非光滑控制与随机扰动对害虫天敌生态系统的影响与应用研究
发布时间：2020-07-24 14:59
【摘要】：害虫爆发的随机性与其控制措施的复杂性使得害虫防治成为农业生产、管理部门十分重视的问题.化学农药由于使用方便、价格便宜、见效快等特点,使得其在早期的害虫防治中起着非常重要的作用.然而,农药长期、重复、过量使用,也带来了害虫抗性发展、病虫害大爆发或者害虫再猖獗等一系列负面问题.因此,通过长期的实践,众多的控制方法相继提出,其中包括化学、物理、生物控制策略等.综合害虫管理策略(IPM)是上述方法的结合,以经济效益最大化为目标,结合害虫与天敌种群的动态作用实施综合控制措施,提出最优的控制方案来维持害虫种群数量不超过经济危害水平.害虫各种控制策略的实施不仅具有时效性或瞬时效应,也由于包括种内合作效应等因素作用下的复杂害虫与天敌动态作用关系,以及环境随机性等都会对害虫控制的成败产生至关重要的影响.因此,综合考虑上述诸多因素,创新地发展具有瞬时效应、间歇性控制的害虫天敌生态系统,并探讨环境随机性对其的影响是本论文的核心目标.为了实现上述目标,论文建立了具有状态依赖反馈控制和群体防御效应(种内合作)的害虫天敌生态系统、具有间歇性综合防控策略的非光滑Filippov系统以及具有随机扰动的非光滑动力系统,发展了相应的解析理论、定性分析方法、数值计算方法并对模型进行了全面系统的研究,揭示其隐含的丰富生物学意义,探讨最佳的害虫控制方案,为害虫控制和生态管理提供重要的决策依据.本文第二章提出并分析了一类具有群体防御效应的害虫与天敌非光滑系统,以此研究害虫天敌的复杂作用关系对综合害虫控制策略的影响.首先研究了系统边界阶1周期解的存在性和稳定性,并给出了其存在与全局稳定的阈值条件.详细研究非光滑系统脉冲点序列确定的Poincare映射的定义和性质,通过Poincare映射的单调性和连续性等,得出了系统内部阶1周期解的存在性和全局稳定性.同时,Poincare映射多个不连续点的存在性可能使系统存在多个阶1内部周期解共存的现象.此外,数值分析还揭示了模型复杂的动力学行为,包括周期解周期的增加和减半分支.解的时间序列图形揭示了系统的解存在连续激发和长时静止的反复重现过程,即害虫种群存在复杂的爆发模式,这为害虫的控制带来挑战.结果表明:通过适当降低种群密度和群体防御能力,有利于恢复种群生态系统的稳定性和平衡性.然而,即使杀虫剂对天敌没有任何影响,弱或者强的病虫害控制不仅增加了害虫种群的波动幅度,也会加速天敌种群的灭绝.因此适度的控制策略对维持害虫天敌生态系统的稳定至关重要.本文第三章基于具有群体防御效应的害虫天敌模型,提出了具有间歇性综合防控策略的非光滑Filippov害虫天敌生态系统,旨在研究切换阈值、切换策略对害虫综合治理策略的影响.根据Filippov非光滑系统的定性分析技巧和数值分析方法,首先对所发展模型进行了详细的理论分析.特别地,重点分析了滑动模态动力学并讨论了几类平衡点的存在性及其稳定性,结果表明两类真平衡点和伪平衡点可以共存.进一步研究了边界结点(焦点)分支、擦边分支、穿越分支和扣环分支(或滑动开关)等局部和全局滑动分支.复杂的滑动分支揭示了系统存在包括伪平衡态、穿越环等多个吸引子共存的状态,这说明间歇性防控策略与害虫天敌种群的初始密度密切相关.同样自由子系统真平衡态和伪平衡态的全局稳定性说明了适当的非光滑控制策略能有效控制害虫数量,使其不超过给定的经济危害水平,从而实现综合害虫控制的目的.本文第四章重点研究环境随机性对害虫综合治理策略的影响,基于此本章首先建立了固定时刻脉冲的随机综合害虫治理生态系统,分析了系统正解的局部存在性、全局存在性、均值有界性和给出了害虫种群依概率1灭绝的一个充分条件.然后建立状态依赖的随机综合害虫治理生态系统,发展了相应的数值模拟和计算方法,系统分析了环境噪声强度是如何影响害虫的爆发,即随机扰动强度是如何影响害虫种群到达经济阈值的频率的.通过对各个参数的敏感性分析,主要结论揭示:害虫的爆发频率与经济阈值,环境扰动强度的大小以及控制措施都有密切的联系.经济阈值越大则爆发频率越缓慢;外界随机干扰强度对害虫爆发频率影响也很大,如果随机干扰强度对害虫种群影响越大,爆发频率越低,反之对天敌刚好相反;增加控制措施的强度也能降低害虫爆发频率.通过分析对我们正确认识随机因素对害虫爆发频率的影响,以及设计优化的害虫控制措施都具有一定的指导意义.
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S476
【图文】：
发的解的相反轨迹将达到点户0＋邋＝邋（（１邋－巧五ｒ，ｙ0＋）邋ｅ邋ＡＴ与％＋邋＞邋＋00矛盾．因此，逡逑有卩（＋00）邋＝邋0和７＾（＋00）邋＝邋ｒ，故〗＼存在一条水平渐近线ｙ邋＝邋Ｔ．证明完毕．逡逑下面通过数值模拟验证定理２．２．１的结论，如图２．１所示，参数取值如下：ｒ邋＝逡逑ｌ，Ｋ邋—邋１０，邋ａ邋＝邋２，／ｉ邋＝邋０．２，邋Ｄ邋＝邋Ｑ．１，ＥＴ邋＝邋４．５，０邋＝邋０．３．邋（Ａ）邋ｒ邋＝邋０．３；邋（Ｂ）邋ｒ邋＝邋１；邋（Ｃ）逡逑ｒ邋＝邋２邋和（Ｄ）邋ｒ邋＝邋４．逡逑值得一提的是庞加莱映射Ｐｍ的唯一不动点与模型（２．２）的阶１周期解（或阶１极限逡逑环）是一致的，这一点在后续部分详细解释．逡逑２４逡逑
与（ｄｙ）／（刹＜０矛盾．因此p航祝敝芷诮猓ǎ幔唬颍ǎ簦埃┦侨治模垮义衔私徊窖橹ざɡ恚玻常钡闹饕崧郏颐窃诓煌模蛳露郧樾危ǎ眩┎捎檬靛义夏Ｄ猓缤迹玻菜荆问≈等缦拢海蚨保＃剑保埃徨澹藉澹玻㈠澹藉澹埃玻腻澹藉澹埃保澹蝈澹藉义希矗担板澹藉澹埃常澹粒耄翦澹煎
本文编号：2769001
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S476
【图文】：
发的解的相反轨迹将达到点户0＋邋＝邋（（１邋－巧五ｒ，ｙ0＋）邋ｅ邋ＡＴ与％＋邋＞邋＋00矛盾．因此，逡逑有卩（＋00）邋＝邋0和７＾（＋00）邋＝邋ｒ，故〗＼存在一条水平渐近线ｙ邋＝邋Ｔ．证明完毕．逡逑下面通过数值模拟验证定理２．２．１的结论，如图２．１所示，参数取值如下：ｒ邋＝逡逑ｌ，Ｋ邋—邋１０，邋ａ邋＝邋２，／ｉ邋＝邋０．２，邋Ｄ邋＝邋Ｑ．１，ＥＴ邋＝邋４．５，０邋＝邋０．３．邋（Ａ）邋ｒ邋＝邋０．３；邋（Ｂ）邋ｒ邋＝邋１；邋（Ｃ）逡逑ｒ邋＝邋２邋和（Ｄ）邋ｒ邋＝邋４．逡逑值得一提的是庞加莱映射Ｐｍ的唯一不动点与模型（２．２）的阶１周期解（或阶１极限逡逑环）是一致的，这一点在后续部分详细解释．逡逑２４逡逑
与（ｄｙ）／（刹＜０矛盾．因此p航祝敝芷诮猓ǎ幔唬颍ǎ簦埃┦侨治模垮义衔私徊窖橹ざɡ恚玻常钡闹饕崧郏颐窃诓煌模蛳露郧樾危ǎ眩┎捎檬靛义夏Ｄ猓缤迹玻菜荆问≈等缦拢海蚨保＃剑保埃徨澹藉澹玻㈠澹藉澹埃玻腻澹藉澹埃保澹蝈澹藉义希矗担板澹藉澹埃常澹粒耄翦澹煎
本文编号：2769001
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