一类生态常微分方程组的动力学行为文献综述

 2022-09-25 03:09

文献综述(或调研报告):

热带稀树草原生物群系分布的决定因素一直是生态学界讨论的课题[4]。传统意义上,生态学家认为稀树草原的群系分布是由气候严格决定的(Whittaker 1975, Breckle 1999, Woodward et al. 2004),然而通过模拟和实验说明,在气候、土壤和地形条件均适宜形成森林的情况下,仍会形成稀树草原[6](Swaine et al. 1992, Moreira 2000, Russell-Smith et al. 2003, Bond 2008)。同时,实验工作表明,火灾可以影响树木覆盖,当树木覆盖达到阈值(45%至50%)时,火灾将不再蔓延,这也反映了火灾对于草丰度的依赖性。因此,理论上火灾可以作为热带稀树草原内的积极反馈机制[5]。生态学家由此认识到引入火灾作为树木覆盖的决定因素将会得到更为准确的结果,同时降雨量过低或过高也会限制树木覆盖(Sankaran et al. 2005)。在论文[6]中,生态学家通过卫星数据统计了不同火灾频率和降雨量条件下的树木覆盖模式,并通过分析表明火灾是稀树草原系统运行的重要稳定反馈且依赖于降雨量[6]。

Staver at all通过对撒哈拉以南非洲树木覆盖分布的分析,将火灾反馈机制纳入他们建立的模型。模型保持草(G)、树苗(S)和树木(T)的总面积不变,给出了如下形式的常微分方程组:

其中beta;为树苗的繁殖率,mu;和nu;分别为树苗和树木的死亡率,omega;为树苗的成材系数。我们将草和树苗统称为“火灾易感集群”,用参数p表示。任何一种景观中都会存在易感阈值pc,当pgt;pc时,火灾将很容易在景观中蔓延。由此在一小段时间间隔dt内,树木的成材率将会由以下表达式给出[9]:

其中Omega;为树木成活率,theta;为易感火灾集群的密度(当pgt;pc时)。同时我们在omega;的图像中给出平衡态下对应的曲线:

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