生境变化对集合种群系统生态效的影响

通过大量的数值模拟发现：生境恢复或扩展将导致集合种群的强弱序由自然数的顺序规律演变为奇数种群强－偶数种群弱,同时集合种群里的最优秀种群将迅速扩张,发展为更为强大的最优势种,而当生境遭受到破坏（毁坏）,集合种群里的最优秀种群将迅速地伦为最弱者,如果栖息地的毁坏率大于集合种群优势种对栖息地的占有率,不仅集合种群里的优势种群将不可避免地灭绝,伴随最优秀种群走向灭绝的种群依次还有第二、第三、第四强等的种群。同时将导致集合种群的强弱序由自然数的顺序规律演变为偶数种群强－奇数种群弱。     

生境变化对集合种群系统生态效应的影响

通过大量的数值模拟发现 :生境恢复或扩展将导致集合种群的强弱序由自然数的顺序规律演变为奇数种群强 -偶数种群弱 ,同时集合种群里的最优秀种群将迅速扩张、发展为更为强大的最优势种。而当生境遭受到破坏 (毁坏 ) ,集合种群里的最优秀种群将迅速地伦为最弱者。如果栖息地的毁坏率大于集合种群优势种对栖息地的占有率 ,不仅集合种群里的优势种群将不可避免地灭绝 ,伴随最优秀种群走向灭绝的种群依次还有第二、第三、第四强等的种群。同时 ,将导致集合种群的强弱序由自然数的顺序规律演变为偶数种群强 -奇数种群弱。     

物种保护的理论基础——从岛屿生物地理学理论到集合种群理论

全球面临着生境破碎化的危机,物种保护已成为人类面临的重大课题,并不是所有的人对岛屿生物地理学理论的产生及其关注的海洋岛屿都很熟悉,但是越来越多生物赖以生存的自然栖息地的丧失和破碎化都是有目共睹的,岛屿生物地理学和集合种群理论是目前物种保护的两个基本理论,物种迁入率和绝灭率的动态变化决策岛屿上的物种丰富度是岛屿生物地理学理论的核心内容,而集合种群理论关注的是局部种群之间个体迁移的动态以及物种的续存条件,在概述两个理论形成、发展及其核心内容的基础上,着重比较它们的异同点以及在生态学理论和实践中的应用,并论述物种保护理论范式从岛屿生物地理学向集合种群理论转变的基本背景和原因。     

集合种群的似Allee效应

从局域种群出发,建立了一个既包括局域种群动态,又包含集合种群侵占率的整合模型,并在这两个层次上进行了计算机模拟,结果表明：（1）同局域种群的Allee效应相类似,集合种群的斑块（适宜生境）侵占比例也存在一个临界值,即使有足够的适宜生境,当斑块的侵占比例低于这个临界值时,集合种群优将趋于灭绝。（2）这个临界值与局域种各的Allee效应密切相关,这将给自然保护,尤其稀有生物的保护以很大的启示。     

集合种群的理论框架与应用研究进展

集合种群的研究是当今国际生态学的重要前沿与热点。随着全球范围的生境破坏和破碎化,集合种群的研究方法已成为数学生态学、理论生态学和保护生物学的重要手段。由于其迅速的发展,集合种群的概念与理论得到迅速扩展与丰富。为了能总观集合种群进展的全局并开展进一步的工作．首先对集合种群的已有概念、理论和模型做了全面的分析和总结;其次对集合种群的发展和概念进行了探讨,以集合种群模型的中心框架：Levins的斑块占据模型为基础,展开对其它原理、效应和机制的探讨;主要包括了Levins原理．即当生境遭到破坏时,空斑块比例在集合种群灭绝前保持不变,然后还分析了Allee效应(集合种群的Allee效应主要是由于建群困难和扩散损失造成的);第三,分析了援救效应：迁入个体可以降低斑块中现有局域种群的灭绝风险。援救效应会增强集合种群的生存力,使空斑块比例下降。第四,探讨了两竞争集合种群的共存机制,即竞争,侵占妥协,其共存机制为空间生境中物种共存提供了有力的理论解释。最后,对集合种群群落中的灭绝债务进行了讨论。并给出了2种最为主要的集合种群空间模拟方法。     

集合种群动态对生境毁坏空间异质性的响应

首次将分形几何(Fractal geometry)与元胞自动机(Cellular automata)相结合,研究了破碎化生境中集合种群的空间分布格局动态,以及集合种群动态对生境毁坏空间异质性的响应。研究发现:(1)各个物种种群在生境中的分布具有很好的分形特征,物种的计盒维数(Box dimension)不仅可以很好地反映种群的空间分布结构,也能很好地反映种群动态。(2)如果将空间因素考虑进来的话,生境毁坏的灭绝债务(Time debt)将大于空间隐含模式所模拟的结果。(3)物种灭绝同时存在强物种灭绝和弱物种灭绝。并且只有在生境随机毁坏下,才与空间隐含的模拟结果比较接近,即强物种中将是最强物种率先灭绝。而在边缘毁坏这种比较集中成块的开发方式下,将是较强的物种灭绝。(4)边缘毁坏相对随机毁坏有利于物种,尤其是弱物种的长期续存。     

集合种群的Allee效应研究进展

随着全球环境破坏的加剧,物种丧失的速度加快,人们日益关注生物多样性的保护。种群生物学和自然保护生物学的一些研究表明,如果一个局域种群受到Allee效应的影响,最终可能走向灭绝。从物种保护的角度考虑,分别介绍了集合种群水平上的Allee效应的和似Allee效应,比较了集合种群的Allee效应和似Allee效应产生的原因,以及集合种群的Allee效应和局域种群的Allee效应之间的关系、集合种群的似Allee效应和局域种群的Allee效应之间的关系,并提出集合种群的Allee效应还需要进一步的研究。     

集合种群与生物多样性保护

集合种群的概念受到空前的重视,其精髓是强调物种受局域和区域两个空间尺度上生态学过程的共同作用。主要介绍了集合种群概念的由来、集合种群动态理论以及集合种群理论在生物多样性保护及生物防治中一些可能的应用。     

栖息地毁坏与动物物种灭绝关系的模拟研究

利用多个物种共存模式模拟了不同情况下的不同动物种群演化的动力学特性,研究结果表明：（1）由于栖息地的毁坏所导致的动手的种灭绝是依赖于对物种死亡率和有关平衡态的假设的,不同的假设下,既使栖息地的破坏率相同,灭绝的物种可能是竞争能力最强的若干物种,也可能是竞争能力相对较弱的若干物种,既不象传统的物种进化理论所认为的必是弱的物种先灭绝,也不象Tilman等人所认为的一定是最强的若干物种先灭绝;（2）如果弱的物种具有较高的平均死亡率,则当栖息地受到一定的毁坏时,将有较多强的物种灭绝,而且物种灭绝时间将大大缩短;（3）在物种死亡率不变的情形下,物种在未受毁坏栖息地上的平衡态和大占有率pl^0,将有利于物种的生存。     

基于生态位构建的n-种群集合种群动态分析

生态位构建是指任何有机体具有的对环境的修复作用,其可能对集合种群的动态与分布产生深刻的影响.尝试性的将生态位构建概念引入集合种群的续存与动态这一复杂问题的研究中,建立了具有生态位构建作用的多物种集合种群的数学模型.模拟结果表明:随着生态位构建能力的增强,种群的续存能力和平衡态大小都有所增加;在此过程中,生态序的变化具有一定的规律性,分别呈现灭绝数为零的 1、 3、 5、 7和 9的协同演化.     

物种多样性对栖息地毁坏时间异质性的响应

栖息地毁坏是物种多样性丧失最重要的因素之一.通过多物种竞争共存的非自治动力模型,利用香农多样性指数,研究并比较了不同结构集合种群群落的物种多样性对不同程度和不同速度的栖息地毁坏时间异质性的响应.结果表明:在栖息地瞬间毁坏下,物种多样性先快速下降,之后得到一定程度的恢复,最终在下降中走向平衡;在栖息地持续完全毁坏下,栖息地毁坏速度对物种多样性随累积栖息地毁坏率变化的影响,只有在最强物种多度 (q)较小时比较明显,而在q较大时较小;对于栖息地持续部分毁坏,栖息地毁坏速度只影响物种多样性振荡的幅度,而不影响其变化的最终结果,并且速度越快,物种多样性振荡幅度越大,越不利于群落的稳定.     

生境丧失对具有似Allee效应集合种群的影响及对策——以江苏盐城为例

似Allee效应对物种续存是潜在的扰动因素,稀有物种更易受其影响,可能增加生存于破碎化栖息地中的珍稀物种的死亡风险;但似Allee效应对多物种集合种群续存的影响及其在珍稀物种保护中的应用未能引起足够重视。将似Allee效应引入集合种群动力模式,建立了生境丧失下具有似Allee效应的n-珍稀物种的集合种群模式,并以江苏盐城滩涂湿地中的29种珍稀物种为研究实例。研究结果表明:(1)似Allee效应导致n-物种集合种群多度作长期变周期振荡,原本竞争共存物种可能无法继续共存,甚至灭绝。(2)似Allee效应增强对次强种及劣势种的生存极为不利,导致次强物种由强至弱灭绝,劣势物种由弱至强依次灭绝。(3)盐城天然湿地丧失29%后,11种劣势物种的集合种群由弱到强将最终依次灭绝,灭绝迟豫时间为304～890a,这些物种即Hanski所指的\"活死者\"。(4)适度增加栖息地面积是保护珍稀物种多样性的有效方法之一,在盐城现存3200km2的天然湿地基础上适度增加1801～2064km2左右栖息地面积,可以有效保护29种濒危物种的多样性,同时应注意结合针对具体物种的保护措施来提高濒危物种多度。研究结果对物种多样性保护及自然保护区建设具有重要的理论指导意义。     

The destruction of source and sink habitats in the decline of the Mauritius Fody, Foudia rubra, an island-endemic bird

The population of the Mauritius Fody, Foudia rubra, a rare island-endemic bird, was structured as five subpopulations. The largest comprised small source areas contiguous with larger sink areas. The remainder were relicts, left by habitat destruction, from a time when the distribution was far more extensive. No evidence was found for a classical metapopulation structure. Destruction of source areas would have severe effects on population viability; their creation is the key to enhancing it. Following habitat destruction (1950–1975), fodies unexpectedly disappeared from habitat areas that were not destroyed; this probably occurred because the area destroyed contained source areas upon which adjacent, intact sink areas depended. The suggestion that introduced nest predators are likely only to affect native animal populations soon after their arrival is strongly rejected.     

不同栖息地破坏格局下具捕食偏爱似然竞争结局的模拟分析

使用元胞自动机模型,对具有捕食偏爱、不同栖息地破坏比例和不同空间破坏格局条件下的捕食-食饵系统中各物种的变化动态进行了模拟分析。在捕食者和两猎物物种共存时:栖息地破坏比例、栖息地破坏的聚集度对猎物物种间强弱关系产生相反的作用,若增加栖息地破坏比例不利于某一猎物生存,则提高聚集度对其有利;适当提高适宜栖息地的聚集度,对所有物种都有利,若聚集度过高,效果相当于减少了栖息地的破坏比例,可能对某些猎物物种不利,但对整体系统有利;被破坏栖息地的聚集度发生变化时,捕食者的反应更敏感;在一定条件下,增强弱势种群的捕食偏爱会有助于其生存。     

不同栖息地状态下外来种入侵及对本地种生存影响的模拟

外来种入侵引起的生态及经济问题日益严重,人类活动导致大规模栖息地持续变化的背景下,外来种的入侵过程及本地物种多样性的演化更为复杂.在Tilman多物种共存模型基础上,建立了栖息地持续变化条件下的外来种入侵干扰模式,分别模拟了栖息地不变、持续毁坏及持续恢复条件下的外来种入侵及对本地物种多样性的生态影响.模拟结果表明:(1)拓殖率小(入侵性弱)的外来种不能成功定殖,栖息地的持续变化对其没有任何影响.(2)拓殖率增大的外来种入侵过程复杂,栖息地持续毁坏导致其灭绝时间相比于栖息地不变时明显推迟,栖息地持续恢复使其灭绝提前;一定时间内持续增加栖息地可以减小此类外来种入侵危害.(3)拓殖率足够大的外来种能够成功定殖,快速定殖-扩散的入侵过程不会因栖息地毁坏而迅速改变,其响应具有时间滞后性;栖息地持续恢复也有利于其迅速蔓延,占有率呈线性疯狂增长.(4)在具有外来种入侵的本地生态系统中,栖息地持续改变(增加或减少)对本地物种多样性的发展均不利.     

How does temporal variation in habitat connectivity influence metapopulation dynamics?

Metapopulation persistence depends on connectivity between habitat patches. While emphasis has been placed on the spatial dynamics of connectivity, much less has been placed on its short‐term temporal dynamics. In many terrestrial and aquatic ecosystems, however, transient (short‐term) changes in connectivity occur as habitat patches are connected and disconnected due, for example, to climatic or hydrological variability. We evaluated the implications of transient connectivity using a network‐based metapopulation model and a series of scenarios representing temporal changes in connectivity. The transient loss of connectivity can influence metapopulation persistence, and more strongly autocorrelated temporal dynamics affect metapopulation persistence more severely. Given that many ecosystems experience short‐term and temporary loss of habitat connectivity, it is important that these dynamics are adequately represented in metapopulation models; failing to do so may yield overly optimistic‐estimates of metapopulation persistence in fragmented landscapes.     

集聚效应下的集合种群动力模式

引入种群集聚度和集聚效应的概念,通过建立物种的集聚效应模型,结合经典的Tilman集合种群模式,创建了集聚效应下的集合种群动力模式。通过大量的数值模拟分析栖息地未毁坏下的集合种群演化规律与集聚效应的关系,得到:(1)即使生境没有毁坏,种群的集聚效应也会影响种群的演化。(2)集合种群系统中不同种群对集聚效应反应有异同,相同点是各种群都要经历一段准周期波动才达到平衡态。不同点是不同种群对集聚效应反应的强度不一致,竞争能力越强的种群准周期波动的振幅越大,频率越低。竞争能力越弱的种群准周期波动的振幅越小,频率越高。(3)不同的群落对集聚效应的响应也不一致。优势种群相对明显的群落对集聚效应的响应幅度相对较小。(4)在优势种群明显的群落中,集聚效应对弱物种非常不利,弱物种很有可能由于集聚效应而灭绝。(5)群落或n集合种群里的各种群的集聚效应和建群种(或最优势种)的强弱是决定景观生态序的最为重要的2个因素。(6)每个物种对不同的不适集聚程度的响应不一致。不适集聚程度越大,物种演化波动幅度越大,频率越高。     

不同生境毁坏速度下的物种灭绝机制

已有似Levins的多物种模型,在研究生境毁坏的影响时,一方面主要集中在对瞬间毁坏影响的研究,另一方面主要研究生境毁坏对强物种影响的研究。在Tilman的多物种竞争共存模型的基础上,同时考虑了生境毁坏直接效应和生境毁坏时间异质性,提出了全新的普适的多物种竞争共存的非自治动力模式。通过模拟物种灭绝对不同速度的生境毁坏时间异质性的响应发现：（1）物种灭绝既存在强物种由强到弱的灭绝,也存在弱物种由弱到强的灭绝。同时,弱物种灭绝机制进一步分为弱物种瞬间集体灭绝,以及较长时间由弱到强的灭绝。（2）生境毁坏速度越快,物种灭绝的时间越短,弱物种灭绝的越多,因此,生境毁坏速度越慢,越有利于弱物种的长期续存。（3）最强物种的多度越大,强-强物种抵御生境毁坏的能力越强,而弱-弱物种抵御生境毁坏的能力越弱,集体灭绝的弱-弱物种就越多。最强物种的多度大的群落（如温带森林）,主要发生的是弱-弱物种灭绝,而最强物种多度小的群落（如热带雨林）同时发生强-强和弱-弱物种的灭绝。因此,争对不同结构的集合种群,不同的保护对象,应采取不同的管理策略。     

破碎栖息地中物种灭绝机制

栖息地毁坏既会直接降低物种多度,又会间接地降低物种迁移繁殖力,同时还会改变原有的种间平衡.尽管已有研究表明栖息地毁坏是物种灭绝的主要原因之一,但是尚未揭示破碎的栖息地中物种灭绝的驱动机制.通过元胞自动机模拟了物种灭绝对栖息地毁坏空间异质性响应的基础上,进一步研究了栖息地毁坏和种间竞争对物种灭绝的影响.结果发现:强物种的灭绝主要来自栖息地毁坏,而弱物种的灭绝,在随机毁坏下,主要由栖息地毁坏与种间竞争共同决定,而在边缘毁坏下则主要由种间竞争所引起的.栖息地毁坏与种间竞争共同引起的物种灭绝的时间非常短,而栖息地毁坏或种间竞争所引起的物种灭绝时间则较长.     

How landscapes affect the evolution of dispersal behaviour in reef fishes: results from an individual‐based model

The vast majority of tropical reef fishes have a sedentary adult phase and pelagic larval phase that is potentially highly dispersive. Dispersal may be favoured by a wide range of factors including the arrangement of suitable habitat in space. In this paper the dispersal strategy of individuals is followed and allowed to evolve in a simplified model of three different landscapes: an enclosed sea, an open archipelago and a barrier reef. The three landscapes have very different characteristics, but all have similar spatial clumping of reef habitat. In all landscapes, as minimum time to settlement increases, evolved movement strategy also increases and longer settlement windows favour dispersal. In the archipelago movement is not maximized until the minimum pelagic duration is longer than in the other landscapes. The model predicts that, given the same pelagic duration, species from enclosed seas should have more dispersive behaviours than those from open archipelagos, because of the density of habitat and the aggregation of habitat in space affect the likelihood of larvae finding suitable habitat for settlement.