某些植物能够在无人居住的区域生长，例如沙丘、火山底部和落石区。这些早期的植物具有一些独特的特征，使它们能够在极端环境中生存。其他植物虽然缺乏这些特性，但很快会模仿这些先锋植物。来自Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（HZDR）研究所的Ricardo Martínez-García及其来自西班牙和巴西的合作者，利用基于现有根系生理学的数学模型，研究了这些新征服土地上不同物种之间的相互作用。他们的新模型将物种间的相互作用与稀缺土壤资源的可用性联系起来，并揭示了先锋植物利用非免费资源的最佳策略。
植物之间的相互作用方式多种多样，我们常常看到一个个体支持来自不同物种的另一个个体。专家称之为促进。在共生促进下，两种植物互相支持。而在共生促进中，被培育的植物对施主既没有积极影响，也没有消极影响。第三种促进称为拮抗促进。在这种情况下，被培养的伙伴以施主的牺牲为代价获益。例如，施主将自己生产的资源留给合作伙伴，尽管他自己也可以使用这些资源。捐助者似乎“接受”了这种情况：既没有针对资源移除的防御反应，也没有完全停止生产。
“关于拮抗促进是否真实存在，一直存在争议。我们的研究提供了明确的结果：植物物种之间的这种相互作用可能在自然界中确实存在，”CASUS的青年研究员Ricardo Martínez-García博士表示，他是该研究的通讯作者，该研究将发表在《新植物学家》杂志的10月第二期。“要在实验中证明拮抗促进的存在，需要付出很大的努力。首先，必须排除这种互动既不是共生的，也不是共生的促进。此外，还必须表明，这不是一种典型的竞争，即两种植物在争夺资源时互相伤害。”
植物如同矿工
Martínez-García与Ciro Cabal（西班牙马德里胡安卡洛斯国王大学）和Gabriel a. Maciel（巴西圣保罗南美基础研究所）这两位主要作者，将他们的建模工作集中在自然界的一个例子上，在这个例子中，拮抗促进的存在长期以来受到质疑：先锋植物开始在无人居住的土地上生长，其他植物很快跟随。这些先锋植物能够改造环境，增加氮和磷等稀缺土壤资源的可用性。它们的能力无疑有助于它们的生长，并且似乎并不在意机会主义植物在自助餐上自食其力。最重要的是，先锋植物仍然受益于其独特的特性。从实验的角度来看，先锋植物的例子似乎是一个可管理的系统。然而，研究者尚未确定这个例子的交互类型。这里提出的模型结果现在是一个有力的论据，支持拮抗促进在这些先锋领域的存在。当然，这种相互作用可能不仅存在于这里，也存在于自然界的其他地方。
Cabal补充道：“我们的模型还表明，植物之间的相互作用是资源可用性的一种紧急属性。”“事实证明，在资源可用性低或中等的环境中，拮抗促进是最佳策略。这一观点早在一段时间前就提出，但迄今为止没有实验数据或理论模型的支持。”因此，研究小组不仅能够为这种类型的相互作用的普遍存在提供可靠的结果。实际上，拮抗促进甚至是两个植物群落在某些环境条件下的最佳相互作用。
随着时间的推移，土壤发生变化，越来越多的植物种类蓬勃发展，物种之间的相互作用也随之改变。虽然先锋植物继续增加资源的可用性，但由于资源状况良好，这不再影响其他植物。拮抗促进阶段结束，所有植物开始相互竞争。在未来，先锋植物的挖矿能力甚至可能成为这种竞争的负担。先锋植物处于不利地位。最终，其他植物物种在竞争中胜出，先锋植物在遗址上消失。
根系模型如何帮助解释生态模式
建模是生态学中的重要工具，因为它允许测试假设并探索难以在现场或实验室实验中调查的想法。在这些情况下，计算模拟可以帮助理解生态动态和模式，甚至指导现场和实验室实验的设计。在2020年的一篇科学论文中，Cabal、Martínez-García及其他人提出了一个数学模型，可以预测相互作用植物根系的密度和空间分布。与温室实验的比较表明，该模型的预测结果有很大重叠。
在《新植物学家》的研究中，2020年的根系模型得到了扩展和改进，以代表先锋植物与环境及其他植物的相互作用。此外，该模型还考虑了需求土壤资源的动态（输入、腐烂、植物的可用性、先锋植物的开采特性）、植物根系的大小和形状、种植和维护根系的成本、开采资源以及在植物内部运输资源的成本。
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希望本篇文章《植物群落如何在征服无人居住的土地时发生变化》能对你有所帮助！
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