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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

反应扩散方程及其应用研究进展

本文主要介绍反应扩散方程模型在生物学中的一些基本应用,重点考虑扩散项、环境变化以及时滞对种群动力学、物种进化和疾病传播产生的影响.主要通过分析一系列的反应扩散方程模型,把空间生态学、物种进化和疾病传播等领域有机地结合起来,从而促进反应扩散方程基础理论的发展.讨论内容包括局部反应扩散方程的行波解、非局部反应扩散方程的行波...     

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.     

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.     

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.     

光竞争条件下邻域效应对植物高生长可塑性的影响

构建了以个体为基础,空间明晰的"影响域"模型来研究植物高生长对局域光竞争的可塑性反应.结果表明:植物个体会将其高度维持在一最优值以使其适合度最大,这一最优高度值会随着植物个体所经受的局域光竞争强度的增加而增大.种群中小个体相对于大个体能更早地将其高度维持在最优值,但小个体由于邻域光竞争强度过大而导致的不能继续维持在最优高度及随后的死亡过程也比大个体要早.这种植物个体间高生长可塑反应的不同步性是由于个体的局域光竞争环境存在差异而导致的.研究表明空间分布与邻域效应对植物种群中多样性的高度和高生长策略的产生具有重要意义.在植物高生长的可塑性研究中,忽略邻域效应的"平均作用"博弈理论模型往往会导致片面的,甚至是错误的结论.     

非光滑机械动力系统数值积分的精度分析

采用 Taylor级数展开方法 ,分析了常用的线性多步法在非光滑机械动力系统中的计算精度特性 ,建立了一个非光滑的机械振动系统检验模型 ,给出了典型的计算实例 ,并提出了几种改善计算精度的措施。分析表明 ,在计算非光滑的机械动力系统时 ,线性多步法类的数值积分方法出现降阶现象 ,计算精度会大大降低。采用光滑函数过渡、自适应变步长技术及隐式和预测校正等方法 ,可以有效地提高数值计算精度 ,而提高方法的阶次不能有效提高精度     

蒙特卡罗方法研究集合种群动态

根据金堇蛱蝶的实际生活史和调查数据,以天为单位采用蒙特卡罗模拟方法仿真每个个体的发育、迁移、繁殖等随机行为. 从而获取集合种群及其各局域种群的动态变化,展示了局域种群的周转行为,得到了每年各斑块局域种群大小、占据率、被占据斑块数及相应的概率分布等信息. 计算结果表明该集合种群能够进入一个基本稳定的状态从而维持适当的种群规模并得以续存下去.我们还分析了斑块质量和所处地理位置对局域种群的影响. 提供了一种能够同时描述集合种群和局域种群动态的研究方法,为将来进一步研究各种影响集合种群动态的因素和制定保护策略等奠定了基础.     

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.     

Spatial synchronization of vole population dynamics by predatory birds

Northern vole populations exhibit large-scale, spatially synchronous population dynamics. Such cases of population synchrony provide excellent opportunities for distinguishing between local intrinsic and regional extrinsic mechanisms of population regulation. Analyses of large-scale survey data and theoretical modelling have indicated several plausible synchronizing mechanisms. It is difficult, however, to determine the most important one without detailed data on local demographic processes. Here we combine results from two field studies in southeastern Norway--one identifies local demographic mechanisms and landscape-level annual synchrony among 28 enclosed experimental populations and the other examines region-level multi-annual synchrony in open natural populations. Despite fences eliminating predatory mammals and vole dispersal, the growth rates of the experimental populations were synchronized and moreover, perfectly linked with vole abundance in the region. The fates of 481 radio-marked voles showed that bird predation was the synchronizing mechanism. A higher frequency of risky dispersal movements in slowly growing populations appeared to accelerate predation rate. Thus, dispersal may induce a feedback-loop between predation and population growth that enhances synchrony.     

低速低应力时拖揽运动仿真

建立了拖缆在低速低(负)应力时的运动数学模型,用以分析弯矩对拖缆运动的影响.基于集中质量法给出了三维拖缆的运动控制方程,在此基础上根据弯矩和分布荷载的对应关系,提出了一种计算弯矩诱导分布荷载的方法,并将该荷载融入到运动控制方程中,采用四阶龙格库塔方法进行积分求解.通过数值仿真计算,分析了低速时计入弯矩影响前、后拖缆的运动响应,并给出了合理准确的结果.结果表明,所提方法是切实可行的.     

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…