基于生态化学计量学的食植系统的研究

【摘要】植物体内和食植动物体内营养浓度的不平衡性会影响到食植动物的转化率,继而影响食植系统的动力学行为和生态系统的结构与功能.本文应用生态化学计量学,建立具有可变转化率的食植系统的种群动力学模型,研究营养富有化对食植系统的生态动力学行为和进化动力学行为的影响.全文共分成四部分.第一章,介绍研究背景、研究方法和本文的主要工作.第二章,将LKE模型中的不光滑的、在任意时刻只能受一种营养元素影响的转化率函数,改进为光滑的、在任意时刻可以受到两种营养元素共同作用的转化率函数.定性分析表明光滑可变的转化率使得改进后的模型具有复杂的动力学行为：如存在多个平衡点,会发生Hopf分支和鞍结点分支.数值分析表明在总磷浓度较低的情况下,能量的富有化使得食植动物相继经历决定性灭绝／平衡态／周期振荡／平衡态／决定性灭绝；而在总磷浓度较高的时候.能量的富有化使得食植动物相继经历决定性灭绝／平衡态／周期振荡.当光照强度较大时,营养的富有化使得食植动物相继经历决定性灭绝／平衡态／周期振荡.因此,在一定条件下系统能产生关于营养和能量的富有悖论.第三章,依据生态化学计量学和适应动力学,建立了关于食植系统的生态动力学模型和进化动力学模型,分别给出了在有无食植动物存在的前提下,关于种群进化的收敛稳定性、连续稳定性、进化分支点的阈值定理,分析了进化周期解的存在性和稳定性.结果表明总磷的浓度对生态系统和进化系统的动力学行为都会产生重要的影响.对生态系统来说,总磷浓度的增加有利于两种群的共存.对进化系统来说,总磷浓度的增加使得进化系统产生复杂的动力学行为,如进化分支,进化周期解,对初值敏感依赖.第四章,首先根据水生植物为浮游动物提供避难场所,从而躲避鱼对其的捕食,推导出带有避难效应的鱼的功能性反应,根据生态化学计量学,建立了关于藻类-浮游动物-鱼类的生态模型,定性分析研究了系统平衡点的存在性和稳定性.数值分析中,通过参数分支曲面分别讨论了当鱼的食物组成不同时,系统的营养浓度和水生植物的密度对整个系统的影响.当鱼是杂食性动物时,只有在营养浓度较低时,增加水生植物才会使得浮游动物密度增加：因此,移栽一些能为浮游动物提供避难场所的水生植物未必会达到保护浮游动物和抑制藻类增长的目的,还要结合鱼的食物组成和系统的营养浓度来采取综合治理的方法.最后,总结了本文的工作,提出下一步的研究方向以及本文所参考的主要文献.
【作者】郝丽娜；
【导师】范猛；
【作者基本信息】东北师范大学，应用数学，2014，博士
【关键词】生态化学计量学；适应动力学；食植系统；营养富有化；定性分析；

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