集聚效应下的集合种群演化规律研究

论文摘要

物种的空间分布模式对种内竞争和种间竞争都会产生重要影响,由于物种空间分布模式引起的集聚效应对集合种群演化有着不可忽略的作用。在考虑了集聚效应后的集合种群系统演化将会出现怎样的情况?在已有的集合种群理论研究基础上,本文以物种的集聚效应为出发点,以构建模型和计算机大规模数值仿真模拟为手段,探求生境变化对具有集聚效应的集合种群的演化规律。首先,提出了物种在生境空间分布的集聚度、最佳集聚度、集聚效应的概念。构建了这三者之间的集聚效应模型,结合经典的Tilman多物种竞争共存模型,建立了集聚效应下的集合种群动力模式,分别考查了栖息地毁坏和未毁坏的两种集合种群演化规律。其次,在空间显含模型上,利用景观中性模型得到了不同集聚分布、接近现实的不同物种分布模式,结合元胞自动机模型,也考查了栖息地毁坏和未毁坏下的集合种群演化规律。最后,通过合理的参数化方案,运用计算机大规模数值模拟技术,对模型进行7392次仿真模拟实验,综合考查了物种分布模式引起的集聚效应对集合种群演化的影响,得到以下的主要结论：(1)建立的集聚效应下的集合种群动力模型充分地反应了物种分布的集聚度对物种种内竞争和种间竞争的影响,当系统中每个物种处在最佳集聚度时,该模型即为Tilman模型,这是Tilman模型的一个更为普适的推广。(2)集聚效应使集合种群演化更加的复杂化。这主要由以下两点体现。首先,在隐含模型下当栖息地即使没有毁坏,物种系统都要经历一段准周期波动才能达到平衡态。其次,在栖息地毁坏后,系统再次达到平衡态的生态序出现无序化。(3)物种的续存、灭绝和生态序,不仅由传统生态学上认为主要是由物种单体的竞争力、迁移能力之间的均衡决定,物种的集聚效应也将对物种的续存和灭绝、生态序产生影响。(4)发现了物种灭绝的另一个机制,集聚效应减小了种群第一类灭绝的阈值条件,也加重了集合种群的灭绝债务。尤其是对于群落中的弱小物种和濒危物种而言,不适的集聚度产生的负集聚效应使他们不可避免地灭绝。(5)空间显含模型的模拟结果也表明考虑了物种的分布模式后,集合种群的演化更加的复杂,物种空间分布模式引起的集聚效应对物种的扩散和迁移有很大的影响。(6)生境规模大小尺度不是决定集合种群演化的决定性因素。对于种群演化的作用而言,生境的空间分布结构相比生境规模大小来说更加的重要。(7)不同集聚度分布的群落对生境毁坏的响应没有本质的区别,生境毁坏对物种多样性丧失的根本规律依旧是栖息地毁坏率越高,越破碎的话,那么生物多样性丧失将越严重。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 集合种群研究概述
• 1.1.1 岛屿生物地理学理论和生态学意义
• 1.1.2 集合种群概念的发展
• 1.1.3 集合种群模型的发展
• 1.1.4 集合种群模型和理论的发展趋势
• 1.2 种群空间分布模式的生态效应
• 1.2.1 本文研究意义、目的和思路
• 1.2.2 研究意义与目的
• 1.2.3 技术路线
• 1.3 论文的创新之处
• 第2章 研究方法
• 2.1 集聚度和集聚效应的定义和模型
• 2.2 集聚效应下的集合种群动力模型
• 2.3 平衡态分析
• 2.4 景观中性模型
• 第3章 生境变化下具有集聚效应的集合种群演化规律
• 3.1 生境未毁坏下的情况
• 3.1.1 最佳集聚度和不适集聚度情况的对比
• 3.1.2 不同不适集聚度下的集合种群演化
• 3.2 生境毁坏下的情况
• 3.2.1 栖息地毁坏率、集聚效应和物种灭绝数的关系
• 3.2.2 栖息地毁坏下具有集聚效应的集合种群演化规律
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于空间显含模型的集聚效应下的集合种群演化
• 4.1 集聚效应下的元胞自动机模型
• 4.1.1 空间隐含模型和随机分布假设的缺陷
• 4.1.2 集聚效应下的元胞自动机模型
• 4.2 生境未毁坏下的情况
• 4.2.1 参数化方案
• 4.2.2 栖息地未毁坏时不同集聚度下的种群演化规律
• 4.2.3 尺度效应对集聚效应下集合种群演化影响
• 4.3 生境毁坏下的情况
• 4.3.1 生境毁坏的异质性
• 4.3.2 生境毁坏对不同集聚效应下的集合种群演化模型构建
• 4.3.3 参数化方案
• 4.3.4 生境毁坏增加对不同集聚度的种群演化影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论和展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 讨论和展望
• 附录A
• 附录B
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢