自然种群中混沌的检测及其在种群动态研究中的意义

摘要

混沌现象广泛地存在于自然界,20世纪70年代以来,通过大量的生物模型模拟说明混沌也存在于生物系统中.几十年来生态学家一直在努力寻找混沌在自然生态系统存在的证据,但所获不多,这是源于自然的现实还是由于检测方法的不当和数据的局限?一直困扰着生态学家,自然界中对混沌的检测成为一个要点,也是一个难点.在概述混沌概念和性质的基础上,着重介绍目前在自然生态系统检测混沌的方法,对各种方法的应用条件和范围进行了概述.这些方法包括功率谱法、时间序列的自相关函数分析、模型参数估计、庞加莱截面法、全局和局域李雅普若夫特征指数的估计、吸引子关联维的确定、非线性预测.大量研究结果显示,虽然在自然界检测到的混沌的例子还不多,但其存在却是不容怀疑的.问题是什么样的系统在什么样的条件下会出现混沌?研究表明食物链的结构、种群的迁入和迁出、环境噪音都会对种群的复杂性动态特征产生影响.混沌动态可能对产生系统的多样性和适应性有利,它比随机系统对外界干扰的抵抗能力更强.自然界的变化和系统的维持是持续性和混沌相互矛盾统一的结果.害虫种群复杂性动态的研究为害虫的管理提供了更多的理论依据.混沌控制的理论和方法有可能为害虫管理提供新的思路和途径.在孤立的种群中,混沌会增加种群的灭绝概率,而在集合种群中,混沌动态降低了各局域种群的同步性和同时灭绝的倾向,所以混沌虽然能增加局域种群灭绝的概率,但却能减少整个集合种群灭绝的概率.系统结构及其时空动态与混沌及种群灭绝之间的关系,是保护生物学及生物多样性保护研究的一个重要方面.今后的研究应更多地从种群、群落、生态系统及景观不同层次上的时空动态入手,利用3S等信息技术和空间动态分析方法,研究复杂性动态产生的条件及其在系统调控中的作用机制.