物种在异质性空间的传播可能性与传播速度研究

为了讨论单一物种在异质性景观中的空间传播可能性与传播速度,利用元包自动机模型模拟异质空间结构,建立边沿偶对近似模型,将其入侵速度结果与元宝自动机模型模拟的结果进行对比研究.本研究首先运用元包自动机建立理想模型,模拟物种在异质空间的传播可能性,之后比较在全局密度和局域密度变化时边沿偶对近似模型的入侵速度,以细胞自动机模型的模拟结果为依据,判断边沿偶对近似模型是否能够很好的预测细胞自动机模型的结果.     

扩散对破碎化景观上宿主-寄生种群动态的影响

景观破碎化和扩散是空间种群模型的重要因素,对生物入侵存在着深远的影响。本章将基于偶对近似模型,探讨由局部和全局宿主-寄生相互作用共同决定的扩散模式对破坏性景观上疾病入侵与传播的影响。其中,生境破坏由生境丧失量与生境破碎化程度来描述。模拟结果显示,宿主和病毒的全局扩散对疾病的入侵与种群密度产生不对称效应：病毒的全局扩散对系统产生的影响较宿主的全局扩散更为显著。不同扩散模式下,生境丧失越高或破碎化程度越低,均将越有害于寄生病毒的入侵;同时,生境的破坏程度也显著地影响了入侵阈值对扩散模式的响应机制。本文研究结果暗示,景观破碎化的空间分布格局以及病毒扩散的限制均可作为物种保护与管理中有效的疾病控制策略。该研究结果在一定意义上丰富和发展了寄生感染理论,为物种保护提供了生态学理论依据。     

竞争和景观格局相互作用对外来入侵物种传播影响的动态模拟

通过中性景观模型和元胞自动机模型模拟了不同景观格局、不同竞争力和关键种群特征的外来入侵物种的传播动态,模拟结果表明:(1)竞争力强的外来入侵物种,可利用生境面积越大,集聚度越高,越有利于其入侵和传播,而对竞争力弱的外来入侵物种来说,可利用生境面积越小,越分散,越有利于其生存。竞争力强可以有效利用整块的高集聚度的资源,而弱竞争力的外来入侵物种为了逃避土著种的竞争往往趋向于分布在分散的小生境中;(2)可利用生境面积大于50%时,景观格局集聚度越小,竞争力弱的外来入侵物种适应环境的弛豫时间越长;(3)外来入侵物种的传播与种子产量呈正相关关系,与繁殖年龄呈负相关关系,拟合关系因景观格局和竞争而异;(4)平均迁移距离对外来入侵物种传播的影响最大,在管理过程中应根据不同的目标,不同的景观格局、竞争力和种群特征选择合适的管理措施。     

生物废水处理系统的细胞自动机模型

建立了活性污泥处理生物废水的细胞自动机模型,对活性污泥生物量与有机物浓度动态进行了研究,提出了计算活性污泥回流循环比的方法.结果表明,在Moore邻居模型下废水达标排放所需时间较Von. Neumann邻居模型少,不同生长阶段的微生物浓度波动具有时滞性.稳定期有机物浓度和生物量不受活性污泥初始浓度的影响.活性污泥处理生物废水的细胞自动机模型有助于为污水处理提供理论依据.     

个体运动的病毒传播行为模拟

提出了一个基于二维规则网格的SIS(Susceptible-Infected-Susceptible)动态疾病传播模型,并用元胞自动机方法进行计算机模拟,考查该模型中感染概率、治愈概率、人群密度及人群的流动对疾病传播的影响,结果表明,系统的稳态感染比例随感染概率和人群密度的增加而增大,随治愈概率的增加而减小,同等条件下流动人群比静止人群更容易传播疾病,根据这些研究结论最后给出了对应的疾病预防和控制措施。     

生境破坏的空间结构对集合种群续存的影响

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.     

基于细胞自动机的实体肿瘤生长动态建模

基于细胞自动机方法,建立了一种简单的实体肿瘤免疫性系统模型,用来模拟实体肿瘤生长过程中的情况．我们基于二维随机、离散细胞自动机计算方法,在生物细胞水平上,建立了一种肿瘤免疫性系统生长模型．该模型考虑了免疫反应的宏观性质,描绘了癌细胞和机体免疫系统之间的细胞相互作用,表现了围绕在肿瘤机体周围,免疫系统细胞的免疫作用发展情况．我们研究了常规细胞自动机模型,设计出实体肿瘤模型随机演化生长规则．最终,构建离散细胞自动机肿瘤免疫性系统模型,并做了相应的数值仿真试验．通过对仿真模型不同参数的调整,最终的仿真结果表明,该模型能反映肿瘤免疫性系统基本的相关性质．     

应用球孢白僵菌防治马尾松毛虫的策略及其生物多样性基础的研究

对３种不同方式应用球孢白僵菌防治马尾松毛虫的结果表明,３个林场的虫口在连续４年内均被抑制在低水平,但松毛虫种群动态不同：以淹没式施放白僵菌为主,但有时也淹没式施放化学杀虫剂的麻姑山林场平均虫口密度为３．１６±４．９４条·株－１,波动最大;长期接种式应用白僵菌的戴公山林场平均虫口密度只有０．０９±０．１４条·株－１,一直处于低密度状态;以化学农药处理小面积虫源地结合不频繁地淹没式施放白僵菌的金寺山林场平均虫口密度为１．４５±２．２９条·株－１,偶可达防治指标．对群落组成的调查结果表明,从麻姑山、金寺山到戴公山,动物和虫生真菌群落各物种的总个体数递减,而总物种数、总物种数与总个体数的比值,天敌与害虫种数和个体数的比值以及群落多样性指数皆递增,表明群落多样性渐趋丰富,食物链网渐趋复杂,群落稳定性和对害虫的自然控制能力逐渐增强．对群落动态的主成分分析进一步表明,从麻姑山、金寺山到戴公山,动物和虫生真菌群落的演化时序分明,趋于稳定,自我调节力强．     

温度对金银花尺蠖幼虫取食量及食物利用效率的影响

在室内研究不同温度(19℃、22℃、25℃、28℃和31℃)对金银花尺蠖幼虫取食量、取食速率、近似消化力和食物利用率的影响。结果表明,较低温度(19℃和22℃)时金银花尺蠖幼虫的取食量和取食速率比较小,近似消化力和食物利用率比较低,随着温度的升高,金银花尺蠖幼虫的取食量、取食速率、近似消化力和食物利用率均逐渐增大,到25℃时达到最大,分别为607.36 mg、27.47 mg/d、58.45%、20.81%;高温(31℃)时取食量明显减少,取食速率、近似消化力和食物利用率明显降低。根据所建立的平均取食量、取食速率、近似消化力、食物利用率与温度间的回归模型计算得出,金银花尺蠖幼虫取食量、取食速率、近似消化力和食物利用率最大的最适温度分别为26.15℃、25.02℃、25.38℃和25.30℃。     

外来入侵物种的风险评估定量模型及应用

预防生物入侵的一个重要手段是对外来物种进行风险评估,应用模型则是定量评估的必备方法。本文简述了常用的适生性风险评估模型,概述了诸如遗传算法、模糊包络模型、自组织特征映射网络等较新的理论方法,它们使用环境变量和物种实际分布数据,利用不同的机理模型预测物种潜在分布区。本文还综述了适用于研究物种扩散性的模型,积分差分方程模型可以模拟物种扩散行为,元胞自动机模型可以揭示种间竞争关系,景观中性模型大多用于种群动态等生态过程的研究。     

揭示群落结构及其环境响应的联合物种分布模型的研究进展

物种分布模型通常用于基础生态和应用生态研究,用来确定影响生物分布和物种丰富度的因素,量化物种与非生物条件的关系,预测物种对土地利用和气候变化的反应,并确定潜在的保护区.在传统的物种分布模型中,生物的相互作用很少被纳入,而联合物种分布模型(JSDMs)作为近年提出的一种新的可行方法,可以同时考虑环境因素和生物交互作用,因而成为分析生物群落结构和种间相互作用过程的有力工具.JSDMs以物种分布模型(SDMs)为基础,通常采用广义线性回归模型建立物种对环境变量的多变量响应,以随机效应的形式获取物种间的关联,同时结合隐变量模型(LVMs),并基于Laplace近似和马尔科夫蒙脱卡罗模拟的最大似然估计或贝叶斯方法来估算模型参数.本文对JSDMs的产生及理论基础进行归纳总结,重点介绍了不同类型JSDMs的特点及其在现代生态学中的应用,阐述了JSDMs的应用前景、使用过程中存在的问题及发展方向.随着对环境因素与多物种种间关系研究的深入,JSDMs将是今后物种分布模型研究的重点.     

生态位构建对具有资源竞争物种的进化分布动态的影响

生态位构建是有机体通过自身活动、代谢等行为调节或影响其环境或其他生物有机体的过程, 进而导致有机体在自然选择过程中产生不同的进化轨迹。已有研究结论是基于双位点种群遗传模型、基于个体模型以及及元胞自动机模拟模型得出的。目前分析物种进化入侵的常用方法之一是进化分布动态模型。通过引入该方法,着重研究了依特征调节的生态位构建作用对具有种内资源竞争的物种进化动态的影响。结果表明: 依特征调节的生态位构建确实能够引起物种进化轨迹的明显改变。若生态位构建中心位于特征值较小的特征时, 将减少进化分支, 且相较于不存在生态位构建的情况而言, 种群密度提高; 与此相反, 生态位构建中心为特征值较大的特征时,生态位构建维持进化多样性, 尽管其破坏了原有进化的对称分布。这意味着生态位构建通过与环境长期的正反馈作用, 使具有较强依赖的种群特征出现明显差异, 分支数虽有减少, 但显著提升了优势特征的种群密度, 且物种进化分支数随着构建强度的增加而减少。强烈的种内竞争和较弱的生态位构建作用将有利于维持种群的进化多样性。     

中域效应模型中物种分布幅度梯度的影响

中域效应（Mid-domain effect）模型量化了几何限制对物种丰富度空间分布格局的影响．然而,目前的研究缺乏对该模型的生物学意义作进一步的阐明,以及对物种分布幅度的梯度变化进行数量评价．本文利用已发表的马达加斯加蝴蝶的多样性数据,通过模拟方法和物种幅度频度分布（RSFD）的分析,研究了几何限制和物种幅度非随机分布的共同效应．研究发现,尽管马达加斯加蝴蝶物种丰富度的分布格局满足中域效应模型,但并不符合该模型的特征RSFD变化．如果在模型中加入物种分布幅度的梯度变化,则能较好地模拟实际RSFD的变化,表明物种丰富度的空间格局确实存在物种分布幅度的梯度变化．同时还发现,物种分布幅度梯度的存在对最终丰富度格局影响不大,表明中域效应模型的生物学意义难以从物种分布幅度的行为上来解释．     

湖南茶陵湖里沼泽种子库与地表植被的关系

研究了湖南茶陵湖里沼泽中水毛花 (Scirpus triangulatus)、疏忽蓼 (Polygonum p raetermissum) ,普通野生稻 (Oryzarufipogon)和莼菜 (Brasenia schreberi) 4种植被类型的种子库和地上植被的物种组成及两者之间的关系。 4种类型中共萌发了2 9种植物 ,种子平均密度为 5672粒· m- 2。不同植被类型的种子库的物种数和平均密度存在显著差异 ,疏忽蓼斑块的种子库中萌发 2 2种 ,平均密度是 10 0 89粒· m- 2 ;而普通野生稻斑块种子库中只有 14种 ,平均密度仅 2 50 0粒· m- 2。在地表植被中共鉴定出 18种植物。 4种植被类型中 ,其地表植被的物种数和 Shannon多样性指数均低于种子库。地表植被与种子库的物种相似性系数的范围从 0 .43 75至 0 .692 3。每种植被类型中 ,均有一些物种只在种子库中出现 ,而另有一些物种只在植被中出现。表明种子库在湿地保护和受损湿地的恢复中具有不可替代的作用。采用移植法进行湿地植被恢复时 ,应综合考虑种子库与地表植被、以及不同植被类型之间的物种组成的特点 ,以最大限度地恢复湿地植被的物种多样性     

千岛湖片段化生境中木本植物种子雨基本特征及其影响因子

为探究片段化生境中木本植物种子雨的基本特征,该研究根据2015—2020年(研究期间)在千岛湖样岛上的植物群落长期监测样地内每月收集的种子雨数据,采用Kruskal-Wallis检验对木本植物的种子雨密度进行年际差异分析,对不同传播方式物种的种子雨密度进行月份间差异性分析,并利用线性混合效应模型,探究岛屿空间特征(岛屿面积、距最近岛屿的距离、距大陆的距离)以及气候因子(0 ℃以上积温、降水量)对木本植物以及不同传播方式物种的种子雨密度的影响。结果表明:(1)2015—2020年6年间,在29个样岛用240个收集器共收集到877 178粒木本植物的成熟种子,属于26科40属52种。(2)动物传播是木本植物主要的种子传播方式,不同传播方式物种的种子雨时间动态存在较大差异。(3)木本植物的种子雨年密度与岛屿面积和年积温呈显著正相关,与年降水量呈显著负相关。(4)自主传播物种的种子雨月密度与距最近岛屿的距离呈显著正相关,而动物传播物种的种子雨月密度则与距大陆的距离呈显著正相关,风力传播物种的种子雨月密度与月积温呈极显著正相关。综上表明,生境片段化通过岛屿空间特征影响了木本植物种子雨的时间动态。     

入侵杂草化感作用的细胞自动机模拟研究

细胞自动机模型(Cellular Automata Model,简称CA模型)是一种能够表现系统复杂行为的模拟方法,适于研究植物群落时空动态过程.本文利用CA模型,模拟具有化感作用的外来种入侵原有物种所构成植被的过程.模型由产生化感物质的外来种和两个对化感物质敏感性不同的本地种组合成不同类型的群落,利用化感物质作用下受体物种生物活性响应模型及种子扩散负指数分布模型,模拟外来杂草和本地种分布格局的时空动态变化.结果表明,外来种可成功地完全入侵由两个对化感物质敏感的本地种构成的群落空间,但对于由对化感物质敏感的一个本地种及对化感物质具有抗性的另一个本地种构成的群落,外来种只能够与本地种共存.     

一个通用岛屿生物地理学模型

MacArthur-Wilson的平衡理论是生态学中最有影响力的理论之一,尽管进化的重要性早已认识到,但进化因素一直没有很好地整合到岛屿生物地理学模型中.本文通过在经典MacArthur-Wilson模型中整合成种及其他相关因素提出了一个更通用的综合模型.模型证实成种对岛屿上物种丰富度和特有种的形成具有重要作用,并且在满足一定条件时成种对局域物种多样性的作用可超过迁入的作用,这些条件与平均每物种成种率、绝灭率以及岛屿特征有关,但与迁入率无关.当其他参数固定时,模型预测,大岛具较大但不是最大的特有种比例.基于这一模型,可以预测海洋岛上物种丰富度和特有种的变化,预测结论与实际观察的一致.本文提出的模型为重新评估成种的作用和岛屿物种多样性数据,尤其是对那些偏离MacArthur-Wilson模型的数据进行重新分析提供了一个新方法.     

树轮灰度与树轮密度的对比分析及其对气候要素的响应

通过对比新疆巩乃斯地区艾肯达坂采样点雪岭云杉5种树轮灰度年表与其对应4种密度年表的特征参数、年表曲线及其在全频域、高频域及低频域上的相关系数,发现早材平均灰度和晚材平均灰度的变化能够较好的反映早材平均密度和晚材平均密度的变化,而年轮最大灰度和年轮最小灰度的变化对年轮最小密度和年轮最大密度的变化则反映较差.与这一地区气象资料的相关分析结果表明,当年5月至8月平均最高气温与年轮平均灰度年表的相关性最好且具有明确的树木生理学意义,最高单相关系数为-0.542 (P＜0.0001,n=51).证明了树轮灰度在历史时期气候变化研究中的应用潜力,同时也为将来在这一地区开展利用树轮灰度重建历史时期气候变化打下了基础.     

秦岭小陇山保护区维管植物丰富度和种域海拔梯度格局及其对Rapoport法则验证

物种丰富度和种域的海拔梯度格局及其形成机制一直是生物地理学和生物多样性研究的重点.海拔Rapoport法则认为,物种丰富度随海拔升高而逐渐降低,种域逐渐变宽.本文分析了秦岭小陇山国家级自然保护区维管植物物种丰富度及其种域宽度的海拔梯度格局;采用4种常用方法,验证不同类群、不同生长型和不同阶元的物种丰富度与其分布中点间的关系,并检验其是否支持海拔Rapoport法则.结果表明: 除窄域种外,秦岭小陇山维管植物物种丰富度随海拔升高呈先升后降的单峰分布格局;狭域种主要分布在低海拔和高海拔段,低海拔段的丰富度高于高海拔段;物种海拔分布宽度与海拔关系因不同类群和验证方法而异,随分类阶元的增大更容易支持Rapoport法则,这可能与不同分类阶元所占据的生态位不同有关;被子植物的平均种域呈单峰分布格局,蕨类植物和裸子植物的种域海拔梯度格局无明显规律;藤本植物平均种域随海拔升高而变宽,灌木能适应不同的环境条件,因此,灌木分布对海拔梯度的变化不敏感.Pagel验证方法最容易支持Rapoport法则,Stevens方法次之,中点法受中域效应的影响物种平均种域分布呈单峰分布格局而不支持Rapoport法则,逐种法受散点图分布格局的影响线性模型拟合结果解释力很低.
     

黔西北喀斯特土壤种子库季节动态及种子库对策

采用野外样线取样与温室萌发相结合的方法,研究了贵州省西北部喀斯特区域处于不同演替阶段群落的土壤种子库季节动态与种子库对策.实验共检测出130个物种,种子库密度变动于541～11180粒·m-2,草本种子的密度和物种数远大于木本种子.采样时间和地点对土壤种子库平均物种数和密度有显著影响.各群落类型的土壤种子库平均物种数都在4月达到最高,除草地外在12月下降到最低,草地在8月下降到最低.各群落类型土壤种子库密度都在4月达到最高,8月、12月以及次年5月的密度差异不显著.至少两种种子仅存在于1年中某些时段的短暂性土壤种子库类型和两种种子在全年的土壤种子库中都存在的持久性土壤种子库类型.植物的种子库对策是物种本身固有的生活史对策,但某些物种的种子库对策可能受干扰历史及微环境因素的影响,使其在种子数量上表现出不同的季节动态.