空間生態(tài)傳染病模擬研究：破碎化生境、Allee效應(yīng)及空間尺度對傳播動態(tài)的影響.pdf

1、生態(tài)傳染病學(xué)這一新興的交叉學(xué)科已成為當(dāng)今生物數(shù)學(xué)研究中的前沿與熱點(diǎn)。本論文選題于該領(lǐng)域的新焦點(diǎn)，即具有空間結(jié)構(gòu)的生態(tài)傳染病?？臻g生態(tài)傳染病理論的提出擴(kuò)展和豐富了種群及群落傳染病研究，為環(huán)境變化和棲息地破壞下遭受疾病感染的瀕危物種的研究提供了新穎的理論依據(jù)，并與空間技術(shù)相結(jié)合為從不同尺度研究疾病傳播規(guī)律提供了深層次的生態(tài)與模型機(jī)理。本論文首先對生態(tài)傳染病學(xué)的概念，理論，研究現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行綜述，進(jìn)而介紹了空間生態(tài)傳染病的相關(guān)理論及模型：其次

2、，基于疾病在捕食者中傳播的生態(tài)傳染病模型研究了Allee效應(yīng)可能產(chǎn)生的復(fù)雜性動態(tài)以及疾病傳播的時空動態(tài)與空間尺度，隨機(jī)生境破壞和統(tǒng)計隨機(jī)性之間的關(guān)系；再次，揭示生境破壞引起的空間環(huán)境異質(zhì)性是如何影響空間宿主一寄生傳染病系統(tǒng)中病毒的入侵，傳播及物種分布模式，并闡述空間異質(zhì)性的兩個組分(喪失斑塊的數(shù)量及其聚集程度)之間的相互關(guān)聯(lián)性；最后，建立了宿主-寄生-捕食生態(tài)傳染病模型，重點(diǎn)研究了生境破壞的不同空間格局對生態(tài)傳染病動態(tài)的影響，并闡述了生

3、態(tài)傳染病系統(tǒng)內(nèi)在的生物機(jī)制。其中，對捕食-食餌作用的生態(tài)傳染病模型進(jìn)行空間上的延伸以及討論具有空間結(jié)構(gòu)的生境破壞對生態(tài)傳染病系統(tǒng)動態(tài)的影響都屬于創(chuàng)新性的工作。論文主要采用兩種研究手法：一是構(gòu)建微分動力系統(tǒng)模型，例如偶對近似模型，利用相平面分析以及數(shù)值解對系統(tǒng)的平衡點(diǎn)及其穩(wěn)定性進(jìn)行闡述；二是建立空間顯含的模擬模型，實(shí)現(xiàn)空間模式、結(jié)構(gòu)與動態(tài)的可視化，彌補(bǔ)空間隱含模型對空間結(jié)構(gòu)研究的不足。通過上述幾個方面的研究，主要得出如下新結(jié)果：(1)Al

4、lee效應(yīng)在種群動態(tài)中扮演穩(wěn)定還是不穩(wěn)定角色取決于它的強(qiáng)度：(2)感染率和捕食率都是影響生態(tài)傳染病系統(tǒng)中物種空間模式的關(guān)鍵因素；(3)均勻場假設(shè)、局部相互作用以及統(tǒng)計隨機(jī)性對病毒入侵和分布模式均有著重要的影響；(4)種群個體間相互作用的空間尺度復(fù)雜地影響了疾病傳播的時空動態(tài)。隨著鄰體數(shù)目的增加，病毒的感染力度變得更大而且在空間上形成聚集的波形；(5)生境破壞及其空間結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)有利于疾病的控制，這暗示人為對生境的干擾可作為疾病控制的

5、一個潛在方法；(6)生境破壞的數(shù)量以及不同類型生境的空間分布格局都顯著地影響了寄生病毒的入侵和傳播，生境破碎化程度越高(高喪失斑塊的數(shù)量或低聚集程度)，將越有害于病毒的入侵和傳播，這暗示了空間異質(zhì)性是否有益于物種的入侵依賴于所考慮的生態(tài)過程：(7)由生境破壞引起的空間異質(zhì)性的兩個組分之間存在負(fù)偶聯(lián)關(guān)系(trade-off)；(8)在適度的生境破壞范圍內(nèi)，宿主種群能夠平衡生境破壞帶來的正負(fù)兩種效應(yīng)并呈現(xiàn)增長趨勢：(9)在捕食-食餌系統(tǒng)中，

6、寄生感染病毒極有可能在生境破壞量較低時爆發(fā)；(10)物種在面臨生境破壞或者其它環(huán)境壓力時表現(xiàn)出更高的聚集分布策略；(11)寄生-宿主/食餌-捕食生態(tài)傳染病系統(tǒng)與共位捕食(intraguild predation)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有相似的生物機(jī)制，其中捕食者扮演共位捕食者的角色，已感染食餌作為共位食餌，易感染食餌扮作共同消耗的資源；(12)位于最高營養(yǎng)級水平的種群對生境破壞的響應(yīng)不一定是最敏感的，這不僅依賴于內(nèi)在的生物機(jī)制同時也依賴于外在的環(huán)