基于ALLEE效应的麦蚜种群模型的突变控制

基于Allee效应的麦蚜种群模型,考虑天敌种群对麦蚜种群的作用,建立具有冲失滤波器的蚜虫种群生态系统控制模型.针对模型中的突变现象设计控制器,使蚜虫种群尽快达到避难状态.最后通过数值仿真验证结论的正确性.     

基于突变现象的麦蚜种群广义系统模型的建立与分析

在蚜虫种群折叠突变模型的基础上,本文考虑到作物种群对蚜虫种群的影响作用,建立麦蚜种群广义系统模型.利用广义系统稳定性理论,得到其各平衡点稳定的充分条件.最后通过数值模拟验证结论的正确性.     

区域性农田景观格局对麦蚜及其天敌种群的生态学效应

明确农田景观格局对害虫及其天敌种群的生态学效应,是开展区域性害虫生态调控的基础.以前的研究大多集中于小空间尺度下、单个景观因子对昆虫种群的作用,而从省级范围的大空间尺度、多个景观因子的分析很少.本文以山东省区域性小麦种植区为研究对象,基于遥感影像和土地覆盖分类数据以及田间调查的昆虫种群数据,分析了景观组成类型(component type)、构成比例(component proportions)和形状结构(shape structure)多因子对麦蚜及其天敌寄生蜂和瓢虫种群的综合作用.结果发现,农田景观组成类型中斑块类型(patch type)越多,越利于麦蚜和天敌瓢虫种群数量的增长;且斑块密度(patch density)越大,越利于麦蚜寄生蜂和天敌瓢虫数量的增加;景观形状结构中边界密度(edge density)越高,也越利于麦蚜寄生蜂和天敌瓢虫种群数量的增加.进一步定量评估了农田景观组成类型、构成比例和形状结构对麦蚜及其天敌种群影响的作用大小.结果表明,三类景观格局因子对麦蚜影响较小,权重为9.81%;而对麦蚜寄生蜂的影响权重为25.87%;对天敌瓢虫种群高达47.86%.本研究清楚地表明,通过优化农田景观中作物与非作物生境布局,可直接调节和增加天敌昆虫种类与数量,有效控制和减少小麦蚜虫的种群数量,从而提高区域性农田景观中天敌昆虫的生物控害服务功能.     

麦蚜与龟纹瓢虫在麦田的空间格局分析

【目的】为保护麦田天敌并合理利用天敌对麦蚜进行控制。【方法】通过田间网格式取样调查,应用生态位和地统计学方法研究了麦田中麦蚜及其主要天敌龟纹瓢虫Proplaea japonica的时空分布格局。【结果】麦蚜及瓢虫时间序列上的种群动态分析显示,麦田中龟纹瓢虫发生期比麦蚜滞后,麦蚜与龟纹瓢虫的种群数量动态趋势相似,种群相关系数为0.930,表明龟纹瓢虫与麦蚜种群呈明显的跟随关系。在空间上,麦蚜和龟纹瓢虫两者的生态位重叠度随着麦蚜的发生量增多而增高,最高达0.52。麦蚜与龟纹瓢虫的空间格局在时间序列上,随着种群数量改变而变化。在低种群密度下,麦蚜的半变异函数为线性模型,呈随机分布;在高密度下,麦蚜和龟纹瓢虫的的半变异函数均为指数模型,呈聚集分布。Block Kriging空间插值分析,得到二维空间插值模拟图,较好反映了麦蚜和龟纹瓢虫种群在麦田的时空分布。【结论】麦田生态系统中麦蚜与其天敌——龟纹瓢虫在时空分布上具有较强的相似性。同时研究结果提示,评价自然天敌对害虫的控害功能时,要综合分析两者的数量关系和空间分布关系及其控害功能的协同作用,才能提出可靠的防治策略。     

不同农业景观结构对麦蚜种群动态的影响

研究表明农业景观结构的复杂性与害虫种群发生强度关系密切,然而在不同农业景观结构下研究麦蚜的发生、种群及寄生蜂的变化还不多。设计了不同的麦田景观结构,调查研究了不同麦田景观结构对麦蚜种群的影响。在简单与复杂两种农业景观结构下,分析了不同种类麦蚜的入田时间、入田量、种群增长率、种群密度及寄生性天敌的多样性与寄生率。结果表明:景观结构对不同种类麦蚜影响不同,但复杂农业景观下麦蚜迁飞入田时间都要晚于简单农业景观(连片种植)下的入田时间,复杂农业景观下有翅蚜的迁入量显著低于简单景观下有翅蚜的迁入量,并且复杂农业景观下麦蚜种群增长速率高于简单农业景观下的增长速率。不同种类麦蚜对景观结构的不同反应可能与形态学与生活史特征有关,两种不同农业景观结构下寄生性天敌的多样性与寄生率无显著差异。复杂景观结构下的麦蚜有翅蚜低的迁入量、高的增长速率可能与生境高度破碎化有关,其中与温室大棚塑料白色反光有的很大的影响。生境破碎化影响了麦蚜对寄主植物寻找以及天敌对猎物的寻找效应。     

一类具有年龄结构的麦蚜-瓢虫模型的全局分析

研究了一个具有年龄结构的麦蚜-瓢虫模型,其中麦蚜种群被分成两个年龄段,瓢虫种群被分成三个年龄段．应用定性理论可以证明:通过这两个种群的交互作用,可以导致麦蚜种群和瓢虫种群都灭绝或瓢虫种群灭绝,或这两个种群能以正平衡态或振动解的形式共存．通过计算,本文表明这个简单的系统可以产生非常复杂的动力学行为．在这种情形下,要想通过初始值来预测种群的数量是不可能的．应用MATLAB软件,本文展示了这个复杂的动力学行为．     

麦蚜和寄生蜂对农业景观格局的响应及其关键景观因子分析

大量研究表明多样性的农业景观格局能够影响蚜虫及寄生蜂的分布。本文利用并设计了两种尺度的麦田农业景观格局,依据麦蚜种群发生特点,分为迁入期、增长期与高峰期三个时期,论述了不同尺度下农业景观元素对麦蚜及寄生蜂系统的影响,通过逐步回归筛选了不同时期麦蚜及寄生蜂分布的关键景观元素,最后通过CANOCO软件模拟了麦蚜及寄生蜂的分布排序格局。结果表明不同景观因子对麦蚜及寄生蜂种群影响不同,迁入期两种尺度下裸地最有利于两种有翅蚜的迁飞入田,塑料大棚对有翅蚜种群的入田有抑制作用。增长期草地与林地生境对麦蚜种群增长率促进最大,塑料大棚同样抑制了麦蚜的种群增长率;但塑料大棚、草地与林地对蚜茧蜂的种群增长率有促进作用,非麦类作物生境对蚜茧蜂种群增长率抑制作用最大;草地与林地有利于重寄生蜂的种群增长率;高峰期裸地比例大的农业景观下麦蚜的最大种群密度较大,草地与林地对蚜茧蜂与重寄生蜂的最大种群密度均有促进作用。两种尺度下的研究结果一致。不同麦物种的对不同景观元素反应与形态学与生活史特征有关,而且景观结构中特定的植物种类、非作物植物的密度与物候期都可能影响寄生蜂群落的多样性与功能。     

小麦和牧草上的蚜虫与天敌种群动态及其相互关系

2008年4月底至6月初在山东禹城调查了小麦和3种牧草上的蚜虫和天敌种群密度。结果表明,麦蚜种群高峰期在5月中旬,寄生蜂和瓢虫的高峰期比蚜虫分别滞后5—10d和15～20d;麦蚜种群增长率与天敌种群密度变化呈负相关,其中与瓢虫的相关性达到显著水平;4月底至5月初小麦抽穗期是麦蚜种群爆发的关键时期,天敌密度低、害益比大是爆发的重要原因;4月底至5月初,牧草上的天敌密度是小麦上的2～3倍。牧草在麦蚜种群生态调控中具有潜在应用价值。     

植物篱对小麦蚜虫及其天敌种群的影响

采用坡地种植蓑草、苜蓿、香根草和紫穗槐等植物篱的方法,研究了其对小麦蚜虫及其天敌种群的影响.结果表明： 在20°坡度试验区,紫穗槐植物篱显著抑制了麦蚜种群的发生,且麦田拟寄生物的密度等于或显著低于香根草区.在12°坡度试验区,苜蓿和蓑草推迟了麦蚜种群发生的高峰期,蓑草作为植物篱可以显著抑制麦蚜种群数量;苜蓿区麦田拟寄生物密度显著高于对照,瓢虫种群密度等于或显著高于蓑草区.蓑草挥发物对麦长管蚜和禾谷缢管蚜均有驱避作用,而显著引诱猫蛛科1种蜘蛛;苜蓿挥发物对麦长管蚜具有引诱作用;苜蓿和蓑草挥发物对瓢虫的行为反应均无明显影响.紫穗槐和蓑草作为坡地植物篱,不仅能防护水土流失,而且有助于调控害虫及其天敌种群.     

Allee效应对单种群模型动力学行为影响研究

提出具有Allee效应的抽象的单种群模型,证得如果原系统有唯一的全局稳定的正平衡点,则具有Allee效应的单种群模型仍然具有唯一的全局稳定的正平衡点.Allee效应并不改变种群的平衡位置和稳定性;其后,针对具有Allee效应的对数种群模型,食物有限的单种群模型,Ayala型单种群模型分别进行了数值模拟,数值模拟表明随着Allee效应增大,系统的解需要更久的时间才能趋于正平衡点,从这一角度讲,Allee效应不利于系统的稳定,种群在受到外界干扰时,可能种群密度更容易出现剧烈波动.     

天敌对麦长管蚜和麦二叉蚜种群数量影响程度的分析

通过对１９９３～１９９６年两种麦蚜种群数量及其天敌数量的系统调查,并采用灰色关联分析法,研究各种天敌对两种麦蚜种群数量的影响程度,得出对麦长管蚜种群数量影响最大的是龟纹瓢虫、蚜茧蜂和食蚜蝇;对麦二叉蚜种群数量影响最大的是草间小黑蛛,其次是龟纹瓢虫．     

设施农业景观下破碎化麦田麦蚜及寄生蜂种群的最小适生面积

最小适生面积(MASH)指在一定的时空范围内物种能稳定存在的最小生境面积,它是种群生存力分析(PVA)的重要方法之一.本文采用基于种群数量-面积关系原理的MASH模型模拟了银川平原设施农业景观下破碎化麦田麦蚜、初寄生蜂与重寄生蜂种群发生的MASH.研究表明：密度 面积、增长速度-面积关系模型间存在反比例函数关系,不同物种存在的函数关系明显不同,尤其在不同营养级别的物种间,其函数关系差异更为明显.根据密度-面积关系,利用多项式回归模型计算了麦二叉蚜、麦长管蚜、燕麦蚜茧蜂、烟蚜茧蜂与蚜虫宽缘金小蜂的MASH,其营养级间的MASH差异显著.不同物种的MASH与营养级高低、体型大小、生境质量等有关.初寄生蜂最高的寄生率出现在800～1000 m²,可作为利用初寄生蜂自然控制麦蚜的依据,而不同营养级物种MASH差异可用于害虫的种群控制.     

田间不同防治方法对麦蚜种群动态的影响

【目的】从保护生态环境兼顾防治害虫的角度出发,研究不同防治方法对麦蚜种群动态的影响,为麦蚜的田间防治提供理论依据。【方法】本试验分别设置不同的麦蚜防治田(空白对照田、黄板田、糖醋液田、诱芯田、诱虫灯田、综合防治田),在小麦生长期观察不同的防治田内麦蚜的种群动态的变化。【结果】诱虫灯对有翅蚜的防治效果要好于黄板和糖醋液,但对禾谷缢管蚜Rhopalosiphum padi(Linnaeus)有翅蚜的诱捕效果不明显,黄板和糖醋液对有翅蚜和无翅蚜均有防治效果,多种防治方法共同利用对麦蚜种群数量有一定的防治效果。【结论】多种防治方法共同使用的防治效果优于单一防治方法,诱虫灯、糖醋液、黄板、诱芯对不同种类麦蚜的防治效果不同。在田间使用时应注意不同时期采用不同的防治方法。     

捕食系统时空动态对非对称的Allee效应的响应

虽然具有Allee效应的捕食系统动态已得到了广泛的研究,但很少有研究关注同一系统中不同种群受Allee效应影响情况.本文将考虑捕食、食饵种群分别受.Allee效应的影响,利用常微分方程与元胞自动机建立空间隐含(非空间)与显含的捕食模型,并讨论了Allee效应对捕食、食饵种群相互作用的非对称影响.空间隐含模型的模拟结果显示,捕食系统的稳定性与哪一个种群受Allee效应影响有关.当食饵种群受到中等强度Allee效应影响时,系统从稳定变为振荡状态.然而,捕食种群受Allee效应影响可使系统振动减弱并迅速达到稳定.空间显含模型的模拟结果表明,在概率转化模式下Allee效应可促使空间异质化,而捕食种群受Allee效应影响时空间异质化比食饵种群受影响时更强.此外,考虑统计随机性后发现两种群分别受Allee效应影响时种群呈现出两种分布模式:聚集型和界限型.特别当食饵受Allee效应,加之空间结构及统计随机性的作用,捕食系统出现一种矛盾的现象.     

局域种群的Allee效应和集合种群的同步性

从包含Allee效应的局域种群出发,建立了耦合映像格子模型,即集合种群模型.通过分析和计算机模拟表明:(1)当局域种群受到Allee效应强度较大时,集合种群同步灭绝;(2)而当Allee效应强度相对较弱时,通过稳定局域种群动态(减少混沌)使得集合种群发生同步波动,而这种同步波动能够增加集合种群的灭绝风险;(3)斑块间的连接程度对集合种群同步波动的发生有很大的影响,适当的破碎化有利于集合种群的续存.全局迁移和Allee效应结合起来增加了集合种群同步波动的可能,从而增加集合种群的灭绝风险.这些结果对理解同步性的机理、利用同步机理来制定物种保护策略和害虫防治都有重要的意义.     

麦蚜寄生蜂和捕食性天敌种群对景观复杂性的响应

农业景观结构影响昆虫的物种组成与多样性,本文选择复杂景观和简单景观的麦田景观为研究对象,研究了不同麦田景观结构对麦蚜天敌种群的影响。在简单与复杂两种景观下,分析了麦蚜寄生蜂和捕食性天敌的迁入时间、迁入量、种群增长率及种群密度之间的差异。结果表明:复杂景观中麦蚜寄生蜂和捕食性天敌的物种多样性较高,复杂景观下寄生蜂的迁入量高于简单景观下寄生蜂的迁入量。景观复杂性同样影响捕食性天敌的迁入时间,且捕食性天敌在复杂景观下迁入量均高于简单景观,而且存在显著性差异。两种景观中寄生蜂和捕食性天敌种群增长速率与最大种群密度均存在显著性差异。     

气候变暖对麦蚜的影响

麦蚜是体型小、生活周期短的变温动物,对环境温度尤其是高温的变化十分敏感。气候变暖导致的温度升高是影响麦蚜最直接和最重要的因子。本文综述了国内外有关气候变暖对麦蚜影响的野外观测、预测模型及模拟试验的研究进展。气候变暖将导致麦蚜的主要分布和为害区向高纬度地区转移;气候变暖增加了生长季的有效积温,导致麦蚜始见期、迁飞期、盛虫期等物候发生期提前;温度升高提高了麦蚜的越冬存活率,使温带地区春夏季种群数量增加;处于不同营养级的物种对温度变化的敏感性不尽相同,气候变暖可能影响麦类作物-麦蚜-天敌昆虫多营养级系统的种间互作。麦蚜的耐热性较差,气候变暖导致的高温幅度增加、持续时间延长、夜间最低温升高、极端高温幅度和频率增加等典型特征对其有深刻影响。高温的幅度、持续时间对麦蚜的存活和繁殖有显著的抑制作用;夜间变暖导致麦蚜存活线性下降,进一步恶化了日间高温对蚜虫的不利影响;极端高温事件的幅度和频率影响麦蚜的种群增长参数,不同种类麦蚜对极端高温事件的非对称响应改变了麦蚜种间的相对适合度、时间和空间上的群落结构和物种间的相对优势度。麦蚜可通过爬行和跌落等行为来缓解气候变暖造成的高温胁迫,在研究气候变暖对麦蚜影响的同时,应充分考虑麦蚜对气候变暖的适应和缓冲能力。如何人工模拟气候变暖趋势下温度的变化模式,精巧设计试验反映气候变暖主要特征,开展接近自然界变化的温度模式对麦蚜的影响和麦蚜对环境改变的适应性响应研究,将是未来该领域的主要研究方向。     

增强的UV-B辐射对麦田生态系统中种群数量动态的影响

研究了大田栽培和自然光条件下,模拟UV-B辐射(UV-B,280～315nm)增强对麦田生态系统杂草、大型土壤动物和麦蚜种群数量动态的影响。在UV-B辐射下,杂草和大型土壤动物的种类和数量降低,物种多样性改变,杂草总生物量也降低。UV-B辐射降低麦蚜复合种群数量,并与麦叶粗纤维、可溶性蛋白、可溶性糖、Mg和Zn含量有显著的相关性。UV-B辐射还导致麦蚜与麦叶Mg、Fe和Zn含量均显著增加。     

农业景观结构对麦蚜寄生蜂群落组成的影响

麦蚜是中国北方小麦上最重要的害虫之一,既能直接刺吸危害也可传播多种病毒,但麦蚜通常的危害期只有2～3个月。随着现代农业与设施农业的发展,农业景观结构发生了巨大的改变,整个麦蚜寄生蜂群落也随之发生了显著的变化。经典假说认为复杂的农业景观能够维持局部的物种多样性及种间关系,也能够维持更大的天敌资源。作者在4种不同的麦田景观类型下研究了麦蚜及寄生蜂的群落结构,发现简单农业景观与复杂农业景观中寄生蜂寄生率与多样性差异不显著,但初寄生蜂在800m2左右的生境面积中寄生率与多样性最高,重寄生蜂却并没有表现出这种分布,而在更大的生境中重寄生率与多样性更高。研究结果表明:1)生境面积是影响麦蚜及寄生蜂群落的重要因子,2)简单农业景观与复杂农业景观下麦蚜及寄生蜂群落多样性差异不显著,3)一定程度的生境破碎化能够促进初寄生蜂的种群而抑制重寄生蜂的种群,但高度的生境破碎化会同时抑制2种寄生蜂的种群。     

蚜虫种群时空分布动态模型

种群空间格局是昆虫种群的重要属性,是为害虫防治提供动态信息的重要前提。关于种群空间格局的时空动态,前人曾建立了富立叶模型和有阻尼自由震荡模型,但忽略了生境资源和空间资源的限制,不能很好地描述昆虫种群在自然界摆布状况的动态行为。因此,在前人研究的基础上,根据蚜虫在自然界的聚集扩散行为逐步建立了描述蚜虫种群聚集扩散规律的变幅、变周期时空分布动态模型,即:y=Ae-nt[sin(w0emtt+φ)+b]+c,并应用该模型对麦长管蚜(Sitobion avenae Fabricius)、麦二叉蚜(Schizaphis graminum Rondani)、禾缢管蚜(Rhopalosiphum padi Linnaeus)和玉米蚜(Rhopalosiphum maidis Fitch)的实验数据进行了拟合。结果表明,麦蚜种群和玉米蚜种群呈现出不同的规律,3种麦蚜均为减幅减周期的变化趋势,玉米蚜则表现为减幅增周期的变化趋势。此外,该模型的拟合效果较好(R20.942,SSE2.6)、生物意义明确,不仅可用于描述蚜虫以及蚜虫以外的其他昆虫和螨类种群的时空动态,还可准确描述不同年龄阶段和不同空间位置上种群的动态,具有普遍适用性。应用该模型考察不同种蚜虫在同一作物上的竞争情况和蚜虫与其天敌的空间分布动态,可为害虫的综合防治奠定基础;对不同小麦抗性品种上同一种蚜虫的聚集扩散行为进行刻画、分析,还可为小麦的抗性育种提供参考依据。