集合種群動態(tài)和續(xù)存的數(shù)學(xué)模型及模擬研究.pdf

1、集合種群理論是近二十多年里發(fā)展起來的一種空間生態(tài)學(xué)理論框架。它可以有效地處理種群的空間結(jié)構(gòu)，利用它可以研究種群的空間動態(tài)和生境破壞和破碎對種群長期續(xù)存的影響。集合種群理論的興起和蓬勃發(fā)展已經(jīng)極大地影響和充實了數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)和理論生態(tài)學(xué)，而且為保護生物學(xué)提供了重要的技術(shù)手段和理論指導(dǎo)。集合種群的本質(zhì)特征是個體在斑塊之間的遷移和生境的異質(zhì)性。人類活動破壞和破碎曾經(jīng)連續(xù)的自然生境，已經(jīng)為許許多多其他物種的擴散形成了障礙，危及到它們的自然繁衍。全球

2、性的生境破壞和破碎化已經(jīng)是人類乃至整個自然界面臨的重大問題，有關(guān)研究普遍認為生境的破壞和破碎化是物種長期生存、群落關(guān)系改變、生物多樣性維持的主要威脅因素。盡管已有大量的空間顯含模型研究了生境毀壞對物種續(xù)存的影響，然而較少對比研究生境毀壞空間異質(zhì)性對物種續(xù)存的影響，很少研究破碎生境中集合種群分布格局的動態(tài)。生物競爭是一種重要的生態(tài)關(guān)系，是推動生物群落乃至生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展變化的一種主要推動力量，在群落的演替、構(gòu)成、甚至于進化過成中都起了不可或缺

3、的作用。Tilman（1994）提出的多物種競爭的集合種群模型是一個簡單而經(jīng)典的空間模型，該模型假設(shè)了層次競爭關(guān)系，預(yù)測了競爭力不同的無限多個物種可以競爭共存，但沒人對打破Tilman多物種競爭集合種群模型的競爭鏈假設(shè)建立集合種群模型進行研究。本論文選題于該領(lǐng)域，借助于數(shù)學(xué)和計算機手段，抓住集合種群的本質(zhì)特征是個體在斑塊之間的遷移和生境的異質(zhì)性，充分研究了生物體的遷移對種群動態(tài)的影響，基于元胞自動機類模型和關(guān)聯(lián)方程模型，考慮生境的散失、

4、生境斑塊之間的連通性降低、生境質(zhì)量的下降三種生境類型的破壞，對集合種群動態(tài)和長期續(xù)存的影響；并詳細討論了多物種競爭系統(tǒng)的穩(wěn)定性，打破了Tilman多物種競爭集合種群模型的競爭鏈假設(shè)，發(fā)展了隨機競爭的集合種群模型，通過穩(wěn)定性分析研究了物種共存和競爭的問題。 通過研究，得出的主要結(jié)論為：（1）生境的破壞是威脅集合種群續(xù)存的主要原因，不但生境斑塊的散失對集合種群的續(xù)存會產(chǎn)生較深遠的影響，而且破壞生境的結(jié)構(gòu)都復(fù)雜地影響了集合種群的動態(tài)和

5、續(xù)存。（2）破壞和未破壞生境斑塊的均勻混合不利于集合種群的增長和續(xù)存，而生境類型聚集分布可以促進集合種群的快速增長和長期續(xù)存，對于兩種斑塊類型相對均勻混合的生境來說，均勻場假設(shè)可能會高估集合種群的續(xù)存，對于相對斑塊類型高度聚集的生境，均勻場假設(shè)可能會低估集合種群的續(xù)存。（3）物種的遷移范圍也會影響集合種群的續(xù)存，遷移范圍越大的物種越容易抵御生境的破壞而免遭滅絕。（4）只要競爭能力弱的物種有更強的遷移能力，競爭能力不同的多個物種可以在空間

6、上分離的生境中共存，競爭能力和擴散能力在穩(wěn)定態(tài)下是妥協(xié)的，并呈負相關(guān)關(guān)系。（5）隨機競爭模型分析表明，兩物種競爭出現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，兩物種競爭成功與否依賴于種群初始占有狀態(tài)；隨機競爭可能會導(dǎo)致更復(fù)雜多樣的集合種群動態(tài)行為，包括競爭物種不能共存、穩(wěn)定共存、以及雙穩(wěn)態(tài)的情況，同時說明隨機競爭在群落組建過程中也可能在本質(zhì)上起復(fù)雜的作用。（6）因生境的破壞可能會誘導(dǎo)物種向著擴散力強的方向進化，所以生物保護中對被保護物種自身的特性研究至關(guān)重要（比如物