城市媒介生物种群的生态因子分析与动态模拟

1、    城市媒介生物种群的生态因子分析 与动态模拟        摘要目的：掌握城市媒介生物种群密度的影响因子与种群的动态变化规律，以指导防制工作。方法：应用灰色关联分析方法，对城市媒介生物种群密度与月最高温度、月最低温度、月温度变化和雨天数之间的关系进行了研究，并利用傅立叶级数模拟了媒介生物种群的时间序列模型。结果：雨天数和月温度变化是影响蜚蠊种群消长的最重要的因子，其次是最高温度和最低温度。影响蚊虫种群密度的最重要的因子是最低温度，然后依次是最高温度、月温度变化

2、和雨天数。模拟的上海地区19961997年的蜚蠊和19961998年鼠类种群动态的时间序列模型结果较好。结论：可以充分利用生态因子对媒介生物的影响作用，并提高模型的预测预报能力，更加有效地进行媒介生物的综合防制。关键词媒介生物生态因子灰色关联分析傅立叶级数 种群动态模型 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处于城市这个特殊环境中的媒介生物，在不考虑人为因子的情况下，影响其种群数量的生态因子主要是气候，尤其是温度。温度变化不仅可影响其生殖、存活，而且对其行为活动亦有密切关系。温度的影响最直接的体现是种群数量的季节消长（seasonal change in number），种群季节消长的特点主要受环境的季节性变化和动物生活史的适应性变化所调节1。有关影响媒介生物的生态因子的研究已有报道2-4，结果均表明降雨和温度对媒介生物种群的密度有着较强的影响作用。阐明种群在时间空间两个方向上数量变动的法则属于种群动态理论的范畴。种群的时间序列，一方面表现为时间的顺

8、序性或不可逆性，另一方面还表现在时间作为种群动态（population dynamics）的一个因素，它不仅影响种群的现在，而且还反映种群的过去和影响着种群的将来。1材料与方法1.1生态因子的选取根据19961998年的每日天气记录，统计出每月最高温（X1）、最低温（X2）和平均温度的标准差（X3），作为媒介生物种群密度的一个影响因子。其中月平均温度的标准差，是作为温度月变化的指标。另外，统计出每月中雨天的天数（X4），也将它作为媒介生物种群密度（X0）的一个影响因子。1.2灰色关联分析应用灰色关联分析方法（Grey relative analysis）5，可以研究媒介生物种群消长与环境因子的

9、相互关系。通过对各生态因子的灰色关联度的计算，比较各种不同的生态因子对媒介生物种群密度的影响。取X0（k）为种群密度数列，Xi（k）为m个环境因子的数列（i=1，m）。数据经过无量纲化后，得数列X0（k）、Xi（k），以下式计算其相关系数Ri（k）与相关度ri。Ri(k)一般取=0.5。ri越大，说明Xi与X0的相关度越高。1.3种群动态模型采用傅立叶级数（Fourier Series），可以模拟种群动态的时间序列模型：取N=4，/2=1/12=0.083为频率，t是时间，ak、bk是常数，采用最小二乘法估计。2结果2.1降雨及温度对蜚蠊种群密度的影响根据1996和1997年上海市监测的蜚蠊密

10、度指数与记录的每月最高气温、最低气温、月平均温度标准差及每月的降雨天数，进行了灰色关联度分析。结果显示，降雨状况和温度月变化是影响蜚蠊种群消长的最重要的因子，其次是最高温度和最低温度（表1）。表1生态因子与蜚蠊种群密度的灰色关联度生态因子19961997最高温度0.80960.8423最低温度0.59160.5486温度月变化0.95170.9673雨天数0.93780.96602.2温度及降雨对蚊虫种群密度的影响根据19961998年上海市监测的蚊虫种群密度与上述因子的灰色关联度的分析，发现对蚊虫种群密度影响最大的是最低温度，然后依次是最高温度、温度月变化和雨天数（表2）。 表2生态因子与蚊

11、虫种群密度的灰色关联度生态因子199619971998最高温度0.52710.70960.7214最低温度0.52990.71580.7306温度月变化0.52490.69560.7016雨天数0.52230.69190.69902.3蜚蠊、鼠类的种群动态模型利用傅立叶级数，可以确定并建立19961997年的蜚蠊和19961998年鼠类的种群动态模型。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年鼠类：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年鼠类：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年鼠类：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)从19961997年的蜚蠊种群密度监测值及19961998年鼠类种群密度监测值与模型拟合值的比较中可以看出，模型的拟合结果较好（1）。1蜚蠊和鼠类种群动态模型拟合值与实际监测值的比较3讨论关于温度与媒介生物种群密度之间的关系，不少学者进行了研究。但是大多数的研究都是以平均温度作为一个重要的影响因素，却没有进一步探讨最高温度以及最低温度对于媒介生物种群密度的影响2-4。本研究选取了最高温度和最低温度作为两个因子进行比较，此外还选取了平均温度的标

15、准差作为温度月变化的指标，研究其对媒介生物种群的影响。因为，如果两个月的平均温度相同，而在这两个月中的温度变化不同，比如说出现极端的最高温与极端的最低温，那么这两个月中温度对媒介生物的影响显然是不一样的。结果发现，对于有些媒介生物，例如蜚蠊，月温度变化对其种群密度的影响明显高于最高温度与最低温度对其的影响。此外，对于降雨因素，没有选取月平均降雨量作为影响因子，而是以能够更加直接影响某些媒介生物栖息与繁殖的雨天天数作为降雨的指标。根据上述结果，对可能出现种群密度的高峰稍前时间，采取各种有效措施，抑制种群密度上升的速度，降低虫口基数，将对控制全年的种群数量增长速度及压低虫口密度峰值有重要作用。在种群密度的时间序列模型中，采用傅立叶级数进行了模拟，模型的拟合结果较好。因而，在今后种群动态模型的研究中可以进一步考虑根据已有的资料，进行未知数据的预测。这样，根据种群密度的时间序列模型，通过计算机模拟，可以充分掌握媒介生物种群密度有明显上升的月份，提前增强除害措施，使消杀取得更大的成效。作者单位:华东师范大学环境科学与技术系(上海 200062)参考文献1孙儒泳编著. 动物生态学原理. 北京:北京师范大学出版社, 1992,17