生境破坏的空间结构对集合种群动态的影响

构建任意生境破坏结构下集合种群动态的元胞自动机模型,研究生境破坏的空间结构对集合种群全局密度及局部密度的影响.该模型不仅包括了生境破坏的空间结构,而且能够描述集合种群的空间分布模式.模型结果表明:生境破坏的空间结构复杂地影响着集合种群的全局密度和局部密度;生境破坏的混合分布增大了集合种群灭绝的风险;生境破坏的聚集分布降低了集合种群灭绝的风险.在生境破坏比例较小或较大时,集合种群全局密度和局部密度随生境破坏比例的增加而加大,随生境破坏聚集度的增加而减小,且生境破坏比例对集合种群动态的影响要大于生境破坏聚集度的影响.但在特定的情况下,即生境破坏比例在55%左右时,生境聚集度的增加可能会使集合种群的全局密度和局部密度都减小.此外,发现集合种群的局部密度存在一个阈值,当集合种群局部密度低于此值时,集合种群将无法续存.这意味着在生物保护中不能仅仅考虑生境的恢复、斑块的质量,还需要考虑生境破坏的空间结构和被保护物种的局部密度.     

破碎化生境对食物网中疾病传播动态的影响

生境破碎化已被证实是影响种群动态和食物网中物种共存的重要因素之一,同时疾病的传播对于种群动态的调节也具有非常重要的作用。文章基于集合种群模型,针对3种不同的资源-宿主/食饵-寄生-捕食者食物网结构,探讨了破碎化生境下物种共存模式与种群动态。模拟结果显示,不同营养级物种对生境破坏有不同程度的响应,营养级越高的物种对生境破碎化越敏感。此外,物种的扩散范围以及捕食者种群对食饵的偏好都会影响物种的续存。该结果在一定程度上丰富了宿主-寄生理论,对疾病的控制和物种保护提供了生态学理论依据。     

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.     

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.     

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.     

捕食者追捕与食饵逃逸对共位捕食系统中物种共存的影响

基于元胞自动机模型,探讨捕食者追捕和食饵逃逸两种行为对共位捕食系统中物种共存动态的影响.结果表明:捕食者追捕能够扩大物种共存区域,但食饵逃逸能否提高共位捕食系统中物种的共存取决于两物种竞争与捕食能力的相互权衡关系.在捕食者占绝对优势以及竞争与捕食之间存在弱权衡关系时,食饵逃逸能够促进两物种的共存;而在食饵占有绝对优势以及两物种间强权衡关系时,食饵逃逸则使得物种共存变得更加困难.另外,模拟结果显示,捕食者追捕与食饵逃逸对物种共存与种群密度产生不对称性效应:捕食者追捕对系统产生的影响较食饵逃逸行为更为显著.     

一类捕食者具似Allee效应的捕食食饵集合种群系统的动力学行为研究

讨论了一类捕食者具似Allee效应的捕食食饵集合种群系统的动力学行为.首先分析了边界平衡点和正平衡点的存在性和局部稳定性,并证明了当系统存在一个正平衡点时极限环的存在性;然后用数值模拟分析了栖息地破坏和似Allee效应分别对捕食者和食饵的影响;最后从生态学的角度加以解释.     

不同性别死亡率对食饵-捕食者系统动态行为影响的计算机模拟研究

文章应用计算机模拟的方法,研究了具有性别结构的两种群食饵-捕食者模型,讨论了不同性别的死亡率对两种群竞争生态数学模型动态行为的影响.结果表明,雌性死亡率低于0.477时,食饵种群的数量可以达到自生的繁殖需求,虽然随着雌性死亡率的增加,雄性食饵数量、雌性食饵种群数量以及捕食者种群数量都在递减,但是由于食饵的数量可以满足捕食者种群的基本需求,不足以使种群灭绝.雌性死亡率高时,雄性食饵种群数量较之之前急剧下降,而且捕食者种群灭绝,说明食饵的数量不足以满足捕食者种群的基本需求,导致其灭绝.当雌性死亡率高时,由于雌性数量相对较少,无法满足食饵种群的繁殖要求,导致整个食饵种群灭绝,可见雄性死亡率对种群数量变化的影响程度较低.     

不同性别死亡率对食饵-捕食者系统动态行为影响的计算机模拟研究

文章应用计算机模拟的方法,研究了具有性别结构的两种群食饵-捕食者模型,讨论了不同性别的死亡率对两种群竞争生态数学模型动态行为的影响.结果表明,雌性死亡率低于0.477时,食饵种群的数量可以达到自生的繁殖需求,虽然随着雌性死亡率的增加,雄性食饵数量、雌性食饵种群数量以及捕食者种群数量都在递减,但是由于食饵的数量可以满足捕食者种群的基本需求,不足以使种群灭绝.雌性死亡率高时,雄性食饵种群数量较之之前急剧下降,而且捕食者种群灭绝,说明食饵的数量不足以满足捕食者种群的基本需求,导致其灭绝.当雌性死亡率高时,由于雌性数量相对较少,无法满足食饵种群的繁殖要求,导致整个食饵种群灭绝,可见雄性死亡率对种群数量变化的影响程度较低.     

非Allee与Allee竞争种群系统的动力学研究

将Aliee效应引入2-竞争种群系统,建立了具有Aliee效应的2-竞争种群演化动态模型,对非Allee与Aliee竞争种群系统演化进行动力学研究.模拟结果表明:①Allee效应导致两竞争种群系统具有多个平衡态.②Allee效应使竞争共存物种无法续存甚至全部灭绝,最终平衡态值随初始斑块占有率变化而变化.③Allee效应可能使竞争排斥物种共同灭绝,且效应越强,物种存活时间越短;但Allee效应不会增强强物种的竞争优势,反而可能使强物种变弱,弱物种变强,其具有与栖息地破坏类似的影响种群竞争等级排序的作用.④Allee效应对种群续存是极不稳定的干扰因素,微小的变化都将引起系统平衡态的剧变.然而较高的初始斑块占有率也可能使原本濒于灭绝或竞争排斥的物种继续存活.     

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．     

Predators increase the risk of catastrophic extinction of prey populations.

There has been considerable research on both top-down effects and on disturbances in ecological communities; however, the interaction between the two, when the disturbance is catastrophic, has rarely been examined. Predators may increase the probability of prey extinction resulting from a catastrophic disturbance both by reducing prey population size and by changing ecological traits of prey individuals such as habitat characteristics in a way that increases the vulnerability of prey species to extinction. We show that a major hurricane in the Bahamas led to the extinction of lizard populations on most islands onto which a predator had been experimentally introduced, whereas no populations became extinct on control islands. Before the hurricane, the predator had reduced prey populations to about half of those on control islands. Two months after the hurricane, we found only recently hatched individuals--apparently lizards survived the inundating storm surge only as eggs. On predator-introduction islands, those hatchling populations were a smaller fraction of pre-hurricane populations than on control islands. Egg survival allowed rapid recovery of prey populations to pre-hurricane levels on all control islands but on only a third of predator-introduction islands--the other two-thirds lost their prey populations. Thus climatic disturbance compounded by predation brought prey populations to extinction.     

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.     

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．     

具有避难所的非自治差分修正Leslie-Gower捕食-食饵系统的动力学行为研究

研究一类具有避难所的非自治差分修正Leslie-Gower捕食-食饵系统,通过对系统动力学行为的详细分析,得到保证系统持久和全局渐近稳定的充分性条件,发现只要避难所足够大就可以保证食饵种群持久生存.借助差分不等式获得一组保证食饵种群绝灭而捕食者种群持久的充分性条件,发现当避难所较小时,食饵种群会由于捕食者的捕食而最终绝灭,但此时捕食者由于拥有其他的食物来源仍可持久生存.     

一类食饵-捕食扩散模型分析

在两种群相互作用的Lotka-Voherra模型的基础上考虑了一类食饵种群分布在2个斑块：一个斑块上食饵和捕食者相互作用且对捕食者种群进行捕获；而另—个斑块属于食饵保护区．没有捕食者进入且不允许对食饵种群进行捕获．并且食饵种群可以在2个斑块间进行扩散的食饵—捕食模型。讨论了平衡点的存在性，利用Hurwitz判别法证明了平衡点的局部渐近稳定性和通过构造李雅普诺夫函数，得到了平衡点全局渐近稳定的结论。     

具无限时滞和非单调功能性反应捕食系统的多周期解

利用重合度理论中的延拓定理,研究一类具有无限时滞和非单调功能性反应的捕食者-食饵系统正周期解的存在性,得到了两个有界开集和至少存在两个周期正解的充分条件.结果表明,当食饵群负载容纳量和捕食者种群增长率均足够大时,系统将产生生物性多周期振荡。