×

在具有高捕食群体凝聚力的捕食者-食饵系统中,环境随机性的变化显著影响生存能力和灭绝时间。 (英语) Zbl 1530.92295号

小结:了解临界点是如何产生的,对于人口保护和生态系统稳定性至关重要。这项工作评估了环境随机性对受Allee效应和Holling IV型功能反应影响的捕食者-食饵系统中临界点出现的影响,模拟了一个捕食者具有高群体凝聚力的环境。我们分析了随机性与模型中捕食者和被捕食者种群在不同稳态之间移动的概率和时间之间的关系。我们评估了每个物种不同种群值的灭绝安全性,并相应地为这些种群值指定了灭绝警告级别。我们的分析表明,环境随机性对倾翻现象的影响取决于情景,但遵循一些可解释的趋势。当一个或两个物种灭绝时,倾向于稳定状态的概率通常随噪声强度单调增加,而倾向于更有利的稳定状态(更多物种存活)的概率通常在中等噪声强度时达到峰值。对于两种平衡之间的倾翻,其中一种物种在一种平衡中面临灭绝风险,而另一种则没有,影响该物种的噪声对倾翻概率的影响大于影响其他物种的噪声。捕食者种群中的噪音有助于更快地达到灭绝平衡,而猎物噪音反而会减缓灭绝。由于噪声引起的初始种群值的警告水平变化在景点流域边界附近最为明显,但足够大的噪声(尤其是捕食者种群)可能会改变远离这些边界的风险。我们的模型为保护种群多样性提供了重要的理论见解:可以根据我们的结果制定管理标准和预警信号,以使种群远离破坏性临界阈值。

理学硕士:

92天40分 生态学
92D25型 人口动态(一般)
60华氏30 随机分析的应用(PDE等)
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Vanselow,A。;Wieczorek,S。;Feudel,U.,当捕食者-食饵系统的崩溃速度太慢时。J.理论。生物学,64-72(2019)
[2] 伯里,T.M。;苏吉思(Sujith,R.)。;巴维思兰,I。;谢弗,M。;Lenton,T.M。;阿南德,M。;Bauch,C.T.,引爆点预警信号的深度学习。程序。国家。阿卡德。科学。,39 (2021)
[3] Ims,R.A。;亨登,J.-A。;Killengen,S.T.,人口周期崩溃。经济趋势。演变。,2, 79-86 (2008)
[4] 戴,L。;Vorselen,D。;Korolev,K.S。;Gore,J.,《导致人口崩溃的临界点前恢复力丧失的通用指标》。《科学》,60851175-1177(2012)
[5] Drake,J.M。;Griffen,B.D.,《环境恶化中物种灭绝的早期预警信号》。《自然》,7314,456-459(2010)
[6] Boettiger,C。;黑斯廷斯,A.,《早期预警信号与检察官的谬论》。程序。R.Soc.B,1748,4734-4739(2012)
[7] 黑斯廷斯,A.,《时间尺度与生态系统管理》。程序。国家。阿卡德。科学。,51, 14568-14573 (2016)
[8] 江,J。;黑斯廷斯,A。;Lai,Y.C.,《利用复杂生态网络中的临界点》。J.R.Soc.接口,158(2019)
[9] 江,J。;黄,Z.-G。;Seager,T.P。;Lin,W。;格雷博吉,C。;黑斯廷斯,A。;Lai,Y.-C.,通过降维预测互惠网络的临界点。程序。国家。阿卡德。科学。,4,E639-E647(2018)·Zbl 1416.92180号
[10] 杠杆,J.J。;van Nes,E.H。;谢弗,M。;Bascompte,J.,传粉昆虫群落的突然崩溃。经济。莱特。,3, 350-359 (2014)
[11] Tylianakis,J.M。;库克斯,C.,《生态网络的引爆点》。植物科学趋势。,5, 281-283 (2014)
[12] Klose,A.K。;卡勒,V。;温克尔曼,R。;Donges,J.F.,《生态与气候相互作用临界要素中级联动力学的出现》。R.Soc.开放科学。,6 (2020)
[13] 奥基夫,体育。;Wieczorek,S.,《生态系统中的倾翻现象和无回报点:超越经典分岔》。SIAM J.应用。动态。系统。,4, 2371-2402 (2020) ·Zbl 1467.37091号
[14] Wilkat,T。;环,T。;Lehnertz,K.,没有证据表明人类癫痫发作之前出现严重减慢。混沌,9(2019)
[15] 缪勒,P.M。;海茨格,J。;Kurths,J。;Lüdge,K。;Wiedermann,M.,《预期引发的社会小费:社会动态能稳定环境吗?》?。欧洲物理学。J.规格顶部。,16, 3189-3199 (2021)
[16] Vanselow,A。;Halekotte,L。;美国费代尔(Feudel)称,进化救援可以防止利率引发的小费。理论。经济。,1, 29-50 (2022)
[17] 基尔斯,C。;Jones,C.K.,《多维动力系统中速率诱导倾翻的条件》。J.发电机。微分方程,1483-503(2020)·兹比尔1472.37029
[18] Arumugam,R。;Chandrasekar,V。;Senthilkumar,D.,Rate-induced tipping and政权转移在空间生态系统中。欧洲物理学。J.规格顶部。,16221-3227(2021)
[19] Benzi,R。;Sutera,A。;Vulpini,A.,《随机共振机制》。《物理学杂志》。A: 数学。Gen.,11,453-457(1981)
[20] 迪特列夫森,P.D。;Johnsen,S.J.,《提示:早期预警和一厢情愿的想法》。地球物理学。Res.Lett.公司。,2010年9月19日
[21] Mallela,A。;Hastings,A.,《噪声诱导临界点级联中随机性的作用:主方程方法》。牛市。数学。生物学,5,1-20(2021)·Zbl 1466.92152号
[22] Alkhayuon,H。;泰森,R.C。;Wieczorek,S.,《阶段转折:循环生态系统如何应对当代气候》。程序。R.Soc.伦敦。序列号。数学。物理学。工程科学。,2254 (2021)
[23] Alkhayuon,H.M。;Ashwin,P.,《周期吸引子的Rate诱导倾翻:部分倾翻和连接轨道》。混沌,3(2018)·Zbl 1392.37026号
[24] 兰德,R。;Engen,S。;Saether,B.-E.,《生态学和保护中的随机种群动态》(2003),牛津大学出版社:牛津大学出版社,纽约
[25] 孟,Y。;赖,Y.-C。;Grebogi,C.,生态网络中的临界点和噪声诱导瞬变。J.R.Soc.接口,171(2020)
[26] Ryashko,L.,Higgins糖酵解模型中噪声诱导振荡多稳态的敏感性分析。混沌,3(2018)
[27] 特伯格,J。;洛佩兹,L。;努涅斯,P。;Rao,M。;沙哈布丁,G。;Orihuela,G。;里韦罗斯,M。;阿斯卡尼奥,R。;阿德勒,G.H。;兰伯特,T.D。;Balbas,L.,《无捕食者森林碎片中的生态崩溃》。科学,55481923-1926(2001)
[28] 辛克莱,A。;马杜马,S。;Brashares,J.S.,《不同捕食者-食饵系统中的捕食模式》。《自然》,6955288-290(2003)
[29] 张,B。;翟,L。;宾茨,J。;Lenhart,S.M。;瓦列加·麦肯齐,W。;Van Dyken,J.D.,《两批次系统中分散种群的最优控制策略:实验和理论观点》。J.理论。生物(2021)·Zbl 1470.92391号
[30] Sieber,M。;Hilker,F.M.,捕食者-食饵模型中的水螅效应。数学杂志。生物学,1341-360(2012)·Zbl 1284.92095号
[31] Lotka,A.J.,《物理生物学要素》(1925),威廉姆斯和威尔金斯:威廉姆斯和维尔金斯,马里兰州巴尔的摩
[32] Volterra,V.,Variazioni e Fluttuazioni del Numero d'Individui in Specie Animali Conviventi(1927年),《意大利回忆录》(Memorie del R.Comitato Talassografico Italiano):《意大利回想录》。CXXXI公司
[33] Costa,M。;Hauzy,C。;北卡罗来纳州Loeuille。;Méléard,S.,捕食者群落的随机生态进化模型。数学杂志。生物学,3573-622(2016)·Zbl 1335.60159号
[34] 潘迪,P。;北卡罗来纳州帕尔。;萨曼塔,S。;Tryjanowski,P。;Chattopadhyay,J.,阶段结构捕食者-食饵模型的动力学:恐惧诱导的群体防御的成本和收益。J.理论。生物(2021)·赞比亚比索1470.92255
[35] Tao,Y。;Ren,J.,具有时空时滞的齐次扩散捕食者-食饵系统的稳定性和分岔。离散连续。动态。系统。序列号。B、 1229(2022)·Zbl 1480.35021号
[36] 斯里尼瓦苏,P。;Prasad,B.,捕食者额外食物量在捕食者-猎物系统中的控制作用,与害虫管理和生物保护有关。牛市。数学。生物,102249-2276(2011)·Zbl 1334.92369号
[37] 肖,D。;Jennings,L.S.,具有恒定收获率的比率依赖型捕食者-食饵系统的分歧。SIAM J.应用。数学。,3, 737-753 (2005) ·兹比尔1094.34024
[38] Yokoi,H。;Tainaka,K.-i。;Sato,K.,捕食系统的元种群模型:由于斑块的有限容量而导致的非线性迁移。J.理论。生物,24-35(2019)·Zbl 1416.92146号
[39] 斯皮克,B。;Gouhier,T.C。;Guichard,F.,珊瑚礁元生态系统中空间补贴和储备网络之间的相互反馈。经济。申请。,1, 264-278 (2016)
[40] Tao,Y。;坎贝尔,S.A。;Poulin,F.J.,具有时空延迟的营养-浮游植物-浮游植物扩散模型动力学。SIAM J.应用。数学。,6, 2405-2432 (2021) ·Zbl 1483.35292号
[41] Dondè,T.,带有病态捕食者的捕食模型的一致持久性。数学杂志。生物学,41077-1093(2020)·Zbl 1437.37118号
[42] 加斯科因,J.C。;Liptius,R.N.,捕食驱动的Allee效应。J.应用。经济。,5, 801-810 (2004)
[43] 克莱默,A.M。;丹尼斯,B。;利勃霍尔德,A.M。;Drake,J.M.,Allee效应的证据。大众。经济。,3, 341-354 (2009)
[44] 安古洛,E。;卢克,G.M。;格雷戈里,S.D。;温泽尔,J.W。;Bessa-Gomes,C。;贝雷克,L。;Courchamp,F.,《社会物种中的Allee效应》。J.阿尼姆。经济。,1, 47-58 (2018)
[45] 库尚,F。;Macdonald,D.W.,《非洲野狗Lycaon pictus种群大小的关键重要性》。动物保护局。,169-174 (2001)
[46] 纳格尔,R。;斯坦菲尔德,C。;福克斯·克拉克,C。;托斯卡尼,C。;Forcada,J。;Hoffman,J.I.,《毛皮海豹种群减少中Allee效应的证据》。程序。R.Soc.B,1947(2021)
[47] 哈克尼,E.E。;McGraw,J.B.,美国人参中Allee效应的实验证明。保护。生物学,1129-136(2001)
[48] Davis,H.G。;泰勒,C.M。;Lambrinos,J.G。;Strong,D.R.,花粉限制导致风媒入侵草(互花米草)的Allee效应。程序。国家。阿卡德。科学。,38, 13804-13807 (2004)
[49] Dennis,B.,Allee效应:人口增长、临界密度和灭绝概率。自然资源。型号。,4, 481-538 (1989) ·Zbl 0850.92062号
[50] Bessa-Gomes,C。;Legendre,S。;Clobert,J.,Allee效应,交配系统和两性种群的灭绝风险。经济。莱特。,9, 802-812 (2004)
[51] 泰勒,C.M。;Hastings,A.,《生物入侵中的Allee效应》。经济。莱特。,8, 895-908 (2005)
[52] 库尚,F。;安古洛,E。;Rivalan,P。;霍尔,R.J。;Signoret,L。;公牛,L。;Meinard,Y.,《稀少值与物种灭绝:人为Allee效应》。公共科学图书馆生物学。,12 (2006)
[53] 约翰逊,W.E。;Onorato,D.P。;Roelke,M.E。;土地,E.D。;坎宁安,M。;R.C.贝尔登。;麦克布赖德,R。;Jansen,D。;洛茨,M。;Shindle,D.,佛罗里达豹的基因修复。《科学》,59991641-1645(2010)
[54] 阿尔维斯,M.T。;Hilker,F.M.,《捕食者的狩猎合作和Allee效应》。J.理论。生物学,13-22(2017)·Zbl 1370.92151号
[55] 范,M。;吴,P。;Z.Feng。;Swihart,R.K.,具有Allee效应的捕食者-食饵集合种群动力学。牛市。数学。生物学,81727-1748(2016)·Zbl 1352.92123号
[56] 麦克莱伦,B.N。;Serrouya,R。;Wittmer,H.U。;Boutin,S.,捕食者介导的多色系统中的Allee效应。生态学,1286-292(2010)
[57] Terry,A.J.,捕食者繁殖的具有成分Allee效应的捕食-被捕食模型。数学杂志。生物学,61325-1352(2015)·Zbl 1330.34078号
[58] Wang,J。;史J。;Wei,J.,猎物中具有强烈Allee效应的捕食者-猎物系统。数学杂志。生物学,3291-331(2011)·Zbl 1232.92076号
[59] González-Olivares,E。;Rojas-Palma,A.,具有Holling III型功能性反应和Allee效应的Gause型捕食者-食饵模型中的多重极限环。牛市。数学。生物学,61378-1397(2011)·Zbl 1215.92061号
[60] 弗里德曼,H.I。;Wolkowicz,G.S.,《具有群体防御的捕食者-被捕食系统:重新审视致富悖论》。牛市。数学。《生物学》,5-6493-508(1986)·Zbl 0612.92017号
[61] Collings,J.B.,功能反应对螨-捕食者-食饵相互作用模型分叉行为的影响。数学杂志。生物学,2149-168(1997)·Zbl 0890.92021号
[62] 黄,J.-c。;Xiao,D.-m.,具有Holling-IV型功能性反应的捕食-被捕食系统的分支和稳定性分析。数学学报。申请。罪。,167-178(2004年)·Zbl 1062.92070号
[63] 刘,X。;Huang,Q.,具有Holling IV型功能反应的捕食者-食饵模型的最优收获分析。经济。复杂。(2020)
[64] Caro,T.,《鸟类和哺乳动物的反捕食防御》(2005),芝加哥大学出版社
[65] Líznarová,E。;Pekár,S.,危险的猎物与蜘蛛的4型功能反应有关。阿尼姆。行为。,6, 1183-1190 (2013)
[66] Heuermann,N。;van Langevelde,F。;van Wieren,S.E。;Prins,H.H.,在高大草场中加大搜索和处理力度,导致小型食草动物出现IV型功能反应。Oecologia,3659-669(2011)
[67] Wolkowicz,G.,涉及群体防御的捕食者-食饵系统的分歧分析。SIAM J.应用。数学。,3, 592-606 (1988) ·Zbl 0657.92015号
[68] 肖,D。;Ruan,S.,具有非单调功能反应的捕食者-食饵系统的全局分析。SIAM J.应用。数学。,4, 1445-1472 (2001) ·Zbl 0986.34045号
[69] 科恩克,M.C。;西克曼,I。;塞诺,H。;Malchow,H.,捕食者-食饵模型中不同形状的IV型功能反应。J.理论。生物(2020)·Zbl 1455.92124号
[70] Gause,G.,《生存的斗争》(The Struggle for Existence,1934),威廉姆斯和威尔金斯出版社:马里兰州巴尔的摩威廉姆斯和维尔金斯出版社
[71] 艾利,W。;Bowen,E.S.,《动物聚集研究:金鱼对胶体银的大规模保护》。J.Exp.动物园。,2, 185-207 (1932)
[72] Fathipour,Y。;Maleknia,B.,螨虫捕食者,329-366
[73] 科恩·阿隆索,M。;Yodzis,P.,《处理营养动力学模型中的模型不确定性:巴塔哥尼亚示例》,381-394
[74] Holling,C.S.,《欧洲松叶蜂小型哺乳动物捕食研究揭示的捕食成分》1。加拿大。昆虫学。,5, 293-320 (1959)
[75] Holling,C.S.,《昆虫捕食原理》。昆虫年鉴。,1, 163-182 (1961)
[76] 阿尔西,A。;科特戈达,C。;Shan,C.,猎物中具有广义Holling IV型功能反应和Allee效应的捕食者-食饵系统。《微分方程杂志》,704-740(2022)·Zbl 1485.34131号
[77] Sau,A.等人。;萨哈,B。;Bhattacharya,S.,《鲱鱼捕捞和灭绝风险的扩展随机Allee模型》。J.理论。生物(2020)·Zbl 1453.92261号
[78] Videla,L.,一些Lévy驱动的Lotka-Volterra系统的强随机持久性。数学杂志。生物学,3,1-44(2022)·Zbl 1483.60098号
[79] 海宁,A。;Nguyen,D.H。;Yin,G.,空间异质环境中的随机人口增长:密度相关情况。数学杂志。生物学,697-754(2018)·Zbl 1392.92076号
[80] 汤普森,J.M.T。;Sieber,J.,《预测气候变化作为一种噪音分歧:综述》。国际分叉混沌杂志,02399-423(2011)·Zbl 1210.86007号
[81] Higham,D.J.,随机微分方程数值模拟算法介绍。SIAM版本,3525-546(2001)·Zbl 0979.65007号
[82] Saad-Roy,C.M。;新南威尔士州温格林。;莱文,S.A。;Grenfell,B.T.,初始无症状感染阶段演变的简单进化流行病学模型动力学。程序。国家。阿卡德。科学。,21, 11541-11550 (2020) ·Zbl 1485.92150号
[83] 张,X。;Shan,C。;Z.Jin。;Zhu,H.,自适应网络上流行病模型的复杂动力学。《微分方程》,1803-832(2019)·Zbl 1410.35259号
[84] 王,A。;Xiao,Y。;Smith,R.,具有医疗资源约束的非光滑流行病模型中的多重平衡。牛市。数学。生物学,4963-994(2019)·Zbl 1415.92198号
[85] Kang,Y。;Theraulaz,G.,社会昆虫群落中任务组织的动力学模型。牛市。数学。生物学,5,879-915(2016)·Zbl 1348.92172号
[86] O.乌迪亚尼。;北卡罗来纳州平特·沃尔曼。;Kang,Y.,使用基于交互的后向分叉模型确定蚁群集体觅食调节的稳健性。J.理论。生物学,61-75(2015)·Zbl 1412.92319号
[87] 冯·T。;邱,Z。;Kang,Y.,社会昆虫群落的招募动态。SIAM J.应用。数学。,4, 1579-1599 (2021) ·1470.92400兹罗提
[88] 彼得罗夫斯基公司。;Malchow,H。;希尔克,F.M。;Venturino,E.,生物入侵和生物控制的确定性和随机模型中的斑块扩散模式。生物入侵,5771-793(2005)
[89] 海宁,A。;Li,Y.,持久生态系统的平稳分布。数学杂志。生物,7,1-53(2021)·Zbl 1467.92241号
[90] 海宁,A。;Nguyen,D.H。;Chesson,P.,随机生态群落共存与灭绝的一般理论。数学杂志。生物学,6,1-76(2021)·Zbl 1466.92226号
[91] 李,D。;Liu,S.,具有半马尔可夫切换的SIRS流行病模型的阈值动力学和遍历性。《微分方程》,73973-4017(2019)·Zbl 1442.92170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。