進化過程中的生態(tài)位構(gòu)建理論及其空間模擬研究.pdf

1、當前，進化生態(tài)學(xué)是國際理論生態(tài)學(xué)與進化生物學(xué)相結(jié)合的重要前沿與熱點之一。本文選題于該領(lǐng)域中的最新研究熱點：物種的生態(tài)位構(gòu)建及其進化動力學(xué)研究。所謂生態(tài)位構(gòu)建是指有機體通過改變局部生存環(huán)境進而改變其自然選擇的生物與非生物源的一種能力，其主要機制是有機體與環(huán)境在進化過程中產(chǎn)生反饋，從而使進化成為自然選擇與生態(tài)位構(gòu)建共同作用的過程。生態(tài)位構(gòu)建理論的提出擴展和豐富了現(xiàn)有的進化思想，為物種適應(yīng)性的研究提供了新穎的理論依據(jù)，也為解釋不同尺度上的生態(tài)

2、學(xué)現(xiàn)象提供了有效的機理模式。本文采用兩種研究方法：一是構(gòu)建微分動力系統(tǒng)模型，利用相平面分析以及數(shù)值模擬對系統(tǒng)的平衡點及其穩(wěn)定性進行闡述；二是結(jié)合空間生態(tài)學(xué)中的元胞自動機模擬模型，運用Matlab和Mathematica數(shù)學(xué)軟件實現(xiàn)空間模式、結(jié)構(gòu)與動態(tài)的可視化。論文主體由五部分組成：第一章對生態(tài)位構(gòu)建理論的基本內(nèi)容及其研究現(xiàn)狀與進展進行綜述；第二章研究生態(tài)位構(gòu)建在空間結(jié)構(gòu)種群上的多態(tài)維持、空間分布、進化動態(tài)及環(huán)境惡化對多態(tài)的影響；第三章研

3、究具有時滯生態(tài)位構(gòu)建作用的集合種群動態(tài)與其空間分布模式，探討了振蕩與空間波、集合種群續(xù)存同時滯、生態(tài)位構(gòu)建等關(guān)系；第四章考慮生態(tài)位構(gòu)建對生境的修復(fù)作用，討論生態(tài)位構(gòu)建對集合種群動態(tài)、續(xù)存條件和閾值的影響；最后是對主要結(jié)論的總結(jié)和展望。其中對雙位點種群遺傳模型進行空間上的延伸和討論時滯與生態(tài)位構(gòu)建的雙重作用對集合種群動態(tài)的影響以及破壞生境由于有機體的生態(tài)位構(gòu)建作用而恢復(fù)的過程都屬于創(chuàng)新性的工作；文中首次提出集合種群的侵占慣量和侵占動量概念

4、。通過上述幾個方面的研究，主要得出以下15條結(jié)論：(1)生態(tài)位構(gòu)建可使空間結(jié)構(gòu)種群，甚至是在沒有雜合子優(yōu)勢的條件下，形成多種可能的穩(wěn)定基因型分布模式；(2)隨著環(huán)境的破壞與惡化，種群的生態(tài)位構(gòu)建作用加速其較早形成穩(wěn)定多態(tài)以阻礙環(huán)境對種群的不利影響，解釋了有機體在不利環(huán)境下的一種生活史對策；(3)生態(tài)位構(gòu)建作用通過基因型一環(huán)境反饋機制及有限的基因交流導(dǎo)致基因型多態(tài)的穩(wěn)定共存；(4)有機體的生態(tài)位構(gòu)建作用是一種積極的動力改變環(huán)境進而改變其自

5、然選擇的方向；(5)生態(tài)位構(gòu)建的時滯作用對集合種群動態(tài)和空間分布產(chǎn)生深刻影響；(6)集合種群大小在時滯的嶄新效應(yīng)和等權(quán)重效應(yīng)下達到一固定值，而在首位效應(yīng)下達到統(tǒng)計穩(wěn)定，表明首位效應(yīng)的影響最顯著；(7)首位效應(yīng)下生態(tài)位構(gòu)建相對權(quán)重的增量和時滯的長度是影響系統(tǒng)不穩(wěn)定性動態(tài)的關(guān)鍵因素；(8)適中的生態(tài)位構(gòu)建強度有利于集合種群的續(xù)存；(9)生態(tài)位寬度變窄會減少集合種群的數(shù)量從而增加其滅絕風險；(10)時滯和生態(tài)位構(gòu)建的雙重作用使系統(tǒng)產(chǎn)生周期振蕩

6、，并在異質(zhì)性環(huán)境中產(chǎn)生穩(wěn)定的螺旋波，破碎的螺旋波和環(huán)形波三種分布模式；(11)集合種群與資源含量的空間分布因為相滯而互補；(12)具有生態(tài)位構(gòu)建的集合種群續(xù)存不僅取決于侵占率與滅絕率之間的平衡，而且依賴于生態(tài)位構(gòu)建能力同其生境的自然消耗速率之間的妥協(xié)；(13)當生境中適合侵占的斑塊比例小于其侵占率與滅絕率之比時，生態(tài)位構(gòu)建作用促使集合種群在一定條件下續(xù)存；(14)生境斑塊的狀態(tài)從不適合到適合轉(zhuǎn)變過程中存在生態(tài)位構(gòu)建強度和系統(tǒng)初始條件這兩