当前有关环境-生态领域的研究热点是:栖息地的破碎如何影响到脆弱环境中的单一或者多物种的存活和消亡?物种将如何随环境的演变而演化?尤其是人类活动影响下的有关物种多样性、种群演化特点和景观变化的动力学响应机制、约束条件和预测等系列科学问题。 集合种群动力学是新兴空间生态学的一个十分重要的前沿领域,也是数学生态学的一个热点,建立集合种群的动力学模式,可以研究生境破碎、毁坏或增加后,局域种群之间个体迁移和演化的动力学后果。 本文采用理论研究与实践检验相结合、理论分析与数值模拟相结合的方法,将传统的生态学与地理科学、地理生态学、复杂性科学结合起来,把已有研究单纯的线性毁坏栖息地对集合种群里强物种种群是否灭绝的问题拓展到非线性毁坏,并在Logistic模式、Levins模式和Tilman模式的基础上,系统地提出了以下模式:指数模式、栖息地恢复的模式、生境重叠的模式。本文主要研究了以下问题:1、不同区域集合动物种群的演化特点、动物物种灭绝的顺序与人类活动对栖息地破坏的“度”的关系2、人为增加或恢复部分栖息地,对不同区域集合种群里强弱不同的物种种群的演化、繁衍将产生什么影响?3、生境重叠下对物种多样性的影响如何?本文从人类活动对栖息地破坏的“度”的角度出发,把握集合种群的区域性,系统地研究集合种群的演化特性与人类活动对栖息地破坏的“度”的动力学关系,并对生物多样性进行了初步预报。 本文的创新在于:提出了栖息地增加对物种多度影响的模式、生境重叠的模式以及物种和环境之间相互作用(即环境容量的变化对物种多度的影响)的模式;开展了人类活动与物种多样性的初步研究,对丰富景观生态学和物种多样性的保护具有一定的学术意义和应用价值。并从数理上揭示了: (1) 栖息地一定程度的增加虽然会导致所有的物种种群在最初的一段时间内得以增长、之后壮大,但随着竞争能力最强的物种(建群种或优势种)的持续快速大幅度增长、壮大,若干次最强物种,尤其是第二强的物种种群经过千年时间尺度的复杂的演化后,最终将达到新的平衡态(灭绝)。对大多数物种而言,栖息地的增加是有益的,但对个别次强物种来说却不见得是好事。而栖息地增加导致的次最强物种灭绝的数目与栖息地增加的比例及物种对栖息地占有率的取值有关。 (2) 物种与环境相互作用的程度可以定义为幂指数(即剩余环境容量的幂指数),通过其大小来研究物种与环境相互作用的变化机制。结果发现:在不同性质的环境作用下,集合种群的演化特性是不一样的,当幂指数小于1时,环境对集合种群的作用有利于其发展时,栖息地的破坏导致物种灭绝数目较少;当幂指数大于1时,物种赖以生存的剩余环境容量变小将导致最强及比它弱的若干物种灭绝,指数越大系统达到新的平衡态所需时间就越短,物种的灭绝数就越多。研究结果表明:物种的生存与发展对环境容量的变化极其敏感。剩余环境容量越大,弱物种就越能在激烈的竞争中幸免灭绝;环境容量越小,弱物种面临灭绝的可能性就越大; (3) 研究还发现了物种的协同演化规律,这是不同物种的相同或相近的演化特性。栖息地减少所导致种群的协同演化规律与栖息地恢复所导致种群的协同演化规律两者之间既有共同点,又有不同点。