战略性协同：扩散与资源分配在缓解级联临界点中的作用

《Journal of Theoretical Biology》：Strategic synergies: Dispersal and resource allocation in mitigating tipping cascades

本文探讨了在破碎化生境中，捕食者收获与补充食物供给对捕食者-猎物动态的影响。研究通过单斑块和双斑块（具有扩散耦合）模型分析，揭示了资源分配机制与扩散动力学在塑造生态系统韧性、防止元群落水平种群崩溃中的关键作用，为缓解突发性生态转变提供了策略见解。

　　

章节亮点

单斑块模型

首先，我们探讨了单个孤立斑块内的捕食者-猎物相互作用的局部动态。我们从经典的Rosenzweig-MacArthur (RM) 捕食者-猎物模型开始。在这个基础模型中，猎物种群（X）在没有捕食的情况下呈逻辑斯谛增长，其特征是内禀增长率 r 和承载容量 K。捕食遵循Holling II型功能反应，由 aX/(1 + aT_hX) 给出，其中 a 和 T_h 分别代表捕食者的攻击率和处理时间。

单斑块系统

生态管理的一个核心问题是如何在开发（收获）压力下维持捕食者-猎物的共存。为了探讨收获压力和食物供给对捕食者-猎物动态之间错综复杂的关系，我们在单斑块内进行了系统分析。我们下面展示的结果详细说明了不同水平的补充食物如何影响系统对日益增加的收获强度的响应。

讨论

由集约化开发驱动的突发性生态转变对种群稳定性构成了重大威胁。这凸显了需要有效的策略来防止退化生境中的突发性崩溃。为了解决破碎化环境中临界点的可能性，我们研究了孤立和耦合的双斑块系统中的捕食者-猎物动态，分析了捕食者收获和补充食物供给的影响。虽然内在的捕食者-猎物相互作用本身可能不稳定，但我们的研究结果表明，通过收获和食物补充的协同管理可以稳定种群动态。然而，这种稳定性取决于收获强度和补充食物供给之间的微妙平衡。在单斑块系统中，我们发现补充食物可以在猎物稀缺时拯救捕食者，但过度供给可能通过破坏营养平衡而适得其反。战略性收获有助于减轻这种风险，但不同收获强度下的多稳态性使生态管理复杂化。在双斑块扩散耦合系统中，我们发现斑块间精心校准的食物分配比例对于长期的稳态共存至关重要，所需的比例受耦合强度的调节。然而，超过一个关键的扩散阈值后，即使不严格遵循特定的供给比例，也能维持稳定性。虽然扩散有助于局部捕食者救援，但更高的流动可能触发一个临界点，导致整个元群落的灾难性捕食者崩溃。我们的发现揭示了一个潜在的救援机制，即维持足够的食物质量——确保斑块间的均匀性——对于防止突发性种群灭绝至关重要，尤其是在强连通性下。总的来说，我们的研究强调了整合扩散动力学和资源分配机制在塑造生态系统韧性方面的重要性，为减轻破碎化栖息地中种群崩溃的策略提供了见解。

未引用文献

缺少对表2和表3的引用。

CRediT作者贡献声明

Saswati Biswas: 写作 – 审阅和编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。 Sudeshna Sinha: 写作 – 审阅和编辑，写作 – 初稿，可视化，监督，项目管理，资金获取，方法论，形式分析，概念化。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能影响工作报告。作者声明以下可能被视为潜在竞争利益的财务利益/个人关系。Sudeshna Sinha报告来自印度科学教育与研究学院莫哈利分校的财务支持。Saswati Biswas报告来自印度科学教育与研究学院莫哈利分校的财务支持。

致谢

S.S.感谢J.C. Bose国家奖学金（资助号JBR/2020/000004）的支持。