核心概念
移動する植生-草食動物の波は、水ストレスと草食動物によるストレスの両方によって脅かされている乾燥地生態系において、草食動物の個体数を維持するための重要なメカニズムである可能性があります。
要約
この研究論文では、乾燥地における植生パターンと草食動物の動態の関係について、新しい空間明示的植生-草食動物モデルを用いて調査しています。
背景
- 乾燥地は世界の放牧地の78%を占め、約10億人が重要なタンパク質と収入源として放牧に依存しています。
- 乾燥地の景観の特徴の1つは、植生と「裸地」のパッチがモザイク状になっていることであり、これは水輸送と植生の成長の間の正のフィードバックループによって引き起こされるパターン形成現象です。
- 植生のパターン形成は、植物の個体群や群落が水ストレスに耐えるためのメカニズムであり、植生のパッチは、隣接する裸地のパッチに降る未利用の雨という追加の水資源の恩恵を受けています。
- 草食動物は、すでに水ストレスを受けている乾燥地の牧草地にさらなるストレスを与え、これらの生態系を砂漠化と機能の喪失の危険にさらしています。
モデル
- このモデルは、水-植生のフィードバックと、搾取戦略を表す草食動物の行動的側面(近くのより密度の高い植生への優先的な移動)を捉えています。
- このモデルは、植生の上部のバイオマス密度、土壌水分量、草食動物のバイオマス密度について、偏微分方程式のシステムを使用しています。
- 草食動物の空間分布は、植生のバイオマスに依存する移動速度を持つランダムウォークと、植生のバイオマス勾配を上回る草食動物の動き(「ベジタキシス」)を表す項を含むフラックスによって記述されます。
結果
- 草食動物のストレスがない場合、植生のパターンは静止しており、降水量がしきい値を下回ると、均一な植生の不均一な(チューリング)不安定性から生じます。
- 草食動物は、2つの異なる方法で移動する植生-草食動物の波を誘発する可能性があります。
- 低草食動物ストレスでは、移動波は、静止した植生パターンの振動不安定性から出現し、草食動物は各植生パッチの片側に局在しています。
- 十分に高い草食動物ストレスでは、移動波は、均一な植生-草食動物状態の不均一な振動不安定性から出現します。この場合、草食動物はシステム全体に不均一に広がり、各植生パッチの片側で最大の密度値に達します。
- 移動波状態では、草食動物の分布は非対称であり、各植生パッチの片側で密度が高くなっています。
- 低降水量では、草食動物の分布は局所的ですが、高降水量では、草食動物は景観全体に広がっています。
- 重要なのは、草食動物の非対称分布により、各植生パッチの片側では強い、反対側では弱い、空間的に均一な草食動物分布で加えられるストレスよりも弱い、不均一な草食動物ストレスが発生することです。
- その結果、移動波の形成により、草食動物のストレスに対する持続可能性が高まります。
結論
- 移動する植生-草食動物の波は、水ストレスと草食動物のストレスの組み合わせた条件下で草食動物の個体数を維持する上で重要な役割を果たしている可能性があり、それによって干ばつや人口増加の脅威にさらされている危険な地域における食料安全保障に貢献しています。
論文の意義
この研究は、乾燥地生態系の管理と保全に重要な意味を持つ、植生のパターン形成と草食動物のダイナミクスの相互作用についての貴重な洞察を提供しています。このモデルは、さまざまな生態学的シナリオを調査し、草食動物のストレスに対する乾燥地牧草地の回復力に影響を与える要因を理解するために使用できます。
統計
乾燥地は世界の放牧地の78%を占めています。
乾燥地には約10億人が住んでおり、彼らは重要なタンパク質と収入源として放牧に依存しています。