具有空间结构的种群模型及分布格局研究

论文摘要

数学生态学研究的主要内容包括两个问题:种群的数量变化和空间分布。种群数量的时间动态的研究,一般以动力学方程等数学模型为基础,相关的研究在过去几十年中取得了许多重要的成果。然而相对于种群的时间动态的研究,种群的空间动态研究的发展则相对滞后。本文重点关注种群的空间动态,即种群的空间模型和空间分布格局分析,其研究内容共包含四章。第一章主要从数学生态学的角度,回顾了种群动态研究的历史,介绍数学生态学研究从非空间模型到空间模型的发展过程。同时比较了几种常用的空间建模方法,并从动力学的角度进行了分类研究。第二章主要研究了两个具有空间结构的种间竞争系统模型。首先,我们将非空间的竞争系统扩展到具有空间结构的竞争系统,其次我们的研究重点从一般的竞争关系转移到一种新的具有循环结构的竞争系统之上。本章使用的第一个模型是积分微分方程模型,第二个模型为具有空间网格结构的元胞自动机模型。通过对模型的分析,我们验证了空间结构和非层次的竞争关系有利于物种共存的理论。相关结果对生物多样性的理论发展提供了依据和支持。第三章介绍了一种基于个体的模型,并利用矩动力学方程,研究了个体在空间中的分布格局的变化。本章使用的基于个体的模型（individual-based model）,引入了矩动力学的分析方法,研究了一个具有追逐和逃逸的竞争系统。通过与非空间的模型比较,我们发现,个体之间的相互运动可以延缓竞争排斥的过程,因而有利于物种的共存。第四章主要介绍了空间点过程以及点格局分析在研究种群空间分布中的应用。本章首先给出了两种计算点格局聚集指数的方法,K-function以及邻体距离抽样方法。然后我们给出了一个估计点格局密度的方法,并利用实验数据进行了验证。结果表明,本章给出的极大似然估计,在估计个体密度,计算点格局聚集指数等方面,有很高的准确性和稳定性。本研究给出的方法,在实际野外调查研究中有很强的可操作性,对从事相关领域的研究者有很大帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 种群空间动态模型的理论与研究进展
• 1.1 种群动力学的历史与发展
• 1.2 种群动态的空间模型及其研究进展
• 第二章 空间中的种间循环竞争模型
• 2.1 引言
• 2.2 空间结构的Durrett和Levin模型
• 2.3 网格上的三物种循环竞争模型分析
• 2.3.1 三菌种循环竞争的网格模型
• 2.3.2 网格模型的联体动力学方程
• 2.3.3 偶对近似分析
• 2.4 小结
• 第三章 连续空间中基于个体的模拟模型
• 3.1 基于个体的模型
• 3.2 二维连续空间中的IBM模型
• 3.3 种群的空间分布矩动力学
• 3.3.1 空间尺度、关联密度与空间矩
• 3.3.2 矩动力学方程
• 3.3.3 矩近似
• 3.3.4 主要结果
• 3.4 小结与讨论
• 第四章 空间点过程与物种分布的点格局分析
• 4.1 空间点过程与格局分析
• 4.1.1 空间点格局的概率模型
• 4.1.2 空间点格局分析
• 4.1.3 空间点格局分析在生物统计学中的应用
• 4.2 点格局的聚集度分析
• 4.2.1 K-function与空间聚集指数
• 4.2.2 聚集指数k的邻体距离估计
• 4.2.3 实例应用研究
• 4.3 空间点格局的密度估计
• 第五章 主要结果与讨论
• 参考文献
• 在学期间科研成果
• 致谢