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.     

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.     

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.     

有色环境噪音下空间种群的一致性与灭绝

用耦合映像格子的方法建立了一个具有空间结构的种群模型．研究发现环境噪音的营养级相关也是一个引起空间种群一致性的重要原因．考虑了噪音的时间结构（也就是颜色）对一致性的影响,分别在稳定、周期和混沌的种群动态系统下考虑了空间种群一致性．计算机模拟结果确认了颜色确实也是原因之一．在每个参数区域上大量模拟发现：稳定和周期的动态系统可以出现一致性,但是混沌种群动态系统很难出现一致性．这丰富了对空间种群一致性原因的认识．     

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。     

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．     

粗糙集的BCK-代数

在粗糙集的代数方法研究中,一个重要的方面是从粗糙集的偶序对(＜下近似集,上近似集＞)表示入手,通过定义偶序对性质的基本运算,从而构造出相应粗代数,并寻找能抽象表示偶序对的性质的一般代数结构.其中最有影响的粗代数分别是粗双stone代数、近似空间代数和粗Nelson代数.文章讨论了近似空间中粗糙集的代数性质,通过所给的粗糙并、交、补的定义,定义了粗糙集的全体所组的集合B的一个二元运算*.并证明B是一个蕴涵的BCK-代数.     

两性具有不同出生率和死亡率的捕食者-食饵模型

研究了一类具有两性结构的二种群捕食者-食饵模型的渐近形态,其中食饵种群两性具有不同的出生率和死亡率时．对该模型的有关性态进行了分析。     

两性种群动态模型初探

研究具有相同年龄结构的两性种群动态模型，求出了两种种各的年增长率、稳定的年龄分布、净生殖率和生育值向量，结果表明，这些生命参数完全取决于两性种群中的雌性种群，从而揭示了种群动态的研究只考虑雌性种群动态的合理性。     

一个离散生境中的结构种群模型的动态特征

针对网蛱蝶世代不重迭的生活史特征构造结构集合种群模型,运用差分方程定性理论和数值分析方法研究网蛱蝶集合种群的动态行为以及产生这些动态行为的原因.考虑到集合种群的基本特征,在模型中引入随机变量描述斑块上局域种群灭绝与再殖的随机现象,并利用所建立的模型,根据生物观测数据,对河北阎家坪地区2种网蛱蝶集合种群分别进行了数值模拟.从数学的角度证明环境保护对网蛱蝶种群可持续生存的可能性和重要性.     

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.     

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.     

狭长型地铁基坑的空间效应定量化研究

为定量化分析狭长型地铁基坑的空间效应对支护结构变形的影响,在验证基坑数值模型有效的基础上,通过有限元数值模拟方法研究了不同长宽比和深宽比基坑开挖后支护结构的变形.结果 表明:随着基坑长宽比的增大,长边支护结构的最大水平位移变化显著,且明显大于短边的最大水平位移,浅坑的(H/B ＜1,H为挖深、B为基坑宽度)长短边最大水平位移比达到8,深坑(H/B＞1)的位移比在3左右;基坑长宽比为1＜L/B ＜3(L为基坑长度)时,基坑长边的水平位移受空间效应影响变大;工程设计中,长宽比为3左右的浅坑和长宽比为2左右的深坑适合采用二维剖面设计方法.     

悬浮生物载体空间结构的数值评价

悬浮生物载体是移动床生物膜反应器的重要材料,其空间结构对其性能有较大影响,为了评价及优化其结构,采用动网格模型与两相流模型耦合的动态数值模拟方法对装有悬浮生物载体的移动床反应器内部流体力学特性进行分析。计算结果表明,动网格技术与两相流技术耦合的数值方法能够很真实地模拟悬浮生物载体在移动床生物反应器中的运动,及其中每个瞬时的计算域内压力、速度、气相体积分数等流体参数的定量分布,并讨论了采用气含率和载体表面剪切力两个流体力学参数来评价生物载体空间结构性能的可行性。     

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。     

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.     

具年龄结构的metapopulation的空间分布模型

运用Leslie矩阵和Markov链建立了一个具年龄结构的集合种群随时间动态变化的空间分布模型,给出了集 合种群持续存在以及灭绝的条件.