空间结构种群同步性的动态模型与机理研究

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空间种群的同步性是指不同位置的种群数量的同时升高或者下降。种内和种间的空间分离种群同步性波动的证据在文献中随处可见。同步性的出现与否以及它的程度是决定生物系统功能与障碍的一个非常重要的部分。当前,探索空间种群同步性的机理已经成为种群生态学的一个前沿核心问题,也引起了很多生态学家的兴趣。再者,最近的研究表明许多环境变量,包括温度、降水、湿度、河深和一些季节性指标,有非常显著的红谱,即有色环境噪音。本文正是以研究空间种群同步性机理为选题,研究了有色环境噪音和种群同步性的关系。在本文,首次构造了一个能够产生空间相关有色噪音的方法。运用时间序列分析和数值模拟的方法,分析了有色噪音和扩散对种群同步性的影响,以及这二者间的复杂相互作用。得到了一些新结论如下:1.对于有相同结构的空间分离线性种群,噪音颜色并不能影响种群间的同步性,也就是对于有色噪音的情形,经典的Moran定理依然成立。2.对于由于空间地理变化而导致的异质性种群,或者不同物种间的种群,线性AR1种群模型的分析结果表明红色噪音能够加强种群同步性。3.非线性种群模型(Maynard Smith model)的模拟结果表明,红噪音是加强还是减弱种群同步性强烈依赖于噪音到底是怎样影响种群更新过程的,即影响增长率还是环境容纳量。4.如果不同斑块间的种群同时还发生迁移作用,那么噪音颜色对种群动态同步性的影响依赖于扩散的方式。5.局域噪音有破坏同步性的作用,模拟结果表明局域红噪音的破坏能力弱于白噪音。6.对于多物种的空间种群,噪音不一定直接影响到目标种群的同步性,它可以通过食物网结构,或年龄结构上传递来影响目标种群的同步性。用宿主-寄生模型的模拟结果表明间接红噪音和直接红噪音一样,也能够增强种群的同步性。7.用多元线性回归分析表明,比起扩散和噪音的空间相关性来,噪音颜色的同步作用是有限的。综上,本文从单物种到多物种空间结构种群,用线性和非线性的模型系统地探讨了环境变化各个方面,包括强度、作用范围、空间相关性、颜色等方面,以及扩散对同步性的影响,并且探讨了两种同步因子之间的复杂相互作用。因此,本文的研究不仅丰富了空间种群同步性的机理,而且还使我们可以更加深刻、清楚地理解广泛存在的空间种群同步性现象。进一步来说,这些理论和方法在濒危物种的保护、“保护廊道”的构建、害虫控制以及传染病消除等方面都能发挥出重要的作用。
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