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生境破坏的空间结构对集合种群续存的影响(英文)

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生物数学学报 2008年第1期23卷 11-22页

作者：吴诗宝惠苍华南师范大学生命科学学院 Department of Conservation EcologyUniversity of Stellenbosch Private Bag X1

生境破坏及其影响是生态学亟待解决的问题之一.目前的研究主要集中在破坏数量,即遭破坏生境的比例,对物种续存的影响方面;其中最主要的结论是Levins原理和适合生境斑块最小数量(MASH),而关于生境破坏的空间结构的研究却比较稀少.在本文... 详细信息

生境破坏及其影响是生态学亟待解决的问题之一.目前的研究主要集中在破坏数量,即遭破坏生境的比例,对物种续存的影响方面;其中最主要的结论是Levins原理和适合生境斑块最小数量(MASH),而关于生境破坏的空间结构的研究却比较稀少.在本文中,我们首先将偶对近似引入到集合种群的研究当中,并替代原有的均匀场假设.然后我们对生境破坏导致的集合种群大小、空间结构以及分布等做了全面讨论.结果显示:随破坏比例的增加,集合种群大小将下降并且其分布将远离破坏生境,进一步聚集式分布结构将瓦解.随着破坏规则化的下降,集合种群将萎缩并使其聚集结构崩溃,在破坏生境周围集合种群起初将增加然后迅速消失.根据这些结果,我们可以对边界效应进行分析:不能用破坏比例描述生境破坏的程度和影响,而只能用破坏区域边界的长短来描述.根据边界效应,我们可以得出在一连通生境上物种保护的条件是生境破坏后剩余的适合生境比例应该大于破坏前原始生境的一半.居住在斑块环境中的物种比连续生境中生存的物种可以更好地抵抗生境破坏带来的影响.

关键词：集合种群生境破坏均匀场假设偶对近似边界效应

空间异质性对植物种群动态的影响:三种模拟方法的比较

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生物数学学报 2012年第3期27卷 537-547页

作者：孙阳张青郑景明北京林业大学北京100083

为了讨论单一物种在异质性景观中的空间传播,将平均场近似模型和偶对近似模型的结果进行对比研究.本研究选择了有代表性的四邻域和八邻域时物种的传播情况,首先运用细胞自动机建立了理想模型,对偶对近似模型和平均场近似模型在全局密度... 详细信息

为了讨论单一物种在异质性景观中的空间传播,将平均场近似模型和偶对近似模型的结果进行对比研究.本研究选择了有代表性的四邻域和八邻域时物种的传播情况,首先运用细胞自动机建立了理想模型,对偶对近似模型和平均场近似模型在全局密度和局域密度固定时随着出生率与死亡率比值变化的结果比较,以细胞自动机模型结果为依据,判断偶对近似与平均场近似哪个结果更加接近细胞自动机模型的结果.通过分析得到四邻域时在近似细胞自动机模型结果时偶对近似的结果优于平均场近似的结果,但是在八邻域时三个模型之间的差异性不再那么明显,偶对近似依然能够很好的预测细胞自动机模型的结果.

关键词：种群动态空间异质性细胞自动机偶对近似平均场近似

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复杂网络上几类传染病模型的动力学分析

复杂网络上几类传染病模型的动力学分析

作者：张斐江西师范大学

学位级别：硕士

本文主要研究复杂网络上几类重要的传染病动力学模型,全文大致可分为三个部分:第一部分考虑异质网络上具有一般直接免疫率的SIRS传染病模型,不仅推导了传染病的流行阈值而且证明了平衡点的全局稳定性,根据免疫率的分布提出了一致性直接... 详细信息

本文主要研究复杂网络上几类重要的传染病动力学模型,全文大致可分为三个部分:第一部分考虑异质网络上具有一般直接免疫率的SIRS传染病模型,不仅推导了传染病的流行阈值而且证明了平衡点的全局稳定性,根据免疫率的分布提出了一致性直接免疫和目标性直接免疫,得到的结果改进和推广了前人的工作;第二部分建立具有局域媒体报道的SIS传染病模型,分析确定了疾病爆发的阈值条件;第三部分研究了带任意权重分布的随机规则网络上SIS传播模型,采用偶对近似方法建立了基于边的动力系统,利用一种新创立的方法确定了传染病爆发的条件,结果表明线性传播率和非线性传播率对流行阈值具有不同的影响。

关键词：复杂网络疾病传播全局稳定性异质免疫率媒体报道偶对近似

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寄生调节的生物入侵动态研究

寄生调节的生物入侵动态研究

作者：王红合肥工业大学

学位级别：硕士

生物入侵严重威胁着全球生物多样性,而在生物入侵的进程中,寄生感染被证明是影响动植物入侵成功的一个关键因素。近年来对于寄生在物种入侵中作用的研究得到了迅速的发展,已成为当今入侵生态学与传染病学研究的前沿与热点问题。本论文... 详细信息

生物入侵严重威胁着全球生物多样性,而在生物入侵的进程中,寄生感染被证明是影响动植物入侵成功的一个关键因素。近年来对于寄生在物种入侵中作用的研究得到了迅速的发展,已成为当今入侵生态学与传染病学研究的前沿与热点问题。本论文重点关注寄生和病原体感染对物种入侵动态及物种共存的影响,特别是基于分析结果讨论对入侵种的控制策略。其研究内容共包括五章,第一章对生物入侵的概念、理论、研究现状与进展进行综述;第二章介绍了寄生调节的生物入侵相关理论及其模型构建;第三章基于元胞自动机模型,建立了入侵种与本地种形成的集团内捕食模型,继而在空间尺度上探讨了寄生感染对宿主种群的间接作用(寄生对宿主的密度调节和特征调节效应)在外来种入侵动态中的作用;第四章采用偶对近似方法建立了异质性生境下具有竞争关系的物种入侵模型,并讨论了异质生境上寄生对物种入侵空间模式的影响;第五章对本论文进行总结和展望。通过研究,本论文主要得出如下新结果：(1)寄生对宿主的三种调节效应均对外来种的入侵起到了抑制作用;(2)相对于密度调节效应,寄生的特征调节对捕食者种群入侵的抑制作用更明显,而两者的耦合调节效应对入侵的抑制能力明显高于单种效应的作用;(3)无寄生与寄生调节状态下入侵捕食者的密度均随着时间变化呈现递增趋势,而本地食饵密度却减小,且两物种在平衡时刻将达到共存;四种状态下物种平衡时刻的密度并不相同,其中无寄生的情况下,本地食饵密度最小,而入侵的捕食者种群密度最大,这说明寄生的存在对捕食者的入侵产生抑制作用：(4)寄生感染率的增大将导致物种入侵更为困难,从而抑制外来种的入侵;(5)空间异质性是影响生物入侵的一个重要因素,在竞争关系的物种入侵模型中,环境异质性可能提高外来种的入侵。

关键词：生物入侵间接效应集团内捕食系统偶对近似元胞自动机

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空间异质性环境下寄生感染的传播动态

空间异质性环境下寄生感染的传播动态

作者：陈鸽合肥工业大学

学位级别：硕士

寄生感染在生态系统中具有重要的生物学意义。寄生能够调节宿主种群的动态,并且可以显著地影响不同营养级物种之间的相互作用以及系统稳定性。同时,栖息地的丧失以及破碎化是物种灭绝的关键性因素之一。本文从不同的传播途径以及不同权... 详细信息

寄生感染在生态系统中具有重要的生物学意义。寄生能够调节宿主种群的动态,并且可以显著地影响不同营养级物种之间的相互作用以及系统稳定性。同时,栖息地的丧失以及破碎化是物种灭绝的关键性因素之一。本文从不同的传播途径以及不同权衡形式对寄生感染动态和进化的影响两个方面入手,探究空间异质性环境下寄生感染的传播动态,为更好地研究寄生感染的入侵及物种续存提供了依据。本研究内容共包括五章,第一章对空间异质性环境下寄生感染的理论、研究现状进行综述;第二章介绍了几种简单的传染病模型及相关理论;第三章构建了具有空间异质性的寄生感染模型,探讨由不同的传播路径,即水平传播或/和垂直传播等多种传播模式对空间异质性景观上疾病入侵与传播动态的影响;第四章在具有空间异质性的传染病模型的基础上,建立了具有不同传播扩散形式的宿主-寄生进化模型,进一步讨论了不同权衡形式(trade-off)对宿主进化动态的影响;第五章在本文研究的基础上,对寄生感染理论进行总结和展望。通过研究,本论文主要得出如下新结果:(1)水平传播和垂直传播对宿主-寄生物种群动态产生不对称影响;(2)在空间异质景观下,生境破碎化越严重,垂直传播在疾病入侵中就起着越重要的作用;(3)相比于均匀场假设,在具有严重的栖息地丧失的情况下,研究表明垂直传播是疾病入侵的决定性因素;(4)空间随机模拟显示,异质性资源质量和栖息地丧失对宿主种群动态的影响不同,这可能是因为具有低资源质量的栖息地斑块仍然可以维持宿主个体的繁殖;(5)不同寄生感染者的繁殖力与疾病的传播率之间的权衡形式能够导致进化稳定时寄生病毒的毒性差异。

关键词：宿主-寄生偶对近似水平传播垂直传播异质性生境

物种分布的空间结构和干扰的时空结构对物种入侵结果的影响

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物种分布的空间结构和干扰的时空结构对物种入侵结果的影响

作者：聂士朋兰州大学

学位级别：硕士

物种入侵是自然界中普遍存在的现象,是导致当代生物多样性丧失的主要因素之一。物种入侵已经威胁到了多个国家和地区,为人类的可持续发展带来了巨大挑战。但并非所有物种入侵都一定是成功的,入侵物种被本土物种所彻底排斥的情况并不少... 详细信息

物种入侵是自然界中普遍存在的现象,是导致当代生物多样性丧失的主要因素之一。物种入侵已经威胁到了多个国家和地区,为人类的可持续发展带来了巨大挑战。但并非所有物种入侵都一定是成功的,入侵物种被本土物种所彻底排斥的情况并不少见。因此,当发现物种入侵时,对入侵结果做出及时准确的预测,并通过人为施加干扰改变入侵结果,保持生态系统稳定性,显得十分迫切。文章通过基于个体的均匀场和偶对近似方法建立了一个包含三个物种的数学生态模型。当物种入侵发生时,分别分析了物种分布的空间结构和干扰的时空结构对入侵结果的影响。其中,物种的空间结构是指入侵物种和本土物种的丰度及其空间分布的集程度。干扰的时空结构是指干扰程度、干扰发生的空间聚集程度和干扰施加的时间。文章考虑了破坏性和引入性两种不同类型的人为干扰,以及消费者可能会采取局部捕食或全局捕食等不同的捕食方式,主要研究结果如下:入侵发生时,入侵物种的丰度越大,局部捕食能力越强,越有利于其入侵成功。尽管如此,物种分布的空间格局对入侵结果有着重大的影响,入侵物种分布的聚集度越小,越有利于其入侵成功。本土物种分布的聚集度越大,越有利于阻止物种入侵。当本土物种和入侵物种均通过全局捕食进行扩散时时,物种分布的空间结构对物种入侵结果没有任何影响。针对于一种本土物种被入侵物种所彻底排斥的情形,文章分析了两种不同类型的干扰对入侵结果的影响。当施加干扰后,破坏性干扰不能彻底阻止物种入侵,但能保证本土物种和入侵物种共生。恰当的引入性干扰,不仅能够阻止物种入侵,还能使得本土物种和入侵物种共存。此外,当所施加干扰程度固定时,中度的引入性干扰聚集度最有利于保持物种多样性,但这种影响随着物种局部捕食能力的减弱而逐渐消失。文章还发现,当发现物种入侵后,干扰施加的越及时,越有利于阻止物种入侵或促进物种共存。最后,基于所建模型,文章对自然界中的几个入侵事件和假说展开讨论,为生物多样性的保护和物种入侵的防控提供了新的视角,文章对干扰的研究结果将会对生物防控产生一定的启示作用。

关键词：物种入侵物种多样性时空干扰物种空间分布格局偶对近似均匀场

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多重网络上流行病传播动力学分析

多重网络上流行病传播动力学分析

作者：查玲玲江西师范大学

学位级别：硕士

传染病危害人类已有千年,人类从未停止与传染病的斗争,并且在传染病控制方面也取得了显著成绩,但许多新型传染病的出现给传染病模型研究提出了新问题,本文主要从多重网络的角度建立数学模型,分析多重网络上传染病的流行规律。具体分为... 详细信息

传染病危害人类已有千年,人类从未停止与传染病的斗争,并且在传染病控制方面也取得了显著成绩,但许多新型传染病的出现给传染病模型研究提出了新问题,本文主要从多重网络的角度建立数学模型,分析多重网络上传染病的流行规律。具体分为以下三个方面:1.多重网络SIS流行阈值分析在单重网络上建立传染病动力学模型,使用偶对淬火平均场理论预测传染病流行阈值;而后将单重网络模型推广到多重网络,研究多重网络流行病病动力学过程并推导出了一般性的流行阈值公式。2.二重意识-疾病耦合网络动力学分析考虑二重耦合网络上的疾病和意识的共同传播,其中上层为意识传播层,下层为疾病传播层。与以往的研究不同,考虑个体有意识但无预防行为的情况,通过建立微观马氏链模型分析了疾病的流行阈值以及意识层的影响。3.二重网络上通信层意识对流行阈值的影响在二重耦合网络引入个体对疾病信息的行为反应,其中信息来源为通信层。利用异质平均场方法建立了传播动力学模型。理论分析显示,在独立性条件下个体意识对疾病流行阈值没有影响,这与已有的结果不同。

关键词：多重网络疾病传播偶对近似淬火平均场

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一类互助系统的时空动态分析

一类互助系统的时空动态分析

作者：张梦晓河南大学

学位级别：硕士

生态学中种群动态和群落结构强烈依赖于种间关系.捕食、竞争和互助是三种基本的相互作用类型.捕食和竞争已被广泛地研究,而互助的研究相对滞后,在最近才被从模型的角度加以研究.其生态效果需要逐步细化和澄清.本文结合一种特殊类型的互... 详细信息

生态学中种群动态和群落结构强烈依赖于种间关系.捕食、竞争和互助是三种基本的相互作用类型.捕食和竞争已被广泛地研究,而互助的研究相对滞后,在最近才被从模型的角度加以研究.其生态效果需要逐步细化和澄清.本文结合一种特殊类型的互助系统-捕食关系作用下的过度补偿所产生的互助,建立数学模型,对其动态、生态作用及在生境变化下的作用做出详细探究.围绕着动物捕食植物而对植物产生的过度补偿建立捕食-互助模型;采用不同的建模手段,通过数学分析和数值模拟得到以下结论:(1)在常微分模型情况下,没有过度补偿时,当捕食压力小于临界值时,系统处于稳定状态,收敛于正的平衡点,两物种稳定共存.当捕食压力超过临界值时,系统周期震荡,存在极限环,在临界值处产生了Hop 分支.当捕食压力小于一定值时,系统的正平衡点存在,但极限环的振幅随着捕食压力的增加急剧增大,以至于当捕食压力在一定范围内时剧烈的系统震荡使得捕食压力较大时使得食饵先灭绝,以至于整个系统灭绝.(2)在常微分模型情况下,当过度补偿系数>0时,在参数相同的情况下,互助系数的加入使得原参数范围内不能共存的两个物种可以生存,扩大了共存区域.对于原来稳定的系统,过度补偿的加入进一步稳定了系统的动态;对于原来震荡共存的系统,增加一定程度的过度补偿能使系统稳定共存;对于原本不能共存的系统,过度补偿能够挽救系统.(3)在时滞模型情况下,时滞的加入没有改变系统时间状态下的稳定性;(4)在反应扩散模型下得出Hopf,Turing分支产生的条件以及过度补偿可以扭转系统空间状态的稳定性.(5)在均匀场假设下的集合种群模型下,当栖息地的减少时,物种N更能适应这种改变而生存下去,但当物种P的出生率超过一定值时,无论N的出生率怎么改变,由于捕食压力过大,导致食饵N率先灭绝,最终导致系统崩溃.(6)在偶对近似模型情况下,栖息地的高度联通性将有利于两个物种的共存;但反过来看,在现实生活中,随着生境质量下降和栖息地的的离散化,联通性的降低不利于物种P的生存.通过研究,我们清晰得到了过度补偿能够稳定生态系统的作用,尽管在很多其他机制所引起的互助系统中,互助这种正反馈会破坏系统,导致系统不稳定,这充分说明生态系统的复杂性,本研究对于互助作用的结论进行了有益的补充,丰富了互助系统理论.

关键词：互助过度补偿偶对近似生境破坏