生物入侵机制模拟研究：环境色彩噪声、Allee效应及种间结构对入侵动态的影响

发布时间：2020-05-08 00:08

【摘要】：随着经济、贸易、旅游业的迅速全球化及边境管制的减少,生物入侵正迅速成为世界最受关注的生态问题之一。生物入侵不仅严重影响生物多样性,改变了生态系统的结构,而且给社会经济和人类健康造成巨大的危害。从20世纪开始,外来种的入侵日益公认为全球最重要的环境问题之一。本论文选题于入侵生物学领域的研究焦点：生物入侵机制的研究。入侵机制的研究为有效管理和控制外来种入侵提供了新颖的理论依据,并为全球范围内生物入侵对生态环境和社会发展的危害做出预测和控制。论文首先对生物入侵的概念、理论发展及国内研究进展做了基本的概括,并介绍了生物入侵的模型和论文后继研究目标、流程等；其次,研究不同颜色的环境噪声对捕食一食饵系统在均质生境中入侵的时空格局的影响,并对捕食—食饵种群可能入侵的模式的进行详细分类。再次,基于病毒入侵的生态流行流行病模型研究了不同种群上的Allee效应对流行病入侵机制的影响；最后,建立多种群的概率转化入侵模型,考虑入侵种采取不同入侵策略对成功入侵的影响,并试图从生物入侵的角度揭示共位捕食在自然界的普遍存在性。本论文主要采用两种研究手法：一是建立反应—扩散型的入侵系统,利用相平面分析和有限元方法对系统进行数学模拟的研究。这种方法可得出系统数值解；一是基于元胞自动机构建生物入侵系统,同时吸收了物种的生活史特征和随机性。通过大量的数值模拟研究,本文主要得出以下新结论：(1)噪声强度比较弱时,色彩对食饵入侵模式没有较大的影响,但是捕食者的入侵模式却受到了色彩的影响；(2)当噪声强度很小时,捕食种群呈现出地理式入侵,但是种群却不能在区域上长期续存；(3)随着噪声强度的加剧,受到红噪声干扰的捕食种群将通过斑块入侵的形式扩散；(4)当反应扩散型的捕食系统受到白噪声干扰时,在非扩散系统中灭绝的捕食者只能局部入侵,但种群不能地理式扩散；(5)当不同种群受到Allee效应影响时,随其强度的增加流行病可入侵的参数区域大小变化相反；(6)食饵种群受Allee效应影响时,随着Allee效应强度的增加,系统从稳定状态变为极限环,最终成为混沌状态;捕食种群受Allee效应影响时,系统动态将从极限环变为稳定点；(7)食饵种群受到高强度Allee效应的影响,其空间表现为所有物种灾难性的全局灭绝；(8)捕食种群受到Allee效应影响时,随着其强度的增加,空间物种逐渐达到稳定状态。(9)在反应—扩散型生态流行病系统中,流行病通过两种空间模式入侵,即空间行波和空间环波。一旦流行病入侵成功,入侵速度的增高可以使入侵模式从空间行波变为空间环波；(10)外来种入侵采用共位捕食策略入侵时成功的概率大于采用竞争和简单食物链方式；(11)在共位捕食关系下,外来种可成功入侵的参数区域较其他两种广泛；(12)从生物入侵的角度证明了共位捕食或杂食在自然界是普遍存在的。
【图文】：

相互作用图,植物图,人类,范围

图1.1有些入浸种的新栖启、地是人范围分散的，这是人类不断扩散和耕作下的结果。例如，禁个19世纪到20世纪初灌木马缨丹被跨洋过海带到许多业热带和热带地区并在那里广泛繁殖。图中年份代表引入不同区域的时问。Fig.1.1Someixlvadex·5havewidelyseParatednewranges，theProduetsofrePeatedhumandisPersalandeultivation.ForexamPle，，theshrubL‘z，zranaeaznaz视wasearriedtransoeeanieallythroughoutthe1gthandearly20theenturytomanysubtroPiealandtroPiealloealeswhereithasProliferated.YearsrefertodatesofintroduetioninwidelyseParatedIocales(Cronk&Fuller1995).还和土著种之间存在着相互抑制作用，这种作用在动物与植物中都存在，有时候甚至是一导致成功入侵的重要因素。callaway&Asehehoug(2000)最近研究发现，北美入侵性杂草cent。。reodlffusa在原产地亚欧大陆时，其根系对磷的吸收受到当地植物的抑制。然而，当Cd枷sa被引进北美后，其根系的分泌物却抑制新栖息地的类似植物，排挤了许多土著种。不同的外来种之间也有类似的相互作用。早期的研究就发现两种欧洲麦茎蜂(c印huspygmaeus与Ctabidus)入侵北美后，在两者共存时，前者的卵孵化早于后者，幼虫会杀死后者未孵化的卵，于是先来的入侵种cIabidu;逐步被后来的CPygmaeus取代(Elton

模式图,生物入侵,模式

图12生物入侵模式的分类Fig.1.2Classificationofinvasionregi一nes.明了互利共生与竞争模式在捕食的影响下斑块入侵是普遍存在的，没有强Allee效应的作用下也会出现。而且还发现，一个片状传播空间方向上具有显著不同的速度。物入侵的危害和现阶段管理对策来种的引入和入侵对各大洲(除南极洲外)上的生物多样性、、资源可利用性、人类健康和经济的可持续发展造成了严重nton2005;Lomdale1999)，己经成为环境科学和生态学研究的外来种入侵被认为是仅次于生境玻坏的第二个导致生物多样性因(YateSetal.2004)。生物入侵越来越多的引起政界、科学的关注，甚至被认为是21世纪一个最棘手的环境问题之一(王
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X171

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