城市媒介生物種群的生態(tài)因子分析與動(dòng)態(tài)模擬

1、    城市媒介生物種群的生態(tài)因子分析 與動(dòng)態(tài)模擬        摘要目的：掌握城市媒介生物種群密度的影響因子與種群的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以指導(dǎo)防制工作。方法：應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，對城市媒介生物種群密度與月最高溫度、月最低溫度、月溫度變化和雨天數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，并利用傅立葉級(jí)數(shù)模擬了媒介生物種群的時(shí)間序列模型。結(jié)果：雨天數(shù)和月溫度變化是影響蜚蠊種群消長的最重要的因子，其次是最高溫度和最低溫度。影響蚊蟲種群密度的最重要的因子是最低溫度，然后依次是最高溫度、月溫度變化

2、和雨天數(shù)。模擬的上海地區(qū)19961997年的蜚蠊和19961998年鼠類種群動(dòng)態(tài)的時(shí)間序列模型結(jié)果較好。結(jié)論：可以充分利用生態(tài)因子對媒介生物的影響作用，并提高模型的預(yù)測預(yù)報(bào)能力，更加有效地進(jìn)行媒介生物的綜合防制。關(guān)鍵詞媒介生物生態(tài)因子灰色關(guān)聯(lián)分析傅立葉級(jí)數(shù) 種群動(dòng)態(tài)模型 Ecological Factor Analysis and Dynamic Model of Vector Population in UrbanMa QianZhu Longbiao (Department of Environmental Science and Technology, East China Normal

3、 University, Shanghai 200062)AbstractWhen the population dynamic of urban vector and its influencing factors has been well known, it will act a great instructing effect on the management of urban vector. This research has selected the standard variance as the index of month temperature change. Based

4、 on the Grey Relative analysis, the research has been made on the relationship between the population density of urban vector and the month highest temperature, the month lowest temperature, the month temperature change and the month precipitation days. The result shows that precipitation days and m

5、onth temperature change are two the most important factors influencing cockroach population, second the highest temperature and lowest temperature. The most important factor influencing mosquito population is the lowest temperature, and then the highest temperature, month temperature change and prec

6、ipitation days. Based on the Fourier Series, the research simulates the dynamic change of cockroach from 1996 to 1997 and rodent population from 1996 to 1998, and the simulated result is coincident with the practical investigation.Key wordsVectorEcological factorsGrey relative analysisFourier Series

7、Population dynamic model處于城市這個(gè)特殊環(huán)境中的媒介生物，在不考慮人為因子的情況下，影響其種群數(shù)量的生態(tài)因子主要是氣候，尤其是溫度。溫度變化不僅可影響其生殖、存活，而且對其行為活動(dòng)亦有密切關(guān)系。溫度的影響最直接的體現(xiàn)是種群數(shù)量的季節(jié)消長（seasonal change in number），種群季節(jié)消長的特點(diǎn)主要受環(huán)境的季節(jié)性變化和動(dòng)物生活史的適應(yīng)性變化所調(diào)節(jié)1。有關(guān)影響媒介生物的生態(tài)因子的研究已有報(bào)道2-4，結(jié)果均表明降雨和溫度對媒介生物種群的密度有著較強(qiáng)的影響作用。闡明種群在時(shí)間空間兩個(gè)方向上數(shù)量變動(dòng)的法則屬于種群動(dòng)態(tài)理論的范疇。種群的時(shí)間序列，一方面表現(xiàn)為時(shí)間的順

8、序性或不可逆性，另一方面還表現(xiàn)在時(shí)間作為種群動(dòng)態(tài)（population dynamics）的一個(gè)因素，它不僅影響種群的現(xiàn)在，而且還反映種群的過去和影響著種群的將來。1材料與方法1.1生態(tài)因子的選取根據(jù)19961998年的每日天氣記錄，統(tǒng)計(jì)出每月最高溫（X1）、最低溫（X2）和平均溫度的標(biāo)準(zhǔn)差（X3），作為媒介生物種群密度的一個(gè)影響因子。其中月平均溫度的標(biāo)準(zhǔn)差，是作為溫度月變化的指標(biāo)。另外，統(tǒng)計(jì)出每月中雨天的天數(shù)（X4），也將它作為媒介生物種群密度（X0）的一個(gè)影響因子。1.2灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法（Grey relative analysis）5，可以研究媒介生物種群消長與環(huán)境因子的

9、相互關(guān)系。通過對各生態(tài)因子的灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算，比較各種不同的生態(tài)因子對媒介生物種群密度的影響。取X0（k）為種群密度數(shù)列，Xi（k）為m個(gè)環(huán)境因子的數(shù)列（i=1，m）。數(shù)據(jù)經(jīng)過無量綱化后，得數(shù)列X0（k）、Xi（k），以下式計(jì)算其相關(guān)系數(shù)Ri（k）與相關(guān)度ri。Ri(k)一般取=0.5。ri越大，說明Xi與X0的相關(guān)度越高。1.3種群動(dòng)態(tài)模型采用傅立葉級(jí)數(shù)（Fourier Series），可以模擬種群動(dòng)態(tài)的時(shí)間序列模型：取N=4，/2=1/12=0.083為頻率，t是時(shí)間，ak、bk是常數(shù)，采用最小二乘法估計(jì)。2結(jié)果2.1降雨及溫度對蜚蠊種群密度的影響根據(jù)1996和1997年上海市監(jiān)測的蜚蠊密

10、度指數(shù)與記錄的每月最高氣溫、最低氣溫、月平均溫度標(biāo)準(zhǔn)差及每月的降雨天數(shù)，進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度分析。結(jié)果顯示，降雨?duì)顩r和溫度月變化是影響蜚蠊種群消長的最重要的因子，其次是最高溫度和最低溫度（表1）。表1生態(tài)因子與蜚蠊種群密度的灰色關(guān)聯(lián)度生態(tài)因子19961997最高溫度0.80960.8423最低溫度0.59160.5486溫度月變化0.95170.9673雨天數(shù)0.93780.96602.2溫度及降雨對蚊蟲種群密度的影響根據(jù)19961998年上海市監(jiān)測的蚊蟲種群密度與上述因子的灰色關(guān)聯(lián)度的分析，發(fā)現(xiàn)對蚊蟲種群密度影響最大的是最低溫度，然后依次是最高溫度、溫度月變化和雨天數(shù)（表2）。 表2生態(tài)因子與蚊

11、蟲種群密度的灰色關(guān)聯(lián)度生態(tài)因子199619971998最高溫度0.52710.70960.7214最低溫度0.52990.71580.7306溫度月變化0.52490.69560.7016雨天數(shù)0.52230.69190.69902.3蜚蠊、鼠類的種群動(dòng)態(tài)模型利用傅立葉級(jí)數(shù)，可以確定并建立19961997年的蜚蠊和19961998年鼠類的種群動(dòng)態(tài)模型。1996年蜚蠊：Y1.58170.0763cos(0.5236t)0.0635sin(0.5236t)0.0322cos(1.0472t)0.0432sin(1.0472t)0.0612cos(1.5708t)0.0308sin(1.5708t)

12、0.0202cos(2.0944t)0.0376sin(2.0944t)1997年蜚蠊：Y1.72070.1628cos(0.5236t)0.1207sin(0.5236t)0.0697cos(1.0472t)0.0530sin(1.0472t)0.0333cos(1.5708t)0.0774sin(1.5708t)0.0656cos(2.0944t)0.0611sin(2.0944t)1996年鼠類：Y0.87670.0575cos(0.5236t)0.1165sin(0.5236t)0.0487cos(1.0472t)0.0646sin(1.0472t)0.0426cos(1.5708t)

13、0.0175sin(1.5708t)0.0828cos(2.0944t)0.0751sin(2.0944t)1997年鼠類：Y0.88250.0231cos(0.5236t)0.0432sin(0.5236t)0.1513cos(1.0472t) 0.0224sin(1.0472t)0.0862cos(1.5708t)0.0561sin(1.5708t)0.1517cos(2.0944t)0.0114sin(2.0944t)1998年鼠類：Y0.90190.0035cos(0.5236t) 0.0180sin(0.5236t)0.1305cos(1.0472t) 0.0208sin(1.047

14、2t)0.0303cos(1.5708t) 0.0283sin(1.5708t) 0.0179cos(2.0944t)0.0059sin(2.0944t)從19961997年的蜚蠊種群密度監(jiān)測值及19961998年鼠類種群密度監(jiān)測值與模型擬合值的比較中可以看出，模型的擬合結(jié)果較好（1）。1蜚蠊和鼠類種群動(dòng)態(tài)模型擬合值與實(shí)際監(jiān)測值的比較3討論關(guān)于溫度與媒介生物種群密度之間的關(guān)系，不少學(xué)者進(jìn)行了研究。但是大多數(shù)的研究都是以平均溫度作為一個(gè)重要的影響因素，卻沒有進(jìn)一步探討最高溫度以及最低溫度對于媒介生物種群密度的影響2-4。本研究選取了最高溫度和最低溫度作為兩個(gè)因子進(jìn)行比較，此外還選取了平均溫度的標(biāo)

15、準(zhǔn)差作為溫度月變化的指標(biāo)，研究其對媒介生物種群的影響。因?yàn)?，如果兩個(gè)月的平均溫度相同，而在這兩個(gè)月中的溫度變化不同，比如說出現(xiàn)極端的最高溫與極端的最低溫，那么這兩個(gè)月中溫度對媒介生物的影響顯然是不一樣的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于有些媒介生物，例如蜚蠊，月溫度變化對其種群密度的影響明顯高于最高溫度與最低溫度對其的影響。此外，對于降雨因素，沒有選取月平均降雨量作為影響因子，而是以能夠更加直接影響某些媒介生物棲息與繁殖的雨天天數(shù)作為降雨的指標(biāo)。根據(jù)上述結(jié)果，對可能出現(xiàn)種群密度的高峰稍前時(shí)間，采取各種有效措施，抑制種群密度上升的速度，降低蟲口基數(shù)，將對控制全年的種群數(shù)量增長速度及壓低蟲口密度峰值有重要作用。在種群密度的時(shí)間序列模型中，采用傅立葉級(jí)數(shù)進(jìn)行了模擬，模型的擬合結(jié)果較好。因而，在今后種群動(dòng)態(tài)模型的研究中可以進(jìn)一步考慮根據(jù)已有的資料，進(jìn)行未知數(shù)據(jù)的預(yù)測。這樣，根據(jù)種群密度的時(shí)間序列模型，通過計(jì)算機(jī)模擬，可以充分掌握媒介生物種群密度有明顯上升的月份，提前增強(qiáng)除害措施，使消殺取得更大的成效。作者單位:華東師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與技術(shù)系(上海 200062)參考文獻(xiàn)1孫儒泳編著. 動(dòng)物生態(tài)學(xué)原理. 北京:北京師范大學(xué)出版社, 1992,17