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害鼠不育控制的建模與研究 版權信息
- ISBN：9787030657374
- 條形碼：9787030657374 ; 978-7-03-065737-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
害鼠不育控制的建模與研究 內容簡介
不育控制是控制害鼠的一種新方法，本書涵蓋了國內外害鼠不育控制模型研究的主要研究成果，共分為七章。章介紹了在建立動態模型時要用到的鼠類生物學特征、種群結構、種間關系、鼠類的作用與危害、控制方法等。第二章介紹的是不育控制機理，以及室內、野外實驗研究進展。第三章介紹了一些簡單的動態模型，它們是建立動態模型的基礎。第四章是不育控制下的單種群模型，其中考慮非自傳播或自傳播不育控制，不具有種群結構，或具有性別結構、年齡結構、季節動態等。第五章是不育劑控制下的多種群模型，其中有一個被不育控制的害鼠種群，還有另一個種群，另一個種群或為害鼠的捕食者、或為害鼠的食餌、或與害鼠競爭、或受益于害鼠等。第六章為具有尺度結構的很優不育控制模型，包含線性模型、非線性模型、非線性周期模型等。第七章是不育控制的模擬模型，有差分方程模型、Leslie模型、元胞自動機模型等。
害鼠不育控制的建模與研究 目錄
目錄
《生物數學叢書》序
前言
第1章 害鼠及其控制方法 1
1.1 鼠類 1
1.1.1 鼠類的組成 1
1.1.2 鼠類的擴散 1
1.1.3 鼠類的繁殖 2
1.1.4 冬眠與夏眠 5
1.2 種群 5
1.2.1 種群的定義 5
1.2.2 性別結構和年齡結構 6
1.2.3 種群的時間動態 7
1.2.4 種群的空間分布 9
1.3 種間關系 10
1.4 鼠類的作用 11
1.5 鼠害 13
1.6 鼠害防治措施 14
第2章 不育控制 17
2.1 不育控制機理 17
2.2 不育劑室內藥效實驗 19
2.3 野外控制實驗 21
2.4 動態模型研究 23
第3章 一般種群動態模型 24
3.1 Malthus模型 24
3.2 Logistic模型 24
3.3 一般的單種群模型 25
3.4 具有年齡結構的單種群模型 27
3.5 具有性別結構的單種群模型 29
3.6 具有季節動態的單種群模型 29
3.7 具有時滯的單種群模型 31
3.8 具有脈沖效應的單種群模型 32
3.9 集合種群——Levins模型 33
3.10 元胞自動機模型 33
3.11 Lotak-Volterra模型 35
3.12 Holling功能反應函數 36
第4章 不育控制的單種群模型 38
4.1 無種群結構的非自傳播不育控制 38
4.1.1 常微分方程模型 38
4.1.2 差分方程模型 41
4.1.3 脈沖微分方程模型 45
4.1.4 隨機微分方程模型 51
4.1.5 反饋控制模型 54
4.2 具有性別結構的非自傳播不育控制 63
4.2.1 只對雌性進行不育控制 63
4.2.2 對兩性進行不育控制 68
4.3 具有階段結構的非自傳播不育控制 72
4.4 具有季節動態的非自傳播不育控制 74
4.5 無種群結構的自傳播不育控制 83
4.5.1 具有雙線性發生率的模型 83
4.5.2 具有標準發生率的模型 87
4.5.3 其他自傳播不育控制模型 89
4.6 具有性別結構的自傳播不育控制 90
4.6.1 具有雙線性發生率的模型 90
4.6.2 具有標準發生率的模型 94
4.7 具有年齡結構的自傳播不育控制 95
第5章 不育控制的多種群模型 98
5.1 對食餌進行非自傳播不育控制的捕食模型 98
5.1.1 常微分方程模型 98
5.1.2 脈沖微分方程模型 101
5.2 非自傳播不育控制下的競爭模型 103
5.3 自傳播不育控制下的競爭模型 104
5.4 自傳播不育控制下的捕食模型 105
5.4.1 常微分方程模型 105
5.4.2 脈沖微分方程模型 106
第6章 具有尺度結構的*優控制模型 114
6.1 周期環境中具有尺度結構的*優不育控制 114
6.1.1 模型的適定性 115
6.1.2 *優控制的存在性 118
6.1.3 一階 Euler-Lagrange條件 120
6.2 具有尺度結構的非自傳播不育控制 124
6.2.1 模型的適定性 125
6.2.2 *優控制的存在性 128
6.2.3 *優性條件 131
6.3 具有尺度結構和可分離死亡率的*優不育控制 133
6.3.1 分離形式解 135
6.3.2 *優控制的存在性 140
6.3.3 *優性條件 144
6.4 周期環境中捕食者具有尺度結構的食物鏈模型 147
6.4.1 狀態系統的適定性 149
6.4.2 解的連續依賴性 155
6.4.3 共軛系統 157
6.4.4 *優性條件 161
6.4.5 *優策略的存在唯一性 163
第7章 不育控制動態模擬模型 167
7.1 差分方程模型 167
7.2 Leslie模型 174
7.3 元胞自動機模型 178
7.3.1 模型的建立 178
7.3.2 模擬非自傳播不育控制 181
7.3.3 模擬自傳播不育控制 184
7.3.4 滅殺控制與不育控制的比較 186
參考文獻 188
《生物數學叢書》已出版書目 203
《生物數學叢書》序
前言
第1章 害鼠及其控制方法 1
1.1 鼠類 1
1.1.1 鼠類的組成 1
1.1.2 鼠類的擴散 1
1.1.3 鼠類的繁殖 2
1.1.4 冬眠與夏眠 5
1.2 種群 5
1.2.1 種群的定義 5
1.2.2 性別結構和年齡結構 6
1.2.3 種群的時間動態 7
1.2.4 種群的空間分布 9
1.3 種間關系 10
1.4 鼠類的作用 11
1.5 鼠害 13
1.6 鼠害防治措施 14
第2章 不育控制 17
2.1 不育控制機理 17
2.2 不育劑室內藥效實驗 19
2.3 野外控制實驗 21
2.4 動態模型研究 23
第3章 一般種群動態模型 24
3.1 Malthus模型 24
3.2 Logistic模型 24
3.3 一般的單種群模型 25
3.4 具有年齡結構的單種群模型 27
3.5 具有性別結構的單種群模型 29
3.6 具有季節動態的單種群模型 29
3.7 具有時滯的單種群模型 31
3.8 具有脈沖效應的單種群模型 32
3.9 集合種群——Levins模型 33
3.10 元胞自動機模型 33
3.11 Lotak-Volterra模型 35
3.12 Holling功能反應函數 36
第4章 不育控制的單種群模型 38
4.1 無種群結構的非自傳播不育控制 38
4.1.1 常微分方程模型 38
4.1.2 差分方程模型 41
4.1.3 脈沖微分方程模型 45
4.1.4 隨機微分方程模型 51
4.1.5 反饋控制模型 54
4.2 具有性別結構的非自傳播不育控制 63
4.2.1 只對雌性進行不育控制 63
4.2.2 對兩性進行不育控制 68
4.3 具有階段結構的非自傳播不育控制 72
4.4 具有季節動態的非自傳播不育控制 74
4.5 無種群結構的自傳播不育控制 83
4.5.1 具有雙線性發生率的模型 83
4.5.2 具有標準發生率的模型 87
4.5.3 其他自傳播不育控制模型 89
4.6 具有性別結構的自傳播不育控制 90
4.6.1 具有雙線性發生率的模型 90
4.6.2 具有標準發生率的模型 94
4.7 具有年齡結構的自傳播不育控制 95
第5章 不育控制的多種群模型 98
5.1 對食餌進行非自傳播不育控制的捕食模型 98
5.1.1 常微分方程模型 98
5.1.2 脈沖微分方程模型 101
5.2 非自傳播不育控制下的競爭模型 103
5.3 自傳播不育控制下的競爭模型 104
5.4 自傳播不育控制下的捕食模型 105
5.4.1 常微分方程模型 105
5.4.2 脈沖微分方程模型 106
第6章 具有尺度結構的*優控制模型 114
6.1 周期環境中具有尺度結構的*優不育控制 114
6.1.1 模型的適定性 115
6.1.2 *優控制的存在性 118
6.1.3 一階 Euler-Lagrange條件 120
6.2 具有尺度結構的非自傳播不育控制 124
6.2.1 模型的適定性 125
6.2.2 *優控制的存在性 128
6.2.3 *優性條件 131
6.3 具有尺度結構和可分離死亡率的*優不育控制 133
6.3.1 分離形式解 135
6.3.2 *優控制的存在性 140
6.3.3 *優性條件 144
6.4 周期環境中捕食者具有尺度結構的食物鏈模型 147
6.4.1 狀態系統的適定性 149
6.4.2 解的連續依賴性 155
6.4.3 共軛系統 157
6.4.4 *優性條件 161
6.4.5 *優策略的存在唯一性 163
第7章 不育控制動態模擬模型 167
7.1 差分方程模型 167
7.2 Leslie模型 174
7.3 元胞自動機模型 178
7.3.1 模型的建立 178
7.3.2 模擬非自傳播不育控制 181
7.3.3 模擬自傳播不育控制 184
7.3.4 滅殺控制與不育控制的比較 186
參考文獻 188
《生物數學叢書》已出版書目 203
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害鼠不育控制的建模與研究 節選
第1章 害鼠及其控制方法 1.1 鼠類 1.1.1 鼠類的組成 嚙齒動物，通常稱為鼠類，包括嚙齒目、食蟲目、食肉目的鼬科、兔形目的鼠兔科、靈長目的樹鼩(夏武平，1996)，隸屬于脊索動物門，脊椎動物亞門，哺乳綱，它們在某些生理結構和生態習性上非常相似. 全世界有5000多種哺乳動物，其中嚙齒動物占40％以上，對人類危害從大到小依次為黑家鼠、褐家鼠、小家鼠、緬鼠、北美灰松鼠、加州黃鼠、南非乳鼠、稻田家鼠、孟加拉板齒鼠、平齒囊鼠、河貍鼠、草原暮鼠、山河貍、印度板齒鼠、黑尾草原犬鼠等(郭天宇等，2015). 我國地域廣闊，地形復雜，氣候多變，害鼠種類繁多.主要害鼠有褐家鼠、小家鼠、黃毛鼠、板齒鼠、大足鼠、黃胸鼠、中華姬鼠、黑線姬鼠、大倉鼠、黑線倉鼠、長尾倉鼠、長爪沙鼠、子午沙鼠、東北鼢鼠、中華鼢鼠、東方田鼠、棕色田鼠、達烏爾黃鼠、五趾跳鼠、社鼠、巢鼠、針毛鼠、白腹巨鼠、淡腹松鼠、長吻松鼠、巖松鼠、豹鼠、花鼠、大林姬鼠、青毛鼠、高山鼠兔、大沙鼠、三趾跳鼠、達烏爾鼠兔、西南絨鼠、中華竹鼠、大竹鼠、銀星竹鼠、莫氏田鼠、狹顱田鼠、根田鼠、鼴形田鼠、黑腹絨鼠、中華絨鼠、草原鼢鼠、羅氏鼢鼠、西藏鼠兔、布氏田鼠、高原鼠兔、黃兔尾鼠、高原鼢鼠、棕背、赤頰黃鼠等(馬勇，1986;鐘文勤等，1986;楊春文，1991;王華弟，1997;黃秀清和馮志勇，2001). 1.1.2 鼠類的擴散 擴散是指生物個體或繁殖體從一個生境轉移到另一個生境中，這是幾乎所有生物生活史的一個基本特征，影響著個體的存活、生長、繁殖，物種的維持、進化、地理分布等.生物可能生活在均一的環境中，這時擴散在空間上是連續進行的;但是由于棲息地的破碎化，往往不是周圍環境都適合生物生存，適宜棲息地成斑塊分布，這時擴散是在斑塊間進行的.擴散有三種類型：分離出去而不再回來的單方向移動稱為遷出，進入的單方向移動稱為遷入，周期性的離開和返回稱為遷移.在鼠類中，擴散也是一種常見現象.不同鼠類處在不同的生物和非生物環境中，有不同的生活史對策，引起擴散的原因也多種多樣. 密度制約與非密度制約擴散當密度增加或食物減少時更傾向于擴散，這樣的擴散是密度制約的;競爭者、寄生者、捕食者的存在會降低棲息地的適宜性，導致擴散，這樣的擴散與密度有一定關系;避免近親交配的擴散是非密度制約的. 偏性別擴散如果雌性和雄性之間存在不對稱競爭，或者在不同地點獲得配偶的數量不同，擴散都會受性比影響;為了避免近親交配，某一性別的個體在成熟前要遷出.這些情況下的擴散是偏性別的，只有一個性別的個體進行擴散，或者兩個性別的個體都進行擴散，但擴散率不同. 偏年齡擴散只有特定年齡的個體進行擴散，或不同年齡的個體擴散率不同.避免近親交配的擴散都發生在個體成熟前，尋找配偶的擴散都發生在成體.季節性擴散由于食物條件、棲息環境、配偶需求等的季節性變化，有些鼠類的擴散具有季節性. 中國科學院海北高寒草甸生態系統研究站的根田鼠(邊疆暉，2005)、饒陽的大倉鼠(王淑卿等，1996)、美國的貝氏黃鼠(Mateo and Johnston，2000)表現出相同的擴散模式.對雌性，食物和空間競爭是引起擴散的主要因子，擴散是密度制約的;相反，對雄性，擴散可能是由避免近親繁殖引起的，表現為非密度制約.挪威南部的根田鼠的擴散是負密度制約的(Ims and Andreassen，2005).瑞士中麝鼩的離巢擴散偏向于雌性(Favre et al.，1997).為了繁衍后代，法國的雄性普通田鼠不停地擴散，而雌性只擴散一次(Gau.re et al.，2009).亞利桑那的旗尾更格盧鼠(曾宗永，1991)、邛崍的大足鼠(曾宗永等，1996)、中國科學院內蒙古草原生態系統定位研究站的達烏爾鼠兔(王夢軍等，1998)、剛察的高原鼢鼠(魏萬紅等，1997)、東烏珠穆沁的布氏田鼠(胡曉鵬，2005)的擴散沒有性別差異，但雌性大足鼠擴散得更遠(曾宗永等，1996).在清涼峰自然保護區，所有擴散的東方田鼠中，幼體占71.0％，雄性占80.5％，食物短缺和捕食壓力導致擴散，而種間競爭對擴散的直接效應不顯著(楊月偉等，2005).分窩、食物、空間、競爭等都能引起達茂旗的大沙鼠進行擴散(趙天飆等，2001).很多鼠類的擴散具有季節性，如阿拉斯加的黃頰田鼠每年有兩次季節性擴散(Wol. and Lidicker，1980)，岳陽的東方田鼠因季節性洪水而擴散(郭聰等，1997)，加拿大西岸田鼠的擴散與季節和密度有關(Terry，1980). 1.1.3 鼠類的繁殖 通常婚配制度以在一個繁殖季節和一個個體交配的配偶數來定義，有四種類型，即一雄一雌的單配制，一個雄性與多個雌性交配的一雄多雌制，一個雌性與多個雄性交配的一雌多雄制，無論雌雄都可以與多個異性交配的混交制.決定婚配制度特征和進化的主要生態因素可能是資源的分布，特別是食物和營巢地在時間和空間上的分布.同種動物在不同年份、不同季節、不同地理位置，其婚配制度可能會有所變化(孫儒泳，2001). 草原田鼠(Getz and Carter，1980; Getz and Ho.mann，1986)、松田鼠(Fitzgerald and Madison，1983)、棕色田鼠(邰發道等，2001)、北美鼠兔(Smith and Ivies，1984)表現單配制特征.黃腹旱獺(Armitage and Downhower，1974)、多紋黃鼠(Foltz and Schwagmeyer，1989)為一雄多雌制.蘇格蘭東北部的里氏田鼠、布氏田鼠(岳凌粉，2009)為混交制.高原鼠兔中，單配制占40％，一雄多雌占45％，二雄一雌或多雌占15％(王學高和 Smith，1989). 鼠類具有個體小、性成熟早、壽命短、繁殖快、一胎產仔較多等特點(表1.1)(王勇等，2003;馮紀年，2010). 表1.1 鼠類的壽命與繁殖力 由于環境、食物供給的季節性變化，有些鼠是季節性繁殖的(表1.2).同一種鼠在不同地區的繁殖季節也可能不同.東方田鼠在我國東北的繁殖季節為5.9月，在西北地區為4.9月，在長江流域為11.翌年4、5月.黑線姬鼠在三江平原的繁殖季節為5.9月，在華北平原為4.10月，在長江流域為3.11月(王勇等，2003). 表1.2鼠類繁殖的季節性 按棲息環境和進化對策，生物可分為 r-對策者和 K-對策者. r-對策者具有快速發育、體型小、產生數量多而個體小的后代、高繁殖能量分配、短世代周期等特點; K-對策者具有慢速發育、體型大、產生數量少而個體大的后代、低繁殖能量分配、長世代周期等特點(表1.3)(李博等，2000;孫儒泳，2001;孫儒泳等，2002; Odum， Barrett，2004).鼠類一般歸為 r-對策者. 表1.3 r-對策者和 K-對策者比較 1.1.4 冬眠與夏眠 在外界環境變得不適應的時候，有些鼠類就進入一種不吃不動的昏睡狀態，這種現象稱為蟄眠.根據蟄眠發生在冬天還是夏天，可分為冬眠和夏眠. 對高緯度地區的鼠類，冬眠現象較為普遍，通常分為三類(王勇等，2003;馮紀年，2010;楊玉平等，2016).不定期冬眠：特別嚴寒時進入冬眠，但程度較淺，一旦氣溫轉暖，即可蘇醒.如松鼠、鼢鼠、小飛鼠.間斷性冬眠：冬眠程度較深，體溫下降較低;氣溫轉暖時，可很快蘇醒;在冬天較暖和的日子，還能出來活動.如倉鼠、花鼠.不間斷冬眠：冬眠時間長且程度深，體溫降得很低，在冬眠時，即使氣溫回升，也不會蘇醒.如旱獺、黃鼠、跳鼠.有些鼠類不冬眠，但在冬季活動減少，如長爪沙鼠、布氏田鼠等. 生活在荒漠的一些鼠類，如黃鼠、旱獺，當夏季周期性干旱到來時，水分短缺，即進入夏眠;待干旱季節過后，才復蘇活動. 1.2 種群 1.2.1 種群的定義 種群是在一定空間中同種生物個體的組合.這一定義表明種群是由同種個體組成的，占有一定的領域，是同種個體通過種內關系有機組成的一個整體.通常，由幾種生物組成的集合稱為混合種群，以同一方式利用共同資源的物種集團稱為同資源種團或功能團. 種群是個體之上的一個組織水平，從個體到種群有質的飛躍.種群中個體間有交配、繁殖、爭奪領域、競爭等相互作用;種群有個體不可能具有的特性，如密度、性比、年齡結構、出生率、死亡率、遷入遷出、增長型、散布等. 種群密度是種群*基本的數量特征，是指在單位面積或體積中的個體數.出生和遷入使種群密度增加，死亡和遷出使種群密度減少.自然狀態下種群密度往往有很大的起伏，但不是無限制的變化，種群的大小有上限和下限.種群密度的上限由種群所處生態系統的能量流動決定.在保護生物學中，有*小存活種群的概念，是指保證種群在一個特定的時間內能健康生存所需要的*小有效數量，低于這個數量，種群會逐漸滅絕(徐宏發和陸厚集，1996). 在相同時間聚集在一定地域或生境中的各種生物種群的集合為群落，在一定空間中共同棲居著的所有生物與其環境之間由于不斷進行物質循環和能量流轉而形成的統一整體是生態系統. 1.2.2 性別結構和年齡結構 種群由不同個體組成，個體間的主要差別是性別和年齡，這兩方面的差別通過形態學、生理學、遺傳學以及行為學等方面的變化具體地表現出來.種群動態參數(出生率、死亡率、遷入率、遷出率)無一不依賴于種群的性別結構和年齡結構. 年齡結構指不同年齡組在種群內所占的比例或配置情況.根據不同物種或研究的需要，可以將年齡劃分為日齡、周齡、月齡、年齡等，或根據生活史進行劃分.對于鼠類，通常劃分為幼年、成年、老年，或幼年、亞成體、成體、老年組，或幼年、亞成體、成體Ⅰ組、成體Ⅱ組、老年組，或年齡Ⅰ組，年齡Ⅱ組，年齡Ⅲ組等.根據年齡結構，可編制生命表，對種群的出生率、死亡率、期望壽命等作出估計. 在理論上，種群有一個穩定年齡分布，即各年齡組所占比例保持不變.穩定年齡分布是在穩定的環境中形成的，與種群大小無關.種群達到穩定年齡分布后將按指數形式增長.固定年齡分布是穩定年齡分布的一個特例，當種群增長達到一個常數，既不增長也不下降，此時種群的穩定年齡分布就是固定年齡分布，其特點是種群大小和年齡結構都不變化. 鼠類年齡鑒定的方法很多，應根據不同鼠種，選擇簡便、準確性高的方法.常用的方法有依上頜臼齒的生長狀況和咀嚼面的磨損程度劃分，依體重、體長、尾長等劃分，依眼球晶體干重劃分，依頭骨干重劃分，依陰莖骨長度劃分，依頂脊間寬劃分等. 性比(例)是指種群中雄性與雌性個體數的比例.性比有多種表達方式，可用100個雌性個體的雄性數、每一個雌性的雄性數、以及100個個體中雄性數與雌性數的比等來表示.影響性比的因素有雄崽和雌崽的出生率不同，以及不同年齡和性別的個體死亡率、遷移率不同等.造成兩性死亡率不同的原因可能是同性別有關的遺傳決定、生理、行為、選擇性狩獵、年齡等. 對于單配制的動物，如果種群中成熟個體的性比不是1，就必然有一部分成熟個體找不到配偶，從而降低種群的繁殖力.對于一雄多雌、一雌多雄、混交制的動物，種群中雌性個體的數量適當地多于雄性個體有利于提高繁殖力. 不同鼠種間性比有差異.如小家鼠為1:1.4，褐家鼠為1:4，黃胸鼠為1:2，大倉鼠為1:1.94，中華鼢鼠為1:0.82，五趾跳鼠為1:0.98，大林姬鼠為1:2.14.同一鼠種在不同地區或不同環境間的性比有差異.如黑線倉鼠在我國東北為1:1.33，在華北為1:0.9;黑線姬鼠在農田為1:1.1，在室內為1:1.33.同一鼠種在年內季節間或年度間的性比有差異.如浙江農田的黑線姬鼠從1月到12月的性比依次為1:0.56，1:1.09，1:1.48，1:1.39，1:1.36，1:1.11，1:1.29，1:0.85，1:0
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