×

空间在具有恐惧和选择性捕食效应的生态流行病捕食系统中的作用。 (英语) Zbl 1533.92174号

本文还讨论了一类捕食者-被捕食者疾病模型通过Hopf分支产生的分支周期解的方向和稳定性,其中考虑了捕食者的额外食物。作者获得了基本繁殖数R的表达式,并表明系统的无病平衡对于\(R<1\)是全局稳定的。在数值上,他们观察到系统的无病平衡和地方病平衡之间存在跨临界分歧。对于(R<1),无病平衡是稳定的,而对于(R<1),出现了地方病平衡。流行病学上,它解释说,如果感染率很低,那么疾病可以被消灭,只有易感的猎物才能在生态系统中生存;然而,如果疾病以适当更高的速度传播,那么这种感染会在被捕食物种中持续存在。此外,如果捕食者的死亡率较高,则可以观察到捕食者的灭绝,而如果受感染的猎物的死亡率相对较高,则生态系统中只存在捕食者。此外,他们观察到,降低易感猎物生长速度的恐惧水平会导致系统振荡。因此,对于生态系统的动态稳定性而言,较低水平的恐惧会降低易感猎物的生长速度。相反,恐惧的力量会降低疾病的流行率,这可能会抑制振荡,并使系统恢复到稳定状态。此外,他们发现,随着疾病流行强度的增加,系统会经历Hopf分叉。因此,为了避免系统的振荡行为,应该集中精力减少疾病在易感猎物种群中的传播。
捕食者对易感猎物的偏好增强的时间模型也出现了振荡。他们的模拟结果还表明,更多地从疾病中恢复受感染物种可以恢复系统的稳定性。此外,作者还发现,向捕食者提供更多的额外食物可以显著改变系统的动态;它终止了持续的振荡,并驱动系统进入稳定状态。
值得注意的是,考虑疾病在被捕食物种之间的空间传播将模拟更现实的场景。因此,在未来的研究中,应研究疾病的空间传播以及物种的空间运动。主要参考文献是N.Sk公司等【《生物系统杂志》29,第1期,107–145(2021;Zbl 1469.92096号)].

MSC公司:

92D25型 人口动态(一般)
92D40型 生态学
92天30分 流行病学
34C23型 常微分方程的分岔理论
35K57型 反应扩散方程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] MacNeil,Cet al.,本地和入侵端足类之间的寄生虫介导捕食,Proc R Soc Lon B Biol Sci270(1521):1309-13142003。
[2] Anderson,RM,May,RM,《动植物群落内传染病的入侵、持续和传播》,Trans R Soc Lond B314:533-5701986年。
[3] Chattopadhyay,J,Bairagi,N,《盐田海危险鹈鹕——生态流行病学模型》,生态模型136:103-1122001。
[4] Venturino,E,《捕食者-猎物模型中的流行病:捕食者的疾病》,IMA J Math Appl Med Biol19:185-2052002·Zbl 1014.92036号
[5] Hadeler,K,Freedman,HI,寄生虫感染的捕食者-猎物种群,《数学生物学杂志》27(6):609-6311989·Zbl 0716.92021号
[6] Arino,O,Mikram,J,Chattopadhyay,J,在比例依赖的捕食者-猎物模型中,猎物群体的感染可能起到生物控制的作用,非线性17(3):11012004·Zbl 1062.34050号
[7] Hilker,F,Schmitz,K,捕食者-食饵振荡的疾病诱导稳定,《Theor生物学杂志》255:299-3062008年·Zbl 1400.92487号
[8] Kooi,BW,Van Voorn,GA,Das,KP,捕食者患有传染病的捕食者-食饵模型中的稳定性和复杂动力学,生态复杂性8(1):113-1222011。
[9] Xiao,Y,Chen,L,捕食者-被捕食者疾病模型的建模与分析,数学生物科学171:59-822001·Zbl 0978.92031号
[10] Lafferty,KD,Morris,AK,寄生killfish行为的改变增加了鸟类最终宿主捕食的敏感性,生态学77:1390-13971996。
[11] Hall,SR,Duffy,MA,Caceres,CE,选择性捕食和生产力共同驱动宿主-宿主系统中的复杂行为,Am Nat165:70-812005。
[12] Bairagi,N,Adak,D,《捕食者-食饵-食饵系统的复杂动力学:感染率、捕食者繁殖增益和偏好之间的相互作用》,生态复杂性22:1-12,2015年。
[13] Bairagi,N,Saha,S,Chaudhuri,S,Dana,SK,浮游植物的选择性和营养价值影响浮游生物种群模型中的各种动力学,Phys Rev E99(1):0124062019。
[14] Biswas,S,Tiwari,PK,Kang,Y,Pal,S,《浮游动物选择性对受自由病毒和环境毒素影响的生态系统中浮游植物的影响》,数学生物科学工程17(2):1272-13172020·Zbl 1470.92380号
[15] Roy,S,Tiwari,PK,Nayak,H,Martcheva,M,《带有选择性捕食的季节性强制生态流行病模型中恐惧、避难和狩猎合作的影响》,《欧洲物理杂志》137:5282022。
[16] 克雷斯韦尔,W,《鸟类种群中的捕食》,《Orinthol杂志》152:251-2632011年。
[17] Altendorf,KB,Laundre,JW,Lopez Gonzalez,CA,Brown,JS,《评估捕食风险对骡鹿觅食行为的影响》,《哺乳动物杂志》82(2):430-4392001年。
[18] Clinchy,M,Sheriff,MJ,Zanette,LY,捕食者诱发的应激和恐惧生态学,《功能生态学》27(1):56-652013。
[19] Creel,S,Christianson,D,Liley,S,Winnie,JA,《捕食风险影响麋鹿的生殖生理学和人口统计学》,科学315(5814):960,2007年。
[20] Ripple、WJ、Beschta、RL、Wolves和恐惧生态:捕食能构成生态系统吗?生物科学54(8):755-7662004。
[21] Creel,S,Christianson,D,直接捕食与风险影响之间的关系,《生态进化趋势》23(4):194-2012008。
[22] Candolin,U,《捕食风险下的繁殖以及三棵松针背树当前和未来繁殖之间的权衡》,Proc R Soc Lond Biol265(1402):1171-11751998年。
[23] Zanette,LY,White,AF,Allen,MC,Clinchy,M,感知捕食风险降低了鸣禽每年产生的后代数量,科学334:1398-14012011。
[24] Wang,X,Zanette,LY,Zou,X,《捕食者-食饵相互作用中恐惧效应的建模》,《数学生物学杂志》73:1179-12042016年·Zbl 1358.34058号
[25] Pal,S,Majhi,S,Mandal,S、Pal,N,恐惧在具有Beddington-DeAngelis功能反应的捕食者-食饵模型中的作用,Z Naturforsch A74(7):581-5952019。
[26] Panday,P,Pal,N,Samanta,S,Chattopadhyay,J,带恐惧的三种群食物链模型的稳定性和分岔分析,国际分叉混沌28(1):18500092018·Zbl 1386.34093号
[27] Biswas,S,Tiwari,PK,Pal,S,具有恐惧效应和捕食者切换的季节强迫生态流行病模型中的延迟诱导混沌及其可能控制,非线性Dyn104(3):2901-2930,2021。
[28] Spencer,PD,Collie,JS,包含替代猎物的被开发海洋鱼类种群的简单捕食者-食饵模型,ICES J Mar Sci53:615-6281995。
[29] Huang,DW,Wang,HL,Feng,JF,Zhu,ZW,用随机动力学模拟有害藻类水华(HAB)中的藻类密度,应用数学模型32:1318-13262008·Zbl 1191.34063号
[30] Srinivasu,PDN,Prasad,BSRV,捕食者额外食物量在捕食者-食饵系统中的控制作用,与害虫管理和生物保护相关,公牛数学生物学73:2249-22762011·Zbl 1334.92369号
[31] Sk,N,Tiwari,PK,Kang,Y,Pal,S,捕食系统中恐惧、避难和额外食物交互作用的非自治模型,生物系统杂志29(1):107-1452021·Zbl 1469.92096号
[32] Maity,SS,Tiwari,PK,Pal,S,恐惧、额外食物和选择性捕食联合效应的生态流行病季节强迫模型,生物系统杂志30(2):285-3212022·Zbl 1493.92055号
[33] Chakraborty,S,《空间扩展捕食系统中广义捕食者的影响》,Ecol Complex23:50-601015。
[34] Chakraborty,S,Tiwari,PK,Misra,AK,Chattopahyay,J,营养浮游植物系统对浮游植物的毒性影响的空间动力学,数学生物科学264:94-1002015·Zbl 1371.92133号
[35] 图灵,AM,《形态发生的化学基础》,Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci237:37-721952·Zbl 1403.92034号
[36] Guin,LN,Chakravarty,S,Mandal,PK,包含猎物避难所的反应扩散系统中空间模式的存在,非线性分析模型控制20(4):509-5272015·兹比尔1416.92137
[37] Kumar,D,Chakrabarty,SP,《扩散捕食者-食饵模型的额外食物诱导图灵模式》,国际应用计算数学3:165-1832017年·Zbl 1392.35319号
[38] Chakraborty,Set al.,扩散捕食者-食饵系统中捕食者避难所和额外食物的交互作用,应用数学模型47:128-1402017·Zbl 1446.92007号
[39] Upadhyay,RK,Mishra,S,时空捕食者-食饵系统中可怕猎物的种群动态后果,Math Biosci Eng16(1):338-3722019·Zbl 1500.92097号
[40] Tiwari,V,Tripathi,JP,Mishra,S,Upadhyay,RK,《相互干扰的捕食-食饵系统中非平衡模式的恐惧效应和稳定性建模》,应用数学计算371:1249482020年·Zbl 1433.92042号
[41] Lafferty,KD,《捕食被寄生虫修饰的猎物》,美国国家140:854-8671992年。
[42] van den Driessche,P,Watmough,J,疾病传播分区模型的生殖数和亚阈值地方病平衡,数学生物科学180:29-482002·Zbl 1015.92036号
[43] Shuai,Z,Van den Driessche,P,使用Lyapunov函数的传染病模型的全局稳定性,SIAM J Appl Math73(4):1513-15322013·兹比尔1308.34072
[44] Hassard,BD,Kazarinoff,ND,Wan,YH,霍普夫分岔理论与应用,大学出版社,剑桥,1981年·Zbl 0474.34002号
[45] Mandal,A,Tiwari,PK,Samanta,S,Venturino,E,Pal,S,环境毒素对浮游生物动力学影响的非自主模型,非线性Dyn99:3373-34052020·Zbl 1434.37051号
[46] Misra,AK,Singh,RK,Tiwari,PK,Khajanchi,S,Kang,Y,海藻开花动力学:预算分配和时间延迟的影响,非线性Dyn100:1779-18072020·Zbl 1459.92161号
[47] Kuznetsov,YA,《连续时间动力系统中的其他单参数分岔》,收录于《应用分岔理论的要素》,Springer,纽约,第249-2942004页。
[48] Mondal,B,Roy,S,Ghosh,U,Tiwari,PK,《恐惧、避难、合作和收获联合效应的自主和非自主捕食者-食饵模型的系统研究》,《欧洲物理杂志》137:7242022。
[49] Dhooge,A,Govaerts,W,Kuznetsov,YA,Meijer,HGE,Sautois,B,动力系统分岔分析软件MATCONT的新特性,数学计算模型动态系统14:147-1752008·Zbl 1158.34302号
[50] 黑斯廷斯,A,鲍威尔,T,三种食物链中的混沌,生态学72(3):896-9031991。
[51] Guckenheimer,J,Holmes,P,《非线性振荡、动力系统和向量场分岔》,第42卷,施普林格科学与商业媒体,2013年。
[52] Medvinsky,AB,Petrovskii,SV,Tikhonova,IA,Malchow,H,Li,BL,浮游生物和鱼类动力学的时空复杂性,SIAM Rev44(3):311-3702002·Zbl 1001.92050
[53] Garvie,MR,在MATLAB中模拟捕食者-食饵相互作用的反应扩散方程的有限差分格式,公牛数学生物学69(3):931-9562007·Zbl 1298.92081号
[54] Wang,W,Zhang,L,Wang,H,Li,Z,具有Ivlev型功能反应的捕食者-食饵系统的模式形成,生态模型221(2):131-1402010。
[55] Kumari,S,Upadhyay,RK,Kumar,P,Rai,V,海洋物种丰度的动力学和模式:数学模型研究,非线性分析现实世界应用60:1033032021·Zbl 1464.35368号
[56] Abate,A,Tiwari,A,Sastry,S,生物激励动力系统中的盒不变性,Automatica45(7):1601-16102009·Zbl 1197.34088号
[57] Lakshmikantham,V,Leela,S,Martynyuk,AA,非线性系统的稳定性分析,瑞士施普林格,1989年·Zbl 0676.34003号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。