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.     

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。     

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.     

分散种植模式下杂交杏李园节肢动物的种群动态研究

分散种植是我国传统的农业种植模式,但由此产生的生境丧失与破碎化是农业生态系统中自然天敌对害虫控制能力下降的重要因素.本文以农村分散种植的39户杂交杏李果园为研究斑块,利用网捕法、巴氏罐诱集等方法,研究了新建杂交杏李园中节肢动物种群的构建、扩散和转移.结果表明,随着树龄的增长,果园节肢动物逐步占据种植斑块.不同种群占据所有斑块所需的时间长短不一,种群密度逐渐增长,杂交杏李在种植后的8年种群密度趋于稳定,具有明显的时滞期、扩散期和饱和期.农户分散种植和耕作方式的改变会产生明显的斑块效应和隔离效应,从而影响果园自然天敌及害虫种群.因此利用农业景观格局进行以害虫生物防治为中心的设计与规划有着巨大的前景.     

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.     

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。     

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.     

Difference in metapopulation structure and dynamics of two species of coexistent melitaeine butterflies

Habitat fragmentation has been considered to be the most important cause of the extinction and the loss of bio-diversity[1,2]. With the increase of human activities in re-cent years, natural habitat decreased rapidly and patches became smaller and more isolated[3,4]. This leads to an obvious change of population structure and dynamics of many species. However, some species may persist as metapopulations in seriously fragmented landscapes[5]. Metapopulation theory and methodology is estab-lish…     

保护区的数量和种群在集合种群水平上的续存

生境的破碎化一般被认为不利于自然种群的长期存活 .在自然保护区的设置上 ,人们一般倾向于建立一个或少数几个大的自然保护区而不是具有相同总面积的更多较小的保护区 .建立了一个既包含局域种群动态 ,又包含集合种群侵占率的模型 ,并在这两个层次上进行了计算机模拟 ,结果表明 :集合种群的存活时间随着保护区数目的增大先增大而后减小 ,即保护区的数目维持在中等大小时最有利于种群在集合种群水平上的存活 ;自然保护区大小的最优值与种群的 Allee效应有关 .     

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.     

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.     

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.     

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．     

融合正弦余弦算法的蝴蝶优化算法

针对蝴蝶优化算法存在收敛速度慢、求解精度差和易陷入局部最优等缺陷,提出一种融合正弦余弦算法的蝴蝶优化算法.首先在蝴蝶自身认知部分引入非线性自适应因子,其次重新定义香味浓度计算公式,最后在局部搜索阶段引入改进的正弦余弦算法.通过19个基准函数的测试,实验结果表明,本算法在收敛速度、寻优精度和鲁棒性方面均优于蝴蝶优化算法(...