э. (2016). «Открытие кругов фей в Австралии подтверждает теорию самоорганизации». Труды Национальной академии наук. 113 (13): 3551–3556. Bibcode:2016ПНАС..113.3551Г. Дои:10.1073 / pnas.1522130113. ЧВК  4822591. PMID  26976567.
  8. ^ Гилад Э, Шачак М, Мерон Э (2007). «Динамика и пространственная организация растительных сообществ в маловодных системах». Теоретическая популяционная биология. 72 (2): 214–230. Дои:10.1016 / j.tpb.2007.05.002. PMID  17628624.
  9. ^ Риткерк М, Ван Де Коппель Дж (2008). «Формирование закономерностей в реальных экосистемах». Тенденции в экологии и эволюции. 23 (3): 169–175. Дои:10.1016 / j.tree.2007.10.013. PMID  18255188.
  10. ^ Borthagaray AI, Fuentes MA, Marquet PA (2010). «Формирование растительности в туманной экосистеме». Журнал теоретической биологии. 265 (1): 18–26. Дои:10.1016 / j.jtbi.2010.04.020. PMID  20417646.
  11. ^ Эппинга М., Риткерк М., Боррен В., Лапшина Е., Блейтен В., Вассен М.Дж. (2008). «Регулярное моделирование поверхности торфяников: теория противодействия полевым данным». Экосистемы. 11 (4): 520–536. Дои:10.1007 / s10021-008-9138-z.
  12. ^ Ван Де Коппель Дж., Гаскойн Дж., Тераулаз Дж., Риткерк М., Моой В., Герман П. (2008). «Экспериментальные доказательства пространственной самоорганизации и ее возникающих эффектов в экосистемах мидий». Наука. 322 (5902): 739–742. Bibcode:2008Наука ... 322..739В. Дои:10.1126 / science.1163952. PMID  18974353.

Смотрите также