不同栖息地状态下物种竞争模式及模拟研究与应用

物种竞争是影响生态系统演化的重要生态过程之一.而物种在受人类影响出现不同程度毁坏的栖息地上的演化又是非常复杂的,因此研究物种演化对栖息地毁坏的响应是非常必要的.在Tilman研究工作的基础上,将竞争系数引入集合种群动力模式,建立了多物种集合种群竞争共存的数学模型,并对5-物种集合种群在不同栖息地状态下的竞争动态进行了计算机模拟研究.结果表明：（1）不同结构的群落（q值不同）,物种之间的竞争排斥作用强度不同,优势物种明显的群落,物种之间的排斥强度大;（2）随着栖息地毁坏程度的增加,对优势物种的负面影响逐渐减小,而对弱势物种的负面影响逐渐增加;（3）随着栖息地恢复幅度的增加,优势物种和弱势物种之间的竞争越强烈,优势物种受到的竞争排斥加大,而弱势物种逐渐变强,出现了强者变弱、弱者变强的格局;（4）物种竞争排斥与共存受迁移扩散能力和竞争能力影响很大,竞争共存的条件是其竞争能力与扩散能力呈非线性负相关关系;（5）竞争共存的物种的强弱序列发生了变化.     

不同迁移能力和竞争能力的集合种群竞争模式及其模拟

种群竞争是影响生态系统演化的莺要生态过程之一。本文是在徐彩琳和Tilman研究工作的基础上,将竞争系数引入集合种群动力模式,建立了集合种群之间竞争的数学模型,并对5-集合种群的竞争动态进行了计算机模拟研究。结果表明：种群竞争排除与共存受迁移扩散能力和竞争能力影响很大,排除原理在理论上是存在的,在广域集合种群和实际中物种是竞争共存的．共存的条件是其竞争能力与扩散能力呈非线性负相关关系,竞争的结果使物种的强弱序列发生变化。     

物种对资源竞争的动力机制及数值模拟

建立了集合种群物种在两个斑块中对资源竞争的数学模型,并进行了数值模拟实验,结果表明：（1）通过R^＊来预测竞争物种的结局,存在几种可能性：一是具有低R^＊值的物种竞争取代高R^＊值的物种;二是具有不同R^＊值的物种,甚至是具有相同R^＊值的物种也存在共存的可能性;三是具有高R^＊值的物种也可以竞争排斥低R^＊值的物种,结论存在不确定性。（2）竞争物种的随机迁移形成了源一汇结构,对物种竞争共存具有促进作用,但弱的资源利用者（较高的R^＊）的迁移率不宜过高。（3）在种群统计率相同的条件下,资源增长率差异越大,越不利于消费者物种的共存;若种群统计率不相同,在资源增长率相同的情况下,物种共存又是不可能的,在自然界中,物种共存需要资源增长率的差异。（4）不同类型的资源增长对竞争物种的稳定性的影响是不同的。     

集合种群模拟模型及其在竞争共存机制与物种多样性研究中的应用

以荒漠区人工植被的恢复与重建为背景,从宏观尺度研究了很集合种群的空间分布新模式,建立了基于Levins集合种群模型的数值模拟方法。对两物种的模拟结果表明：在适当选择参数下,模拟植被区的集合种群可以形成“海藻式”稳定的时空分布结构,在理论上表明相同生态特征的物种在空间生境中可以达成共存。为了达到物种丰富度和生产力最佳,实现持续发展,对多物种集合种群进行了模拟。模拟结果显示当物种的种数为5时,空间上随机播种的模拟种群覆盖率达到最大,因而可发挥最大的治沙作用。另外,模拟还显示在播种时应采取集聚式的空间播种模式,以使种群具有较高的防沙能力。该结果可为生物防沙治沙领域提供理论依据。     

用动态模型研究森林群落中物种间的竞争

研究了以过程为基础的模型在物种竞争试验模型及实践中的应用。应用森林动态林窗模型模拟了群落内物种竞争规律。结果表明：同一群落中具有不同生物、生态学特征的物种竞争过程与环境条件有密切关系。由此确定,竞争是与外部条件密切相关的,不是一个单独稀量物种特征的指标;具有相似生物和生态学特性的物种,在森林植被发育过程中,存在绝对竞争,具有较弱更新与生长能力的物种,始终处于竞争劣热,不宜于在这样的群落中生长,而且有较强更新和生长的树种在群落中处于优势地位。     

外来物种入侵后的多物种竞争共存的集合种群模型

基于多物种竞争共存模型,提出外来物种与本地物种竞争共存途径的两种假想:外来物种通过插队竞争与本地物种实现共存;外来物种通过等位竞争与本地物种实现共存.并提出根据外来物种在两种竞争共存模式下占据生境斑块比例的稳定值大小来判断外来物种和本地物种的竞争共存途径.根据两种假想,分别建立了外来物种插队竞争共存模型和等位竞争共存模型.通过应用数学软件Mathematica 4.0对两个模型进行了模拟,得出以下结论:在外来物种与本地物种竞争共存状态下,如果外来物种通过插队竞争与本地物种实现共存,当本地物种竞争力差异较大时,外来物种极易对本地稀少物种构成危害.虽然外来物种不会直接造成本地稀少物种的灭绝,但是会使本地稀少物种的生境斑块急剧减少,增加本地稀少物种灭绝的可能性,而当本地物种竞争力差异较小时,外来物种对本地所有物种的影响都较小.如果外来物种通过等位竞争与本地物种实现共存,无论本地物种竞争力差异大小与否,外来物种只是影响到与其生态位相同的本地物种,影响程度取决于外来物种侵入时所占据生境斑块的比例大小.     

植物竞争研究进展

竞争系指两个以上有机体或物种间阻碍或制约的相互关系。它是塑造植物形态、生活史的主要动力之一;并对植物群落的结构和动态具有深刻的影响。因其在生态学的中心地位,生态学家已从不同的侧面研究了这一复杂的生态学现象;生态学也因此而得到了发展。然而,人们对竞争的理解不尽一致,因而导致了概念上的混乱,平行研究相对缺乏、不同研究间的比较困难,从而阻碍了学科的发展。本文试就植物竞争的概念、竞争理论、竞争研究的实验方法、影响竞争能力的主要因素、种内和种间竞争对种群和群落的影响,如竞争与物种共存等进行综述;我们在总结研究成就的同时,亦指出了现有研究的局限性。     

植物竞争研究进展

竞争系指两个以上有机体或物种间阻碍或制约的相互关系。它是塑造植物形态、生活史的主要动力之一;并对植物群落的结构和动态具有深刻的影响。因其在生态学的中心地位,生态学家已从不同的侧面研究了这一复杂的生态学现象;生态学也因此而得到了发展。然而,人们对竞争的理解不尽一致,因而导致了概念上的混乱,平行研究相对缺乏、不同研究间的比较困难,从而阻碍了学科的发展。本文试就植物竞争的概念、竞争理论、竞争研究的实验方法、影响竞争能力的主要因素、种内和种间竞争对种群和群落的影响,如竞争与物种共存等进行综述;我们在总结研究成就的同时,亦指出了现有研究的局限性。     

高寒草甸植物群落物种多样性和生产力关系的光竞争研究

通过施肥形成的生产力由低到高的过程中,物种多样性往往降低。总体竞争假说认为对所有资源的竞争作用对多样性的影响随着生产力提高而加剧,导致物种多样性的下降;光竞争假说则认为随着生产力提高,种间竞争从低生产力时的地下竞争转向高生产力时的光竞争,是光竞争导致了物种多样性的下降。为了验证这两种假说,本文通过在甘南玛曲高寒草甸的均匀施肥实验,研究了光竞争对高寒草甸植物群落物种多样性和生产力关系的影响。结果表明：(1)随着施肥梯度的增加,大部分植物的生长速率加快,高度和叶面积增加;(2)随着施肥梯度的增加,植物群落地上总的生物量提高,叶面积指数增加,透光率降低,物种多样性减少;(3)个体大小不对称的光竞争导致了高寒草甸植物群落物种多样性随施肥梯度的增加而减少。     

物种分布模型理论研究进展

利用物种分布模型估计物种的真实和潜在分布区,已成为区域生态学与生物地理学中非常活跃的研究领域。然而,到目前为止,这项技术的理论基础仍然存在不足之处,一些关键的生态过程未能被有效纳入到物种分布模型的理论框架中,从而为解释物种分布模型预测的结果带来了诸多困惑。鉴于此,总结了物种分布模型的理论基础;系统探讨了物种分布模型与物种分布区的关系;特别指出了物种分布模型研究中存在的理论问题;重点阐述了物种分布模型未来的发展方向。研究认为,物种分布模型与生态位理论、源-库理论、种群动态理论、集合种群理论、进化理论等具有重要的联系;正确理解物种分布模型的预测结果与物种分布区的关系,有赖于对影响物种分布的3个主要因素(环境条件、物种相互作用与物种迁移能力)做出定量的分离;目前物种分布模型主要存在的问题是未能将物种的相互作用和物种的迁移能力有效纳入到模型的构建过程中;未来物种分布模型的发展应该加强模型背后理论框架的研究,并进一步加强整合物种相互作用过程、种群动态过程、迁移过程和物种进化过程等内容。研究还认为,从更高的理论层次模拟功能群和群落结构将是未来物种分布模型的重要发展方向。     

Competition and information

Reconsideration of the logistic equation and of its expansion to the special and general Volterra competition equations in terms of mass/energy in phase-space, shows that information on the phase-spatial conditions of resource and consumers determines specific population parameters which, in turn, decide on coexistence and extinction.Thus, introduction ofInformation as a separate and independent biophysical parameter, in analogy, and in addition, to Force in Classical Physics, is necessary. This allows for quantification of informational effects on resource flows and population numbers. As such, different population growth dN/dt during a competitive exclusion process, is theeffect of competition, and not itscause.It is found that species recognition of self and ignorance of other consumers and of their phase-spatial conditions of resource supplies stabilizes coexistence, while excess information on competitors and on resource supplies destabilizes community structure. These findings are particularly relevant for the speciesHomo sapiens.Among other, apparently disparate population phenomena, Information as a causative parameter also resolves the controversy of complexity and stability in biological systems.     

基于竞争和扩散能力的非捕食-被捕食集合种群系统的竞争机制

对于非捕食 被捕食(食饵)生态系统,强弱物种之间存在一定的竞争影响.在不考虑栖息地毁坏的情况下,引进双向竞争机制,将Tilman的单向竞争模式推广为n集合种群双向竞争模型,并对6-集合种群的竞争动态进行了计算机模拟研究.结果表明,在平衡态,种群竞争共存的条件是其竞争能力与扩散能力呈现指数型负相关关系,竞争的结果使物种的强弱序列发生变化;物种竞争排除与共存受迁移扩散能力和竞争能力影响很大,在局域斑块上竞争排斥的集合种群在广域尺度上可以竞争共存,即逃亡共存.     

离散型单种群扩散模型的全局渐近稳定性

本文研究离散单种扩散模型全局渐近稳定性,利用单调算子和凹算子的理论讨论了其全局渐近稳定性,并得到了正平衡点全局渐的稳定和物种绝灭的充分条件。     

The effect of spatial pattern on community dynamics; a comparison of simulated and field data

The effect of the spatial limits of dispersal and competition on plant community dynamics was studied using Monte-Carlo simulation. The model generates community point patterns, using life-table data, dispersion parameters and radii of competitive effects. These data have been estimated in a field situation, for the 11 most abundant weed species growing on the refuse soil dumps of a strip coal mine. In a simulation experiment, the patterns produced by two versions of the model were compared. The first was based on the field situation as much as possible; the other used the same input parameters except for dispersal, which was randomized in this case. We found considerable differences regarding the temporal changes of species abundances, the realized competitive abilities and the spatial patterns generated by the two versions. An important conclusion of this comparison is that the realized competitive effect (both intra-and interspecific) of a species is dependent not only on constant competition parameters, but on the abundance relations and on the spatial patterns of the competing populations as well. It is concluded that the spatial limits of dispersal and competition may result in the increased persistence of weak competitors, moderate the realized competitive effects of strong species, and shape the spatial coalition structure of the community.     

沙地云杉种内、种间竞争的研究

根据调查资料,采用Ｈｅｇｙｉ提出的单木竞争指数模型ＣＩ＝∑Ｎｊ＝１（Ｄｊ／Ｄｉ）１Ｌｉｊ对内蒙古白音敖包自然保护区的沙地云杉种内、种间的竞争强度进行定量分析。结果表明：沙地云杉种内竞争强度随着林木径级的增大而逐渐减小;种内竞争和种间竞争的强度顺序为：山杨＞沙地云杉种内＞白桦＞家榆。竞争强度与对象木的胸高直径服从幂函数关系ＣＩ＝ＡＤ－Ｂ,当沙地云杉胸高直径达到４０ｃｍ以上时,竞争强度变化很小。利用模型预测了沙地云杉种内、种间的竞争强度。说明Ｈｅｇｙｉ的单木竞争模型可为种内、种间竞争指数的研究提供可适用的数量指标。     

珙桐群落种内与种间竞争研究

采用Hegyi的单木竞争指数模型对卧龙自然保护区的珙桐群落种内与种间竞争强度进行定量分析,并讨论了不同竞争强度下珙桐的形态变化。结果表明：珙桐受到的竞争强度随着林木径级的增大而逐渐减小,珙桐种内竞争较之与其伴生树种间的竞争剧烈;在群体水平上,珙桐种内与种间竞争强度顺序为：珙桐种内〉汶川钓樟〉野核桃〉灯台树〉光叶珙桐〉白楠〉总状山矾〉五裂槭〉稠李〉蛮青冈;竞争强度和对象木胸径的关系服从幂函数关系（CI=AD^-B）,当珙桐的胸径达到30cm以上时,竞争强度变化很小,所得的模型能很好的预测珙桐种内与种间的竞争强度;不同竞争强度下,珙桐主干各层的逐级分枝率（R1：2）、分枝角度、平均枝长和当年生枝条长都有一定的差异,其中下层的分枝角度、平均枝长和当年生枝条长对邻体竞争表现出极强的可塑性。说明珙桐通过自身形态变化,提高了对资源的利用能力,增强了对不同生境的适应性。     

铜壁关自然保护区种子植物物种丰富度的海拔梯度格局——兼论物种密度的计算方法

利用对铜壁关自然保护区多次考察形成的种子植物数据库,结合通过GIS生成的区域数字高程模型(DEM)数据,分析了该区域种子植物物种丰富度及物种密度沿海拔梯度的变化特征。结果表明, 科、属、种的丰富度随海拔的升高,先增加后降低,在中海拔区域达到最大值,科、种的丰富度最大值出现在海拔1400~1800 m的范围内,属的丰富度最大值出现在1000~1400 m的海拔范围。科、属、种的密度随海拔升高先下降后上升,再下降后再上升;且最大值都出现在保护区最高海拔3000~3400 m的范围内。物种丰富度和物种密度分布格局明显受到海拔梯度的影响,海拔梯度综合了水热条件等诸多因素。铜壁关种子植物科、属、种水平上的物种丰富度的海拔分布格局符合中域效应假说;同时还对目前常用的计算物种密度的"对数模型"方法的普遍适用性提出质疑。     

地下根竞争对3种木本植物幼苗生长的影响

通过在广东南澳岛的野外试验样地移植外来种尾叶桉(Eucolyptus urophylla)、大叶相思(Acacia auriculaeformis)和本地种荷木(Schima superba）幼苗,研究南澳岛原有定居植物的地下根竞争对这些幼苗生长的影响。结果表明,地下根的竞争对3种幼苗生长影响显著,3种幼苗的生物量和生长速率在有根竞争时比无根竞争时小。3种幼苗受到的地下根的竞争强度随着苗龄的增大而不断减小,但一定时期后可达到平稳。荷木、尾叶桉和大叶相思幼苗受到的地下根的竞争强度分别为0．22、0．19和0．13。外来种尾叶桉和大叶相思在入侵森林群落的过程中,根系竞争力比本地植物荷木更强。