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《兰州大学》 2006年
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进化过程中的生态位构建理论及其空间模拟研究

韩晓卓  
【摘要】:当前,进化生态学是国际理论生态学与进化生物学相结合的重要前沿与热点之一。本文选题于该领域中的最新研究热点:物种的生态位构建及其进化动力学研究。所谓生态位构建是指有机体通过改变局部生存环境进而改变其自然选择的生物与非生物源的一种能力,其主要机制是有机体与环境在进化过程中产生反馈,从而使进化成为自然选择与生态位构建共同作用的过程。生态位构建理论的提出扩展和丰富了现有的进化思想,为物种适应性的研究提供了新颖的理论依据,也为解释不同尺度上的生态学现象提供了有效的机理模式。本文采用两种研究方法:一是构建微分动力系统模型,利用相平面分析以及数值模拟对系统的平衡点及其稳定性进行阐述:二是结合空间生态学中的元胞自动机模拟模型,运用Matlab和Mathematica数学软件实现空间模式、结构与动态的可视化。论文主体由五部分组成:第一章对生态位构建理论的基本内容及其研究现状与进展进行综述;第二章研究生态位构建在空间结构种群上的多态维持、空间分布、进化动态及环境恶化对多态的影响;第三章研究具有时滞生态位构建作用的集合种群动态与其空间分布模式,探讨了振荡与空间波、集合种群续存同时滞、生态位构建等关系;第四章考虑生态位构建对生境的修复作用,讨论生态位构建对集合种群动态、续存条件和阈值的影响;最后是对主要结论的总结和展望。其中对双位点种群遗传模型进行空间上的延伸和讨论时滞与生态位构建的双重作用对集合种群动态的影响以及破坏生境由于有机体的生态位构建作用而恢复的过程都属于创新性的工作;文中首次提出集合种群的侵占惯量和侵占动量概念。通过上述几个方面的研究,主要得出以下15条结论:(1)生态位构建可使空间结构种群,甚至是在没有杂合子优势的条件下,形成多种可能的稳定基因型分布模式;(2)随着环境的破坏与恶化,种群的生态位构建作用加速其较早形成稳定多态以阻碍环境对种群的不利影响,解释了有机体在不利环境下的一种生活史对策;(3)生态位构建作用通过基因型—环境反馈机制及有限的基因交流导致基因型多态的稳定共存;(4)有机体的生态位构建作用是一种积极的动力改变环境进而改变其自然选择的方向;(5)生态位构建的时滞作用对集合种群动态和空间分布产生深刻影响;(6)集合种群大小在时滞的崭新效应和等权重效应下达到一固定值,而在首位效应下达到统计稳定,表明首位效应的影响最显著;(7)首位效应下生态位构建相对权重的增量和时滞的长度是影响系统不稳定性动态的关键因素;(8)适中的生态位构建强度有利于集合种群的续存;(9)生态位宽度变窄会减少集合种群的数量从而增加其灭绝风险;(10)时滞和生态位构建的双重作用使系统产生周期振荡,并在异质性环境中产生稳定的螺旋波,破碎的螺旋波和环形波三种分布模式;(11)集合种群与资源含量的空间分布因为相滞而互补;(12)具有生态位构建的集合种群续存不仅取决于侵占率与灭绝率之间的平衡,而且依赖于生态位构建能力同其生境的自然消耗速率之间的妥协;(13)当生境中适合侵占的斑块比例小于其侵占率与灭绝率之比时,生态位构建作用促使集合种群在一定条件下续存:(14)生境斑块的状态从不适合到适合转变过程中存在生态位构建强度和系统初始条件这两个阈值;(15)集合种群的大小同正生态位构建能力正相关,意味着对环境具有较强正作用的有机体对维持有效生境起积极作用。综上,本文将生态位构建理论的研究从基因水平上扩展到具有空间结构性质的种群和集合种群水平上,探讨了其在不同空间模式下的进化及生态响应,对进化过程中生态位构建的理论模式及其空间动态模拟进行了创新性研究,从机理和方法上发展和丰富了生态位构建理论。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:Q149

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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