栖息地破坏空间模式对集合种群动态的影响

利用元胞自动机模型,研究了栖息地破坏空间模式对集合种群动态的影响.结果表明:在破坏聚集度一定的情况下,栖息地面积的减少不利于强竞争物种的续存;在栖息地面积一定的情况下,栖息地破坏聚集度的增大有利于强竞争物种的续存;栖息地破坏比例对集合种群动态的影响更大,但栖息地破坏聚集度对集合种群物种多样性指数的影响更显著.在实际的生物保护中,可根据被保护的物种及其所在集合种群结构选择更加合理的土地开发、利用模式.     

庇护所的空间结构对宿主-寄生物系统时空动态的影响

构造了一个具有空间庇护所的宿主-寄生物种群模型.通过运用IBM模型,研究了庇护所的数量和空间结构对种群时空动态的影响.结果表明:庇护所数量的增加对宿主和寄生物种群的数量变化有相反的作用,庇护所数量的增加导致宿主种群大小增加,寄生物种群大小下降.庇护所数量和空间聚集度的增加对寄生物种群的灭绝也有相反的作用,高比例的庇护所斑块不利于寄生物种群,但高聚集的庇护所生境有利于寄生物种群.随着庇护所的增加,空间种群呈现出聚集型的空间分布.这些结果对防止生物入侵和害虫控制都有一定的指导作用.     

关联噪声对集合种群稳定性和平均灭绝时间的影响

在经典的存在生境破坏的集合种群模型的基础之上,考虑了关联乘性色噪声和加性白噪声对集合种群稳定性和平均灭绝时间的影响.应用Fokker-Planck方程得到了系统的稳态概率密度函数的解析表达式,利用平均首次通过时间的定义和最快下降法,得到了平均灭绝时间的表达式.对计算结果的数值分析表明:(1)加性白噪声强度Q的增加弱化了集合种群系统的稳定性,即内部噪声的增加对集合种群产生消极影响;(2)乘性色噪声强度D起到弱化集合种群稳定性的作用,即外界环境的波动对种群产生不利影响;(3)乘性色噪声自关联时间τ的增加增强了集合种群系统的稳定性,即τ可以使集合种群占据生境斑块的比例增加,并促使xs位置处占据生境斑块的比例的概率增加,对集合种群生存繁衍起到有利作用;(4)当两噪声之间的互关联为负关联(λ0)时,T(xs→x0)是关于D的单调减函数,即|λ|的增加弱化了集合种群的稳定性;当噪声间正关联(λ0)时,T(xs→x0)是关于D的非单调函数,随着D的增大,T(xs→x0)出现类似共振峰的极大值,表现出"随机共振"的现象;(5)T(xs→x0)是关于τ的单调增函数.     

关联色噪声对集合种群稳定性和平均灭绝时间的影响

基于Levins模型的研究基础上,大量研究者对“集合种群”稳定性方面的问题进行了探讨,但是之前的大多数研究都局限于确定性Levins模型,或者只是单纯地在系统中加入理想的白噪声.本文根据经典的存在生境破坏的集合种群模型,分析了具有相同关联时间的色关联高斯色噪声对集合种群稳定性的影响,根据统一色噪声近似的方法,推导出集合种群模型的近似福克－普朗克方程(AFPE),在稳态情况下,得到系统稳态概率分布函数(SPDF)的解析解.应用最速下降法,得到系统的平均灭绝时间(MFPT)的解析表达式.对计算结果进行数值分析,最终的图像分析表明：(1)加性噪声强度D的增加导致Levins模型中集合种群稳定性被弱化,而乘性噪声强度Q的增加对Levins模型中集合种群的稳定性会产生不利影响;(2)τ的增加使集合种群的稳定性得到强化;(3)噪声正关联时(0<λ<1),|λ|的增大会增加集合种群的稳定性;而负关联时(－1<λ<0),|λ|的增大却会使集合种群的稳定性弱化;(4)平均灭绝时间T(xs→x0)是Q的减函数,Q的增加会促使集合种群平均灭绝时间减小;(5)T(xs→x0)是τ的单调增函数,τ的增加延缓集合种群的灭绝.     

生境丧失对空间囚徒困境博弈的影响

囚徒困境博弈是研究生物进化博弈中合作维持机制的一个主要理论框架。空间结构能够促进合作行为的维持。基于集合种群理论建立空间囚徒困境博弈模型,研究了生境丧失对合作和欺骗行为及整个种群动态的影响。结果表明适度的生境丧失有利于合作的维持,并且随着生境丧失的加重,在种群灭绝之前种群数量有一个临时的增加,这说明行为策略的多样性是生物面临多变环境的一种防御机制。     

集合种群受生境破坏影响的新模型及其生态效应研究

从两物种竞争模型出发,提出了集合种群上3物种的食物网机制,构造了一个捕食者和两个猎物(似然竞争)受生境破坏影响的新模型;基于微分动力系统的数值模拟和网格模型的元胞自动机模拟,研究了生境破坏对集合种群动态的影响.结果发现:集合种群似然竞争模型系统对生境破坏非常敏感,生境破坏导致了更不稳定的动态,而且发现具有较小捕食者侵占率的猎物受生境破坏影响较大,进而表明了猎物对捕食者的敏感度与受生境破坏的影响之间存在负藕联关系;适当的生境破坏有利于劣势物种的生存;捕食者通过猎物受到生境破坏的间接影响,而且在生境破坏生态过程中捕食者是脆弱的.该研究结果为物种续存和生物多样性保护提供了理论依据.     

3物种食物链的集合群落中捕食者追赶和猎物逃逸对空间同步性的影响

空间同步性能够导致区域物种灭绝从而降低集合种群的续存.在集合群落的框架内建立了两斑块3种群食物链联立模型来研究捕食者追赶和猎物逃逸对空间同步性的影响.由于种群存在较大的群落中,从集合种群向集合群落扩展是很自然的.表明了在集合种群中猎物逃逸降低空间同步性的结论在集合群落中有所改变.得到一个有悖直觉的结果:3物种食物链基层物种的逃逸并没有保护自己,反而增加了所有这3物种集合种群的空间同步性,因此也增加了灭绝的风险.这个结果说明在制定关于种群同步性也即续存的保护措施时,物种间的相互作用也必须考虑.     

非线性出生率对双斑块模型动力学行为的影响

考虑一类具有非线性出生率的单种群双斑块扩散模型，研究非线性出生率和扩散对生物种群的影响.探讨系统平衡点的存在性、局部稳定性和全局稳定性，运用数值模拟分析非线性出生率和扩散常数D₁、D₂对种群动力学的影响.研究结果表明，在一些适当的假设下，绝灭平衡点或唯一正平衡点可能全局渐近稳定，且非线性出生率和扩散会使得两个斑块内种群持久生存或灭绝.通过数值模拟，当出生率(a₁)增大或密度依赖系数(A)减小时，种群总密度会增加.当D₁减小或D₂增大时，种群总密度也会增加.以上结果表明，物种的出生率和扩散对系统动力学行为起重要的作用.     

三种空间现实集合种群模型的比较

介绍了适合于研究真实的集合种群动态的3种空间现实集合种群模型:关联函数模型、状态转移模型和模拟模型,简述了它们各自的建模过程,指出了3种模型各自的前提假设、应用时的局限性以及模型结果的优点和不足之处. 关联函数模型简单易用,适合于研究局域种群能够快速达到栖息地斑块承载力的处于随机灭绝-再殖平衡状态的集合种群;状态转移模型无需假设集合种群处于平衡状态,适合于研究拥有多年的局域种群灭绝和再殖数据的集合种群;模拟模型是与种群真实动态最为接近的能够同时描述集合种群及其各局域种群动态的模型,适合于研究对种群的生物背景知识非常了解且收集了大量数据的集合种群. 结合各模型的优缺点及适用范围,根据所研究对象的特点及掌握的数据,就可以选择出合适的模型来研究集合种群的动态.     

生态位构建通过修复破坏生境对集合种群动态的影响

基于具有生境破碎作用下的集合种群模型，建立了存均匀场假设下的微分方程模型，充分探讨了具有生态位构建效应的有机体活动对破碎斑块修复产生的生态结果．通过稳定性分析与元胞自动机方法模拟表明：集合种群的续存条件不仪依赖于侵占力与灭绝率之间的平衡，而且也包括集合种群的生态位构建能力与生境自然消耗率之间的平衡；当灭绝率大于侵占率时，集合种群也可以在低水平上续存，并且在该过程中集合种群依赖于两个阈值条件，分别是生态位构建能力和集合种群的初始状态．集合种群的大小与其生态位构建能力成正比，即构建能力强者，集合种群数量相应增加．因此，对环境具有较强的正效应的有机体或种群在维护牛境的有效性中起重要作用．     

Patterns of colonization in a metapopulation of grey seals

The colonization of a new habitat is a fundamental process in metapopulation biology, but it is difficult to study. The emigration of colonists from established populations might be induced by resource competition owing to high local population density. Migration distances are also important because they determine the frequency and scale of recolonization and hence the spatial scale of the metapopulation. Traditionally, these factors have been investigated with demographic approaches that are labour-intensive and are only possible in amenable species. In many cases, genetic differentiation is minimal, preventing traditional genetic approaches from identifying the source of colonists unambiguously. Here we present a bayesian approach that integrates genetic, demographic and geographic distance data. We apply the method to study the British metapopulation of grey seals, which has been growing at 6% per year over the last few decades. Our method reveals differential recruitment to three newly founded colonies and implicates density-dependent dispersal in metapopulation dynamics by using genetic data.     

复合种群生态学研究现状与展望

随着生境的破坏和逐渐片断化，越来越多的物种处于濒危状态，因此保护破碎生境的物种多样性就迫在眉睫．复合种群理论是当今国际数学生态学、理论生态学和保护生物学的一个主要研究前沿，并提供了保护濒危物种及种群的新的理论依据，也为生境破坏对物种造成的伤害做出预测和度量．本文首先对复合种群的已有概念、理论和模型做了全面的分析和总结；其次对复合种群生态学研究中存在的问题进行分析；最后结合作者参与的研究课题，尝试对复合种群生态学的研究方法进行探讨．     

The metapopulation capacity of a fragmented landscape

Ecologists and conservation biologists have used many measures of landscape structure to predict the population dynamic consequences of habitat loss and fragmentation, but these measures are not well justified by population dynamic theory. Here we introduce a new measure for highly fragmented landscapes, termed the metapopulation capacity, which is rigorously derived from metapopulation theory and can easily be applied to real networks of habitat fragments with known areas and connectivities. Technically, metapopulation capacity is the leading eigenvalue of an appropriate 'landscape' matrix. A species is predicted to persist in a landscape if the metapopulation capacity of that landscape is greater than a threshold value determined by the properties of the species. Therefore, metapopulation capacity can conveniently be used to rank different landscapes in terms of their capacity to support viable metapopulations. We present an empirical example on multiple networks occupied by an endangered species of butterfly. Using this theory, we may also calculate how the metapopulation capacity is changed by removing habitat fragments from or adding new ones into specific spatial locations, or by changing their areas. The metapopulation capacity should find many applications in metapopulation ecology, landscape ecology and conservation biology.     

A Model Structured in Classes for the Study of Student Population Evolution

This paper presents an application of a metapopulation model structured in classes for the study of population evolution of a network of schools.The global dynamics are considered in two parts,the local,where the evolution for each grade in a cycle is accounted,and the metapopulation or the movement of students between schools.Simulation of the model is presented.     

循环竞争引起的集合种群时空波

在集合种群框架下研究了循环竞争关系.基于Tilman的多物种竞争模型和均匀场假设,建立了三物种循环竞争的Lavins型集合种群模型.在局部扩散的假设下,依据马尔科夫过程理论建立了概率转移模型.解析分析和计算机模拟的结果表明Lavins型模型表现出阶段性平衡动态,即特定的时刻只有一个物种在群落中占有绝对数量,但很快就被它的优势物种取代,这样三物种轮流处于优势地位;概率转移模型却呈现出在时间和空间上的混沌动态行为,模拟结果表现为一种螺旋生物波;这说明局部扩散可以弱化竞争引起的种群振荡,引起空间分布的异质性,同时表明Lavins型集合种群模型可能低估了物种共存的条件.     

空间结构下性比率的稳定机制研究

分别利用基于个体的斑块占据模型（ IBM）和偶对近似方法（ PA）构造了一个空间结构下的两性集合种群模型,通过计算机仿真和数值模拟,研究了空间结构对性比率的稳定性的影响。结果表明：空间结构下由于Allee 效应的强作用,两性种群只有性比率维持稳定在1∶1附近时种群才能够续存;偶对近似方法可以很好的反映出元胞自动机的研究结果,这对进一步研究空间结构下两性集合种群的时空动态提供了有效的理论工具。     

异质种群的稳定缀块分布

通过模型模拟了呈一般缀块分布的单种种群的时空动态,讨论了种群空间分布的稳定性及稳定缀块分布与种群在缀块间迁移率和子种群增长率之间的关系,并由此提出了促进全局种群增长的措施。     

Spatial epidemiology of networked metapopulation: an overview

An emerging disease is one infectious epidemic caused by a newly transmissible pathogen, which has either appeared for the first time or already existed in human populations, having the capacity to increase rapidly in incidence as well as geographic range. Adapting to human immune system, emerging diseases may trigger large-scale pandemic spreading, such as the transnational spreading of SARS, the global outbreak of A（H1N1）, and the recent potential invasion of avian influenza A（H7N9）. To study the dynamics mediating the transmission of emerging dis- eases, spatial epidemiology of networked metapopulation provides a valuable modeling framework, which takes spatially distributed factors into consideration. This review elaborates the latest progresses on the spatial metapopula- tion dynamics, discusses empirical and theoretical findings that verify the validity of networked metapopulations, and the sketches application in evaluating the effectiveness of disease intervention strategies as well.