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数学有助于预测树木的分布

5月13日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)杂志上的一项研究表明,世界热带稀树草原上树木的分布主要不是由环境影响决定的,而是遵循可以用数学描述的独特模式。

研究报告的主要撰写者、生态学和进化生物学的助理教授卡拉•斯塔弗说:“现在下结论说某些普遍过程支配着树木分布的空间格局还为时过早。”“然而,我们可以说,尽管树木的聚类可能在局部看起来不可预测,但植被却是由规则的统计分布构成的。”

研究诸如全球碳循环或生物多样性保护等问题的科学家们想要了解为什么有些地方的植被生长在某些地方而不是其他地方。热带稀树草原覆盖了全球40%的热带地区,并拥有丰富的大型哺乳动物多样性。此外,研究也受到阻碍,因为有限的局部数据的调查使得很难发现广泛区域内树群分布的模式。

Staver和他的同事们使用配备了精密遥感技术的飞机,在南非克鲁格国家公园(Kruger National Park)一个以色列大小的区域内,对树木集群进行了研究。在这个范围内,出现了明显的模式。

斯塔弗说:“当你从地面上看东西时,你看到的是一堆乱七八糟的东西。“我们发现的仍然是一堆乱七八糟的东西,但这是一堆非常有条理的东西。”

他们在更大尺度上发现的集群模式可以用一种称为幂律或无尺度分布的统计现象来解释,这种现象通常只适用于大型数据集。同样的分布也描述了其他广泛的现象,如收入,城市规模,森林火灾,甚至地震。

斯塔弗和她的同事们计划研究同样的规律是否也适用于其他热带稀树草原上的树木。

斯塔弗说:“所有热带稀树大草原都遵循同样的数学规则,这种可能性很有趣,但我们需要从更广泛的角度来看。”“我们实际上可能会设法预测热带稀树草原可能在哪里支持植被,甚至发现更普遍的生态规律。”

来自美国德克萨斯州亚利桑那州立大学的科学家M大学、普林斯顿大学和南非国家公园是这项研究的共同作者。

这项研究的主要资金由安德鲁·w·梅隆基金会(Andrew W. Mellon Foundation)和美国国家科学基金会(National Science Foundation)提供。