在变化环境下基于复杂网络的种群扩张动力学研究

发布时间：2020-09-23 08:36

　　 生物所生存的环境无时不刻不处于变化之中,而这种变化常常带有一定的周期性,像昼夜交替、季节变化或是气候改变等等,这些转变都深刻地影响着生存在其中的生物种群。另一方面种群的扩张、演化等过程又与其所生存的环境的空间结构息息相关。为探究以上两种因素对生物种群扩张的影响,本论文在外界环境变化以及复杂空间结构条件下对生物种群的扩张动力学问题进行了相关研究。自然界中往往存在着许多类似于群岛环境一样的生态结构,这样的生态结构从微观上看,各个局部结构保持着一定的独立性。从宏观上看,各个局部环境又与其周围邻居有着一定的联系。根据这种整体与局部的关系,我们在复合异质种群(Metapopulation)模型上,引入局部环境独立变化的假设。之后将此模型放到带有空间结构的网络上进行种群动力学模拟研究。在模拟过程中我们发现种群在二维晶格网络上的扩张出现了靶波以及斑图态的现象。我们解析地给出了系统在稳定斑图态形成的区间里,节点内部物种的个体数密度与物种迁移特征值μ的关系。为了更加真实而全面地表征现实自然界中各种空间结构对种群扩张的影响,我们针对二维晶格网络上的模拟结果归纳出了一个描述系统状态的量——系统混乱度,并将此量推广到其他更为复杂的网络结构系统上,我们发现在度分布均匀的网络上容易出现稳定的斑图结构,而在度分布不均匀的网络上则不会出现类似的斑图结构。这种斑图结构的出现代表着系统处于一个动态平衡的状态,认识并理解此系统状态对实际的变化环境下的生态系统控制有着积极的参考意义。最后我们还考虑了系统在全局环境改变的条件下的种群扩张问题。在复合异质种群模型的基础上改变物种的适应度,使其成为一个随时间变化的量,以此来反映环境的变化。在对该模型下的种群扩张动力学进行分析后,发现在物种种群迁移特征值μ远大于1,及远小于1的两种情况下,环境转变速率的增加都有利于种群的扩张。由于我们将空间结构的概念引入到了变化环境下的种群动力学模型中,意味着本工作将前人在此问题上的研究拓展到了更加真实复杂的环境,这也使得研究成果的适用性更加广泛。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O175;O157.5
【部分图文】：

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本文编号：2825093