Flussnetzwerke und ökologische Korridore: Reaktiver Transport auf Fraktalen, Migrationsfronten, Hydrochorie

Ausgehend von einem kürzlich entwickelten quantitativen Modell der US-Kolonisierung im 19. Jahrhundert, das auf analytischen und numerischen Ergebnissen des reaktiven-diffusiven Transports auf fraktalen Flussnetzwerken basiert, betrachtet dieses Papier die Verallgemeinerung, um eine eingebettete Fließrichtung einzuschließen, die den Transport beeinflusst. Wir untersuchen die Eigenschaften von verzerrten Reaktions-Dispersionsmodellen, in denen die Reaktionsraten durch eine logistische Gleichung beschrieben werden. Die Relevanz der Arbeit bezieht sich auf die Vorhersage der Rolle hydrologischer Kontrollen bei Invasionsprozessen (von Arten, Populationen, Propagulen oder infektiösen Agens, abhängig von den spezifischen Kriterien von Reaktion und Transport), die in Einzugsgebieten auftreten. Exakte Lösungen werden zusammen mit allgemeinen numerischen Lösungen erhalten, die auf fraktale Konstrukte wie Peano-Basins und echte Flüsse angewendet werden. Wir erkunden auch Ähnlichkeiten und Abweichungen von verschiedenen eindimensionalen Invasionsmodellen, bei denen sowohl die Diffusions- als auch die Telegraphengleichungen eine Verzerrung akzeptieren, wobei wir deren jeweilige ökologische Einsichten berücksichtigen. Wir stellen fest, dass die geometrischen Einschränkungen, die durch die fraktalen Netzwerke auferlegt werden, starke Korrekturen an der Geschwindigkeit der reisenden Fronten implizieren, die durch die Verzerrung verstärkt oder geglättet werden können. Anwendungen auf reale Flussnetzwerke zeigen, dass die entscheidenden morphologischen Parameter, die die Frontgeschwindigkeit beeinflussen, diejenigen sind, die die Abstände von Knoten zu Knoten messen, die entlang der Netzwerkstruktur gemessen werden. Die räumliche Dichte und Anzahl der reaktiven Standorte erweisen sich somit als ein wichtiger hydrologischer Kontrollfaktor bei Invasionen. Wir argumentieren, dass unsere Lösungen, die derzeit an die Gültigkeit des logistischen Wachstums gebunden sind, für das allgemeine Studium der Ausbreitung von Arten entlang ökologischer Korridore, die durch die Struktur des Flussnetzwerks definiert sind, relevant sein könnten.