Biodiversity, extinctions and evolution of ecosystems with shared resources
我们研究了许多物种共享同一资源的稳定生态网络的形成。我们表明，这种稳定的生态系统自然发生的结果，预防。我们得到了一个分析关系的共存物种的数量，并找到一个关系描述有多少物种可能会灭绝的急剧环境变化的结果。我们引入了一个特殊的参数，这是一个组合的物种性状和资源特性中使用的模型制定。该参数描述了系统收敛的压力，通过修正。当胁迫参数较大时，物种性状集中在某个值上。因此，这个压力参数是决定系统最终生物多样性水平的参数。此外，我们表明，这个极限系统的动力学可以描述为简单的微分方程。
2017-03-16 q-bio.PE
Noise in ecosystems: a short review
噪声，通过其与生命系统的非线性相互作用，可以引起反直觉的现象，如随机共振，噪声延迟灭绝，时间振荡和空间模式。本文简要综述了三种不同生态系统中的噪声诱导效应：（i）两个竞争种群;（ii）三个相互作用种群，一个捕食者和两个被捕食者;（iii）N-相互作用种群。这些生态系统的瞬态动力学分析，通过广义Lotka-Volterra方程在乘性噪声的存在下，该模型的物种和环境之间的相互作用。物种之间的相互作用参数是随机的情况下（i）和（iii），和一个周期性的功能，占环境温度，在情况下（ii）。我们发现噪声引起的现象，如准确定性振荡，随机共振，噪声延迟消光，和噪声引起的图案形成与非单调行为的图案面积和密度相关性作为乘性噪声强度的函数。当生态系统由大量相互作用的物种组成时，得到了\emph{$i^{th}$}种群时间平均的渐近行为，并讨论了噪声对种群渐近概率分布的影响.
2004-03-12 q-bio.PE
Competitive exclusion in a model with seasonality: three species cannot coexist in an ecosystem with two seasons
本文针对具有时间异质性的多类型接触过程，通过证明更一般的ODE模型并对比相关系统，证明了三种物种无法在具有两个季节的生态系统中共存，推翻了此前数值模拟提出的共存猜想。
2022-10-01 q-bio.PE
The Effects of Land-use Change on Brucellosis Transmission in the Greater Yellowstone Ecosystem: A Three Species Mathematical-Epidemiological Model
本文模拟了大黄石生态系统（GYE）中具有高保护价值的麋鹿、牛和野牛之间的布鲁氏菌病传播。它的目的是显示如何在GYE的景观变化伴随影响布鲁氏菌病的流行在三个物种。这种方法使我们能够看到一个地方的景观变化如何影响其他地方人群的疾病流行。该模型利用了这样一个事实：种群的配置方式使得麋鹿成为牛和野牛之间疾病传播的媒介。利用景观生态学指标适用于麋鹿和牛之间的栖息地重叠，麋鹿和野牛之间，景观参数的变化，以确定疾病如何在整个生态系统中传播的土地利用变化发生。研究结果旨在提供有关土地管理如何用于控制牛和麋鹿之间的疾病传播的见解，可能会影响野牛的疾病流行（并受其影响）。
2022-08-01 q-bio.PE
Phylogenetic Proximity and Nestedness in Mutualistic Ecosystems
我们研究了互惠生态系统中物种之间的接触模式是如何受到每个公会物种之间的系统发育接近性的影响。我们开发了一些理论工具来衡量这种影响，我们用它们来检查一些真正的互惠系统。我们的目标是确定这种接近在出现嵌套式接触模式中的作用。我们的结论是，虽然系统发育的接近是兼容的嵌套它不能被要求确定it.We发现，嵌套，而不是可以归因于一个一般的规则，物种往往表现为通才持有与同行的联系，已经有大量的接触。由这一规则产生的巢状生态系统显示出高度的系统发育多样性。这就是说，具有相似度的物种的对应物不是系统发育的邻居。
2010-07-30 q-bio.PE
Minor climatic fluctuations lead to species extinction in a conceptual ecosystem model
物种灭绝是影响地球生命多样性的核心过程。调查生态系统变化的原因和后果的一种方法是建立概念性的生态模型，并利用这些模型的动态结果来提供地球生物圈变化的定量形式化。在本文中，我们提出并研究了一个概念资源模型，描述了一个简单，易于理解的资源竞争机制，推广了著名的Huisman和Weissing模型，并考虑到物种的自我调节，克制，和时间依赖性的资源。我们使用分析调查和数值模拟研究我们的模型下的动力学的混沌和周期性的气候振荡，并表明，我们的模型的随机动力学表现出很强的依赖于初始参数。我们还表明，在我们的模型中的排斥是不可避免的，如果一个生态系统具有最大可能的生物多样性，并使用最大量的资源。我们的概念模型提供了理论支持的建议，非线性过程是重要的，在地球历史上的重大灭绝事件。
2017-11-27 q-bio.PE
Structured interactions as a stabilizing mechanism for competitive ecosystems
大型生态系统如何创造和维持我们在自然界中看到的非凡生物多样性可能是科学中最大的开放问题之一，吸引了从理论生态学到数学和物理学等不同领域的关注。在这种情况下，模拟竞争有限资源的物种稳定共存是一项特别具有挑战性的任务。从数学的角度来看，当物种之间的优势形成不传递循环时，竞争动态中的共存可以实现。然而，这些关系通常会导致物种的相对丰度中性循环，而不会收敛到一个稳定的平衡。虽然近年来提出了一些机制，能够解释竞争群落中物种共存的模型仍然有限。在这里，我们确定当地的相互作用作为一个最简单的机制，导致稳定的物种共存。我们考虑一个简化的生态系统，每个物种的个体都位于一个空间网络上，只有在一定距离内的节点之间才有可能发生相互作用。改变这种距离可以在本地和全球竞争之间进行插值。我们的研究结果表明，在我们的模型范围内，物种共存达到稳定的平衡时，满足两个条件：个人嵌入在空间中，只能与其他个人在短距离内互动。相反，当其中一种成分缺失时，就会出现大幅振荡和中性周期。
2022-09-30 q-bio.PE
Heterogeneity of Interaction Strengths and Its Consequences on Ecological Systems
生态系统是由物种网络及其相互作用形成的。这种相互作用的传统模型假设一对给定物种之间的相互作用强度恒定。然而，即使在同一物种内，个体生物之间也往往存在显着的性状变异，这导致了它们与其他物种相互作用强度的异质性。这种异质相互作用对生态系统的影响尚未得到系统的研究。作为一种理论探索，我们分析了一个简单的生态系统与两个捕食者和一个共享的猎物之间的营养相互作用，这将表现出竞争排斥模型与均匀的相互作用。我们考虑几种情况下，个体的猎物物种分化成不同的相互作用强度的亚群。我们表明，在所有这些情况下，无论异质性是固有的，可逆的，或适应性，生态系统可以稳定在一个新的平衡，所有三个物种共存。此外，与其捕食者具有异质性相互作用的猎物种群达到比没有异质性时更高的密度，甚至可以在两个捕食者存在时达到比只有一个捕食者更高的密度。我们的研究结果表明，异质性可能是一个自然选择的生态相互作用，生态系统的稳定性和多样性的重要后果的功能。
2022-04-29 q-bio.PE
Intraspecific competition in models for vegetation patterns: decrease in resilience to aridity and facilitation of species coexistence
有图案的植被是许多旱地生态系统的一个特征。虽然在生态系统范围内的植物密度通常较低，空间自组织原理导致高生物量斑块和裸露土壤斑块交替发生。然而，在植被格局的数学模型中，种内竞争动态通常被忽略，而不是在长空间尺度上对水分的竞争。在这一章中，我解决了当地种内竞争带状植被格局的建模框架的影响。首先，我表明，在一个单一物种模型的背景下，忽略本地种内竞争导致高估的模式化生态系统的弹性增加干旱。其次，在一个多物种模型的背景下，我认为，当地种内竞争是一个关键因素，在成功捕获的物种共存的模型解决方案代表的植被模式。对于这两个模型，详细的分歧分析，分析的开始，存在性和稳定性的模式。除了局部种内竞争的优势外，两个物种之间的差异也对分支结构产生了重大影响，为复杂生态系统动态提供了重要见解。本章中对未来生态系统动态的预测，特别是对模式启动和模式稳定性的预测，可以帮助保护计划的制定。
2020-05-02 q-bio.PE
Spatial Scales of Population Synchrony generally increases as fluctuations propagate in a Two Species Ecosystem
种群同步的空间尺度给出了种群波动相关的特征距离。因此，它也给出了同时发生人口减少甚至灭绝的区域的特征大小。单种以前的结果意味着，人口同步的空间尺度是等于或大于（由于分散）比环境波动的同步的空间尺度。多物种生态系统的理论结果指出，物种间的相互作用改变了种群同步的空间尺度。特别是，最近的结果对两个物种的生态系统，两个竞争对手和捕食者-猎物，点的空间尺度的人口同步性一般增加的波动传播通过食物网〈动〉<动>，即，受环境波动影响越直接的物种，其种群同步性的空间尺度越小。在这里，我们发现这种行为对于两个物种的生态系统通常是正确的。这种行为的例外是某些特殊情况，其中一个物种的种群波动本身并不衰减，而是需要将波动强烈地传递到另一个物种才能衰减。这些分析结果说明了在开发可持续收获或评估濒危物种灭绝风险时，应用生态系统而不是单一物种视角的重要性。
2020-12-20 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Mechanisms promoting biodiversity in ecosystems
本综述针对理论生态学中竞争排除原理与生物多样性存在冲突的问题，梳理了多年来提出的促进生态系统生物多样性的各类机制，重点介绍缓解该原理约束的相关机制。
2024-04-23 q-bio.PE
Biodiversity in model ecosystems, II: Species assembly and food web structure
这是两篇论文中的第二篇，致力于竞争和生物多样性的人口模型之间的关系。本文考虑通过不断引入新种〈动〉<动>使种群动力学远离不动点的物种聚集模型，并将系统在不动点处的共存条件推广到这类模型.我们在这里定义的共享猎物的物种之间的生态重叠，提供了一个有效的种间竞争和营养网络拓扑结构的定量测量。我们得到的重叠分布的一个新的模型的基础上的移民和物种形成的模拟，并表明，他们是在很好的协议与三个大的天然食物网测量。正如第一篇论文所讨论的，环境的快速波动与竞争物种共存的条件相互作用，限制了一个营养级所能容纳的最大生物多样性。生物多样性的水平限制与能量耗散或波动增长相结合，在我们的模型中，这限制了食物网在垂直方向上的长度。这些成分产生一个有效的食物网模型，产生一个生物多样性的配置文件，最大的中间营养级，在现场研究的协议。
2005-02-19 q-bio.PE
Roots of diversity relations
种-面积关系是生态学的核心概念之一，但其起源至今仍是一个谜。由于生态系统被理解为能量转换系统，物种丰富度被认为是由于无处不在的能量转换的必要性。从热力学的角度来看，生物体是一种转换机制，它将能量沿着最陡的梯度向下分配到生态系统的各种化学能储存库，即，物种的种群。转导机制，即由众多物种组成的生态系统，可能会出现并朝着比小区域拥有更多物质的大区域的高效率发展。这导致了众所周知的面积和物种数量之间的逻辑关系。物种-面积关系在热力学上被理解为化学能分布的倾斜累积曲线，通常被称为物种-丰度关系。
2009-06-01 q-bio.PE
Bottom-up versus top-down control and the transfer of information in complex model ecosystems
生态系统是相互作用的物种群落的生态和适应动态的涌现特征。通过非生物环境的自然选择和群落内的共同适应，物种进化，从而产生了我们所认为的生态系统的生态网络。这种还原论的观点可以与另一种观点形成对比，即由于物种必须适应周围的系统，系统本身对物种的进化路径施加了选择压力。这种自下而上和自上而下的控制在生态系统的发展和增长中的相互作用已经讨论了很久，但是经验性的生态系统数据很少，并且缺乏全面的数学框架。本文提出了一种基于信息论的自然选择和协同适应的相对权重的量化方法，以评估自下而上和自上而下控制在生态系统进化中的相对作用，并分析了基于个体的随机复杂系统模型--进化生态学的缠结自然模型中的信息传递。我们发现，生态群落演变从主要自下而上控制的早期演替系统更强烈的自上而下控制的后期演替系统，作为共适应的进展。对选择有高度影响的物种通常也更丰富。因此，我们的研究结果意味着生态社区是由自下而上和自上而下控制的对话形成的，系统选择和完整性的作用变得更加明显，进一步的生态系统的发展。
2018-07-02 q-bio.PE
Does Phylogenetic Proximity Explain Nestedness in Mutualistic Ecosystems?
我们研究了互惠生态系统中物种之间的接触模式是如何受到每个公会物种之间的系统发育接近性的影响。我们开发了一个动力学模型，旨在建立这种接近的嵌套模式的接触中出现的作用。我们还定义了一个参数，提供了一个直接的测量系统发育接近的影响，在一个给定的模式的接触。我们的结论是，虽然系统发育的接近是兼容的嵌套它不能被声称是它的原因，我们发现，嵌套反而可以归因于一个一般的规则，即物种倾向于与已经有大量的接触对应物保持联系。如果将两个公会的系统发育结构纳入分析，则该规则相当于最大化任一公会物种的互惠对应物的系统发育多样性。
2011-10-17 q-bio.PE
A model of discrete Kolmogorov-type competitive interaction in a two-species ecosystem
生态系统是一个非线性的动力系统，它的轨道引起了系统中观察到的复杂性。生态系统的不同组成部分在离散时间内相互作用，产生决定系统时间演化轨迹的涌现特征。本文研究了一个玩具两种群生态系统的演化动力学，该系统被建模为离散时间Kolmogorov系统。据推测，只有这两个物种组成的生态系统，并相互竞争，以获得生长资源，介导的种间以及种内耦合常数，以获得资源的增长。数值模拟揭示了这些种群在演化过程中从规则动力学向不规则动力学的转变以及混沌的出现。我们发现，混沌动力学的存在或不存在是由种间相互作用系数。对于值的种间相互作用常数相距甚远，系统出现定期动态，这意味着共存的竞争种群的长期进化方案。
2015-07-28 math.DS q-bio.PE
Effect of resource dynamics on species packing in diverse ecosystems
竞争排斥原理认为，共存物种必须占据不同的生态位（即生存物种的数量不能超过资源的数量）。一个悬而未决的问题是了解不同的资源动态是否以及如何影响这一界限。在这里，我们分析了一个广义的消费者资源模型与外部提供的资源，并表明-自我更新的资源相反-物种只能占据所有可用的环境生态位的一半。这促使我们构建一个新的模式分类生态系统的基础上物种包装的属性。
2020-07-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.PE
Numerical Study of Interaction Network Structures in Competitive Ecosystems
本文通过数值分析研究竞争生态系统中局部群落的组装，发现平衡态下物种子集形成的“团”在对称相互作用时呈现嵌套结构，在非对称相互作用时呈现超均匀结构。
2024-09-03 q-bio.PE
Species assembly in model ecosystems, II: Results of the assembly process
在这组的配套文件（Capitan和Cuesta，2010）中，我们已经开发了Capitan等人（2009）引入的物种组装模型的完整分析处理。该模型是基于一个包含所有可行的配置社区的组装图的建设，并定义了一个马尔可夫链的过渡是由新种〈动〉<动>入侵的社区的转换。在本文中，我们提供了一个详尽的数值分析的模型，描述的平均时间经常性的状态，雪崩的统计，和依赖的结果上的可用资源的量。我们的研究结果是基于这样一个事实，即马尔可夫链提供了一个渐近概率分布的经常性状态，它可以用来获得平均值的观测值，以及这些幅度的时间变化在连续的，在一个确切的方式。由于吸收到经常性的集合的时间被发现是可比的系统的大小，最终状态很快达到（在入侵时间的单位）。因此，最终的生态系统可以被视为一个波动的复杂系统，在这个系统中，物种不断地被新物种取代，而从来没有离开过循环模式。组装图由大多数入侵被接受的途径主导，引发小灭绝雪崩。通过组装过程，社区的复原力变差（例如，具有更高的恢复平衡时间），但在对新入侵的抵抗力方面变得更加强大。
2010-09-22 q-bio.PE
Modelling the impact of deep-water crustacean trawl fishery in the marine ecosystem off Portuguese Southwestern and South Coasts: I) the trophic web and trophic flows
人口集中在沿海地区，加上人类的直接利用，导致海洋生态系统的变化和恶化进程加快。捕鱼等人类活动加上环境驱动因素（如气候变化）正在对海洋生物多样性构成重大威胁，并直接影响到海洋生物多样性所提供的服务。在葡萄牙南部和西南海岸，深水甲壳类拖网渔业也不例外。人们认识到，这种渔业对一些鱼种有很大影响，同时产生很高的无用渔获率。然而，考虑到基于生态系统的观点，对食物网〈动〉<动>沿线的捕捞影响以及所捕捞鱼种之间的生物相互作用仍然知之甚少。这些影响尤其令人不安，而且考虑到可能产生的连锁反应，令人关切。面对恢复和养护海洋环境的主要政策和立法文书，时代要求对渔业管理采取基于生态系统的办法。为此，我们使用一个食物网〈动〉<动>建模（Ecopath与Ecosim）的方法来评估这种特殊的渔业对葡萄牙南部和西南部的海洋生态系统的捕捞影响。特别是，我们描述的食物网〈动〉<动>的结构和功能，确定主要的关键物种和/或群体，量化的主要营养和能量流，并最终评估捕捞对目标物种的影响，也对生态系统的生态和基于生态系统的指标。最后，我们研究了模型的局限性和弱点，以寻求潜在的改进和未来的研究方向。
2019-03-27 q-bio.PE
Stabilization of macroscopic dynamics by fine-grained disorder in many-species ecosystems
该研究针对多物种生态系统的宏观描述稳定性问题，发现细粒度微观异质性可稳定宏观与物种层面波动，解析得到异质性驱动平衡态的存在条件，解释了聚合层面稳定而物种层面波动剧烈的经验现象。
2025-03-18 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
The Waterwheel in the Waterfall
进化生态学研究的一个基本问题是解释不同物种如何在自然生态系统中共存。这个问题与物种营养竞争直接相关。然而，竞争理论，基于经典的逻辑Lotka-Volterra方程，导致错误的结论物种共存。其原因是错误地解释了种间相互作用，以竞争系数的形式表示。在这里，我使用的Logistic Lotka-Volterra型竞争方程，从所谓的资源竞争模型得到的物种共存的必要条件。这些模型表明，只有具有相同竞争能力的物种可以共存。由于竞争物种之间的这种关系，生态系统的生物多样性在进化过程中减少。
2004-01-26 q-bio.PE
Route to Chaos in Multi-Species Ecosystems
本研究通过数学模型揭示多物种生态系统中由种间相互作用变异性驱动的Hopf分岔导致极限环和混沌的路径，并证明该路径在强相互作用及捕食者-猎物主导系统中普遍存在。
2025-09-08 nlin.AO q-bio.PE
Diverse interactions and ecosystem engineering stabilize community assembly
一个生态群落的复杂性可以被提炼成一个网络，在这个网络中，不同的相互作用将物种连接在一个依赖的网络中。物种之间不仅相互作用，而且通过环境效应间接地相互作用，然而这些生态系统工程师的作用尚未在生态网络模型中得到考虑。在这里，我们探讨生态系统组装的动力学，在一个社区内的物种的殖民化和灭绝取决于营养，服务和工程依赖所施加的约束。我们表明，我们的组装模型再现了生态系统的许多关键特征，如在组装过程中的通才的作用，现实的最大营养水平，并增加嵌套与更高频率的互惠。我们发现，生态系统工程对灭绝率有很大的非线性影响，通过创造小生境空间促进鲁棒性，但同时增加了灭绝级联的幅度。我们强调冗余的重要性，在工程效果，并表明，这种冗余降低了殖民化的障碍，促进社区的多样性。总之，我们的研究结果表明，生态工程师可能会提高社区的多样性，同时增加持久性，促进殖民化和限制竞争排斥。
2019-08-06 q-bio.PE
Theoretical ecology without species
生态系统通常被概念化为相互作用的物种网络。然而，将生物体的自然多样性划分为离散单元是出了名的有问题，越来越多的实验证据提出了一个有趣的问题，即这种观点是否适用于微生物世界。在这里，提出了一种替代形式主义，不需要假设存在的物种作为基本的生态变量，并提供了一个自然的层次描述的社区动态。这种形式主义允许从相反的方向来处理“物种问题”。虽然经典的模型处理的世界不完美的集群生物类型的扰动周围聚集的“物种”，所提出的方法允许逐渐添加结构到一个完全无序的背景。这种理论结构描述高度多样化的自然生态系统的相关性进行了讨论。
2017-04-03 q-bio.PE
An exactly solvable coarse-grained model for species diversity
我们提出了新的分析结果，生态系统物种多样性〈动〉性<动>，源于一个建议的粗粒度中性模型的基础上的出生-死亡过程。该问题的相关性在于理解和综合生态中性学说〈动〉的理论成果和物种多样性〈动〉性<动>保护的经验证据的紧迫性。生物多样性中性模型是指在同一营养级上的生态系统，其人均生命率假定为物种独立的。中性学说〈动〉<动>的解析解是在一个粗粒度模型中得到的，其中唯一的输入是物种的持续时间分布。我们的结果涉及：生态系统中物种数量在瞬态和稳态下的概率分布函数; n点连接的时间相关函数;以及生存概率，定义为从群落中随机抽样的物种到局部灭绝的时间跨度分布。分析预测还测试从河口鱼类生态系统的经验数据。我们发现，新兴的生态系统的属性是非常强大的，不依赖于模型的具体细节，对生物多样性和保护生物学的影响。
2012-06-28 physics.bio-ph q-bio.PE
Path-integral solution of MacArthur's resource-competition model for large ecosystems with random species-resources couplings
我们解决了麦克阿瑟的资源竞争模型与随机物种资源耦合的“热力学”的限制，无限多的物种和资源，使用动态路径积分一拉德Domincis。我们分析了稳态图片如何改变修改后的几个参数，包括代谢策略（编码物种的偏好）和最大资源水平（承载能力）的异质性程度，并讨论其稳定性。最后，通过分析一个有效的单物种一资源生态系统，这是完全等效于原来的多物种之一，由其他方法得到的情况下恢复。这里使用的技术可以应用于分析其他模式的生态系统相关的版本麦克阿瑟的模型在这里考虑。
2021-10-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Species assembly in model ecosystems, I: Analysis of the population model and the invasion dynamics
最近，我们引入了一个简化的生态系统组装模型（Capitan等人，2009年），我们能够以精确的方式绘制出由外部入侵产生的所有组装途径。在本文中，我们提供了一个更深入的分析模型，获得分析结果，并介绍了一些近似，使我们能够重建我们以前的工作的结果。特别地，我们证明了一类非常一般的营养级结构食物网的种群动力学方程存在唯一的全局稳定的内部平衡点。我们分析表明，社区发现的组装过程的最终状态是金字塔形的，我们发现，在任何营养水平的任何物种的平衡丰度是近似成反比的物种数量在该级别。我们还发现，入侵居民社区的顶级捕食者的人均增长率是理解我们以前的工作中报告的复杂的最终状态的关键。这些速率的符号允许我们在参数空间中分离区域，其中最终状态是单个社区或包含多个社区的复杂集合。我们还建立了分析近似的物种丰度的时间演变，使我们能够确定，高精度，入侵可能导致的灭绝的顺序。最后，我们应用这种分析来获得最终状态的社区。为了测试的准确性的过渡概率矩阵产生的分析过程中的最终状态，我们比较了这些集的平均值与从图中获得的数值积分的Lotka-Volterra方程。协议非常好。
2010-09-22 q-bio.PE
Modelling of Bad Biomass Invasion of a Food Chain Ecosystem with Optimal Control
在本文中，我们提供了一个模型来描述生态系统中的物种的动态后，它已经被一个坏的竞争物种袭击。竞争物种侵入本地植物的营养，二氧化碳和空间。这影响了生态系统中本地物种的数量。从生态系统平衡点和稳定性两个方面考察了不良生物量对生态系统的影响。利用庞特里亚金最大值原理构造了一个使坏生物量扩散最小化的哈密顿函数，建立了一个最优控制系统。数值模拟结果进行了分析。研究表明，优良生物量的内禀增长率r是维持生态系统持续生存的重要因素。如果优良生物量的增长率增加，其他物种表现出积极的增长。除了良好生物量的增长率外，鱼类和鸟类的死亡率也影响着生态系统的状况。模拟结果还表明，入侵的不良物种生物量的引入影响了良好的生物量的增长。这是由于营养，二氧化碳，好的和坏的生物酶之间的空间竞争的结果。实施控制单元后，模拟结果显示，良好的生物量，鱼类和鸟类种群的增长有所改善，而不良的生物量增长则有所下降。
2019-11-17 math.DS q-bio.PE
Extinction dynamics of Lotka-Volterra ecosystems on evolving networks
研究了一类由Lotka-Volterra型方程描述的多种群生态系统模型。物种之间的相互作用形成了一个网络，其演化由模型的动力学决定。数值模拟表明，幂律分布的间隔之间的保护，但只有生态系统具有足够的物种的变异性和网络的连接超过一定的阈值，是非常接近的网络的渗透阈值。研究了缓慢环境变化对物种灭绝动力学、物种间相互作用网络的度分布以及模型的一些涌现性质的影响。
2004-06-02 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Species abundances and lifetimes: from neutral to niche-stabilized communities
我们研究了一个随机群落模型，该模型能够通过改变一个单一的参数来调整生态位稳定的强度，即种内和种间竞争的差异，从而从中性状态插值到生态位分区状态。通过自洽的方法，我们得到的物种丰度分布的解析表达式，在很好的协议与随机模拟的模型。在中性限制，Fisher对数系列恢复，而在增加稳定强度的物种丰度分布开发的最大值的物种在中间丰度，对应的承载能力的出现。物种的灭绝时间分布的数值研究表明，生态位稳定也强烈影响系统的动力学性质，通过增加平均物种的寿命，同时抑制其波动。结果进行了讨论，鉴于利基中立的辩论，其潜在的相关性，实地数据。
2013-09-16 q-bio.PE
Extinction drives emergent metastability in complex ecosystems
University of Bath（巴斯大学）
该研究将种群统计随机性纳入复杂生态系统的规则模型，发现其通过剔除低丰度物种提升系统稳定性，存活物种比例呈重尾衰减，使生态系统在混沌确定性极限下自稳定并涌现亚稳态。
2026-08-17 cond-mat.dis-nn q-bio.PE
Species-area relationship for power-law species abundance distribution
我们研究了物种多度分布（SAD）和物种面积关系（SAR）之间的数学关系，发现幂律SAR通常可以从幂律SAD导出，而无需诸如“规范假设”之类的特殊假设。在本分析中，SAR指数作为有限数量的物种的SAD指数的函数获得。我们还研究了逆问题，从SAR到SAD，并发现，幂SAD可以从幂SAR的条件下，相应的SAD的函数形式是不变的物种数量的变化。我们还讨论了对数正态SAD，断棒模型（指数SAD），线性SAR和对数SAR之间的一般关系。这些结果表明，存在一个共同的机制，SAD和SAR的，这可能被证明是一个有用的工具，生物多样性和物种共存的理论和实验研究。
2006-09-25 q-bio.PE
Regularity underlies erratic population abundances in marine ecosystems
一个生态系统中物种数量的丰富度很少是稳定的，往往随着时间的推移表现出很大的波动。利用海洋物种的历史数据，我们表明，人口增长率的年与年之间的波动服从一个定义良好的双指数（拉普拉斯）分布。这种惊人的规律性使我们能够设计一个随机模型，尽管人口丰度的变化似乎是不规则的。该模型将低人口密度下增长放缓的影响确定为当前人口变异性分析方法中遗漏的一个关键因素，如果没有这个因素，灭绝风险就会被严重低估。该模型还使我们能够分离人口统计随机性的影响，并表明，单一物种的增长率主要由所有物种共同的随机性决定。这种优势-以及它对物种间相关性的影响，包括协同作用-强调了生态系统一级管理方法的必要性，以减少个别物种本身的灭绝风险。
2015-06-01 nlin.AO q-bio.PE
Disturbance accelerates the transition from low- to high- diversity state in a model ecosystem
干扰对固着和相互竞争物种的模型生态系统的影响[Mathiesen et al. Phys. Rev. Lett. 107，188101（2011）; Mitarai等人Phys.Rev.E86，011929（2012）]。随机干扰将个体从系统中移除，并且所创建的空站点被邻近物种重新殖民。我们表明，稳定的高多样性状态，保持偶尔循环物种的相互作用，创造孤立的补丁的元种群，是强大的小干扰。我们进一步证明，有限扰动可以通过扩散具有对峙关系的物种之间的边界来帮助创建小斑块，从而加速从低多样性状态到高多样性状态的转变。
2014-02-17 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Modeling the Role that Habitat Overlap Shape has on the Spread of Brucellosis in the Greater Yellowstone Ecosystem
布鲁氏菌病是一种影响家畜和野生动物的人畜共患细菌性传染病。大黄石生态系统是美国最后一个牛经常感染布鲁氏菌病的地区。即使牲畜接种疫苗，与水库物种的相互作用仍然导致溢出病例牛。美国国家科学、工程和医学院表示，建模工作应侧重于麋鹿和牛之间的传播，并应更好地了解土地利用变化和景观配置对疾病风险的影响。本章确定如何景观的配置，利用麋鹿和牛之间的栖息地重叠的形状和数量，有助于跨物种布鲁氏菌病的传播，以及土地利用的变化如何转化为疾病的流行。一个生态-流行病学模型与景观生态学指标相结合，以估计物种和模型疾病传播之间的传播率。这项研究的结果最终可以帮助利益相关者制定控制大黄石地区牲畜和麋鹿之间布鲁氏菌病传播的政策。反过来，这可以减少疾病流行，减少相关费用，并有助于人口管理。
2022-07-31 q-bio.PE
Correlation, selection and the evolution of species networks
我们使用一个广义版本的个人为基础的纠缠自然模型的进化生态学研究生态系统结构和进化历史之间的关系。我们的进化模型生态系统通常表现出指数度分布的相互作用网络和连接性和物种丰富度之间的逆相关性。我们使用一个简化的网络演化模型来证明，所观察到的度分布可以发生的结果，在继承过程中的偏相关性。在低连通性和最大相关性的限制下，可以得到幂律形式的分布$P(k){\propto}1/k$。我们还表明，连通性和物种丰富度之间的双曲线关系，$C{\sim}1/D$可以出现作为进化搜索过程中的概率约束的结果。
2006-08-02 q-bio.PE
Trait-based indices to assess benthic vulnerability to trawling and model potential loss of ecosystem functions
物种一级对拖网捕捞的脆弱性取决于与生态系统功能有关的物种生物特征的个体组合。基于性状的物理阻力RI和生殖潜力RPI的指数的发展和结合成一个整体的脆弱性指数的物种水平上，RRI或阻力和生殖潜力指数。该指数被用来探讨阻力和繁殖潜力如何改变拖网捕捞梯度。RRI允许将底栖生物群落划分为表达不同脆弱程度的群体，这些群体可以与生态系统功能联系起来。RRI指数通过模拟脆弱物种的灭绝或损失及其对功能的影响，开辟了情景建模的可能性。基于性状的RRI指数的有效性进行了探讨，通过比较个别物种的RRI分数经验观察到的反应在拖网梯度的基础上，以前发表的数据。RRI评分和观察到的反应（回归斜率）显著相关，为所采取方法的合理性提供了支持。数据分析表明，阻力和恢复力指数在拖网捕捞梯度上有所增加，表明随着拖网捕捞的增加，社区失去了脆弱物种。在探索拖网捕捞对生物扰动的影响时，我们发现，尽管脆弱物种的损失，但它受到的影响不成比例。拟议的指数提供了新的见解物种的脆弱性和功能的联系。
2020-11-26 q-bio.PE q-bio.QM
Statistical mechanics of relative species abundance
介绍了生物网络中相对物种丰度（RSA）模式的统计力学。该理论基于多物种复制动力学，相当于Lotka-Volterra方程，具有不同的物种间相互作用。在自然界中观察到的各种RSA模式来自与社区的生产力或成熟度相关的单个参数。丰度分布形成类似于广泛观察到的左偏对数正态分布。同时发现在某些参数区域，典型的RSA模式得到了支持。由于该模型具有一般形式，因此其结果可以应用于其他复杂生物网络中的类似模式，例如基因表达。
2006-07-07 q-bio.PE
Vibrational resonance in groundwater-dependent plant ecosystems
本文报道了地下水植物生态系统的单种群和双种群模型中的振动共振现象，其中地下水具有两种不同的频率ω和Ω，Ω>> ω。在这两个系统中，物种生物量的响应幅度表现出不同机制的多重共振。共振发生在双谐力的低频和高频处。在单种群系统中，共振发生在地下水位高频分量的振幅g的离散值处。此外，生物量及其承载能力与双谐力的最佳同步发生在共振处。在两物种可激发时滞模型中，响应振幅（Q）曲线显示了几个共振平台区，在此区域物种生物量的演化周期保持不变，Q值与之成反比，响应振幅对时滞参数τ高度敏感，并显示出两个不同的共振区间序列，振幅随τ减小。
2013-04-15 nlin.CD q-bio.PE
Dynamic virtual ecosystems as a tool for detecting large-scale responses of biodiversity to environmental and land-use change
生态系统受动态过程的支配，如对资源的竞争、繁殖和扩散。这些因素塑造了它们的生物多样性以及系统如何应对变化。目前的方法来模拟生态系统，特别是植物，侧重于描述个别物种的细尺度过程或广泛的模式，为有限的植物功能类型的群体。植物标本馆和其他植物记录的数字化释放了大量信息，可用于驱动植物群落模型，并预测它们在不同气候变化情景下的未来。计算能力的提高和快速、高级编程语言的出现允许以前所未有的规模模拟这种景观。在这里，我们展示了一种通过综合物种特征环境建模（EcoSISTEM）进行生态系统模拟的工具，该工具可以模拟多个生态系统大小的植物物种，从斑块和小岛到区域和整个大陆。这些模拟的生态系统支持产生许多不同类型的栖息地的能力，以及再现不同的干扰情景，如气候变化，栖息地丧失和入侵。EcoSISTEM还通过整合植物发生记录和全球气候重建来再现真实世界物种分布的例子，以模拟过去一个世纪以来整个非洲大陆的植物物种。EcoSISTEM使我们能够灵活地探索一个大陆上成千上万个物种相互作用的动态。代码在高性能计算平台上的多个节点上高效并行，并已扩展到在1000多个核心上运行。它使我们能够研究气候，资源和栖息地变化的影响，并调查围绕气候变化和生物多样性丧失的现实机制。
2023-03-13 q-bio.PE q-bio.QM
A novel metric for species vulnerability and coexistence in spatially-extended ecosystems
本文针对空间扩展集合群落中的物种共存与灭绝风险，提出由竞争平衡导出的脆弱性新度量及竞争得分方法，并经两个热带森林数据集验证。
2025-03-13 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Scaling from traits to ecosystems: Developing a general Trait Driver Theory via integrating trait-based and metabolic scaling theories
基于特征的生态学的兴起使得人们越来越关注特征在群落中的分布和动态。然而，基于特征的生态学的一般理论，可以适用于不同的尺度（例如，大小不同的种类）和梯度（例如，温度），尚未制定。虽然专注于代谢和异速生长理论的研究为这种理论提供了基础，但它并没有明确说明分类群内部和之间的差异，例如最佳生长温度的变化。在这里，我们将基于特质的方法和代谢缩放方法合成为一个框架，我们称之为特质驱动理论或TDT。它表明，性状分布的形状和动态可以唯一地与社区组装的基本驱动因素以及社区将如何应对未来的驱动因素联系在一起。为了评估TDT的预测和假设，我们回顾了几个理论研究，最近的实证研究跨越本地和地理梯度。此外，我们分析了性状分布的变化如何影响生态系统生产力的海拔梯度和140年的生态实验。我们认为，我们的一般TDT提供了一个基线（一）重铸的预测生态理论的基础上物种丰富度的性状分布的形状;（二）整合具体的性状，包括身体大小，和功能多样性规模如何影响物种组合的动态跨越气候梯度和功能组成的变化如何影响生态系统功能。此外，它提供了一个新颖的框架，可以整合基于性状、代谢/异速生长和物种丰富度的方法，以建立更具预测性的功能生物地理学，以显示物种聚集如何以及将如何应对气候变化。
2015-02-23 q-bio.PE
Characterization of phase transitions in a model ecosystem of sessile species
我们考虑一个模型生态系统的固着物种竞争空间。特别地，我们考虑在[Mathiesen等人，Phys.Rev.Lett. 107，188101（2011）]，其中物种根据具有由伯努利过程确定的链接的固定相互作用网络进行竞争。在新种〈动〉引入率较低的情况下，随着物种间相互作用概率$γ$从零增加，模型表现出从高多样性状态到低多样性状态的不连续过渡.在这里，我们探索有限的引入速率和系统的大小上的相变的影响，通过利用高效的并行计算。我们发现$γ>γ_c$出现了低态。随着$γ$进一步增加，高状态接近低状态，表明两个状态在高$γ$合并的可能性。我们发现，在高状态下花费的时间的分数变得更长，更高的引入率，但这两个国家的可用性是相当不敏感的引入率的值。此外，我们还建立了引入率与系统规模之间的关系，该关系保持了系统保持高分集状态的概率。
2017-02-28 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
The feasibility of equilibria in large ecosystems: a primary but neglected concept in the complexity-stability debate
复杂性带来生态系统稳定性的共识在70年代受到了挑战，这一结果最近扩展到生态启发的网络。这些方法假设存在一个可行的均衡，即具有正丰度。然而，这一关键假设尚未得到验证。我们提供的分析结果补充模拟表明，平衡的可行性消失在物种丰富的系统。这一结果使我们处于一种不舒服的境地，在这种境地中，局部稳定性准则中所假设的可行平衡的存在远非理所当然。我们通过改变相互作用的结构和强度来扩展我们的分析，并发现无论物种丰富度如何，弱相互作用的可行性和稳定性都是必要的。有趣的是，我们发现，生态启发架构的动态行为是非常不同的，比非结构化系统更丰富。我们的研究结果表明，生态系统动力学的一般理解需要关注的相互作用强度和网络结构之间的相互作用。
2016-12-20 q-bio.PE
Labyrinthine clustering in a spatial rock-paper-scissors ecosystem
空间石头剪刀布生态系统，其中三个物种周期性地相互作用，是空间结构如何维持生物多样性的一个典型例子。我们在这里考虑这样一个系统的广泛的相互作用率。当一个物种生长得非常缓慢时，这个物种和它的猎物通过自组织成一个第三个物种繁殖的网状结构来控制系统。两个主要物种的簇尺寸分布具有重尾，并且通过复杂的空间反馈回路来稳定配置。我们引入了一个新的统计措施，量化的空间系统中的聚类量的平均场近似比较。据此，我们能够定量地解释了该结构如何减慢动力学和稳定系统。
2012-10-25 physics.bio-ph physics.soc-ph q-bio.PE
Environmental engineering is an emergent feature of diverse ecosystems and drives community structure
生态学的一个中心问题是理解塑造群落结构的生态过程。生态位理论强调竞争对维持物种多样性<动>的重要作用。这些见解中的许多都是使用麦克阿瑟的消费者资源模型（MCRM）或其概括得出的。大多数关于MCRM的理论工作都集中在具有少数物种和资源的小型生态系统上。然而，从小生态系统中获得的理论见解，许多不能扩展到具有许多资源和物种的大型生态系统，因为具有许多相互作用的组件的大型系统通常会显示新的涌现行为，这些行为无法通过分析较小的系统来理解或推断。为了解决这个缺点，我们开发了一个复杂的统计物理启发腔方法来分析MCRM时，物种的数量和资源的数量都很大。我们发现，在这个限制，物种一般和一贯扰乱他们的环境和显着修改可用的生态位。我们展示了我们的腔方法如何自然地将生态位理论推广到大型生态系统，通过考虑这种新兴的环境工程对物种入侵和生态稳定<动>的影响。我们的工作表明，环境工程是大型自然生态系统的一般特征，在分析和解释群落结构时必须考虑到。它还强调了植物物理学启发的方法在促进我们对生态学的理解方面可以发挥的重要作用。
2017-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Diversity, stability, and reproducibility in stochastically assembled microbial ecosystems
微生物生态系统是非常多样的，稳定的，通常由核心和外围物种的平衡混合物组成。在这里，我们提出了一个概念模型，展示所有这些新兴的属性与真实的生态系统数据，特别是物种的丰度和流行分布的定量协议。在我们的模型中，资源竞争和代谢的竞争驱动随机生态系统组装。我们证明，即使只提供一种资源，生态系统可以表现出高度的多样性，增加稳定性，并在样本之间的部分重现性。
2017-11-02 cond-mat.stat-mech q-bio.MN q-bio.PE
Estimation and Modelling of PCBs Bioaccumulation in the Adriatic Sea Ecosystem
持久性有机污染物是一个全球性的生态问题，因为它们能够在生物体中积累，并通过摄食连接逐种传播。在这项工作中，我们专注于持久性污染物在海洋生态系统中的生物累积动力学的估计和模拟，我们应用的方法重建的模型，在亚得里亚海的多氯联苯的生物累积，估计经过广泛的审查营养和多氯联苯的浓度数据亚得里亚海物种。我们的估计证明了亚得里亚食物网〈动〉<动>中多氯联苯的生物放大作用，以及生物积累对营养动态和渔业活动等外部因素的强烈依赖。
2014-05-25 q-bio.PE q-bio.QM
Self-organized biodiversity and species abundance distribution patterns in ecosystems with higher-order interactions
School of Ecology, Sun Yat-sen University（中山大学生态学院）；School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
本研究扩展广义Lotka-Volterra框架纳入高阶相互作用，证明其能增强生态系统稳定性并重现自然群落的物种丰度分布，凸显HOIs在构建生物多样性中的关键作用。
2025-07-29 nlin.CD physics.bio-ph q-bio.PE
Trends in bird abundance differ among protected forests but not bird guilds
改善监测和相关的推理工具，以有效地识别下降的鸟类种群，特别是稀有或稀疏分布的物种，是在大的时空区域知情的保护和管理的关键。我们使用一种新的层次模型评估了2006-2019年美国东北部8个国家公园森林网络中106种鸟类的丰度趋势。我们开发了一个多物种，多区域的移除采样模型，该模型在物种和公园之间共享信息，以推断稀有物种和稀疏采样的公园，并评估当地森林结构的影响。随着时间的推移，鸟类丰度的趋势在公园之间差异很大，但公园内的物种表现出相似的趋势。三个公园（Escherdia，Marsh-Billings-Rockefeller和Morristown）所有物种的鸟类丰度都有所下降，而三个公园（Saratoga，Roosevelt-Vanderbilt和Weir-Farm）则有所增加。鸟类丰度在中等水平的断面积和高水平的百分比森林和森林再生，与百分比森林有最大的影响。这些影响在公园之间的变化可能是森林结构阶段和多样性差异的结果。我们的新的层次模型，使丰富的网络，公园，行会和物种水平的估计。我们发现，在丰富的趋势在公园之间的变化很大，但不是在鸟类公会，这表明当地的森林条件可能有一个广泛的和一致的影响，在一个给定的公园内的整个鸟类群落。管理层应针对鸟类丰度总体呈下降趋势的三个公园，进一步确定哪些具体因素导致了整个鸟类群落的下降。了解鸟类群落如何对当地森林结构和其他压力源作出反应，对于明智和持久的…
2021-05-06 q-bio.PE
Predicting the species abundance distribution using a model food web
已经提出了大量的物种多度分布（SAD）模型，其中许多模型与对数正态分布相似，在描述给定的数据集时，它们通常无法与对数正态分布区分开来。生态数据集必然是生态系统的不完整样本，受到统计噪音的影响，并且不能容易地结合起来以产生更接近基本分布的近似值。在本文中，我们使用从生态系统模型中获得的经验数据，详细研究预测SAD，解决功能，可以区分模型，但在现场数据中看到的不好。我们发现，幂律正态分布优于对数正态分布和logit正态分布，并且数据可以在高人口截止值下改善。
2008-05-01 q-bio.PE
The joint influence of competition and mutualism on the biodiversity of mutualistic ecosystems
生态系统中物种之间的关系可以用复杂的网络来表示，其中同时存在负（竞争）和正（互利）相互作用。近年来的研究表明，许多生态系统可以形成互惠网络，嵌套减少了物种间的有效竞争，从而促进了互利的相互作用，增加了共存物种的数量或生物多样性。然而，目前的方法忽略了种间竞争的结构，采用平均场的观点，没有处理好竞争的相互作用。在这里，我们介绍了一个框架的基础上的概念，多层网络，自然占互利和竞争。因此，我们放弃了平均场假设，并显示，通过动态人口模型和数值模拟，有一个复杂的关系之间的竞争和互惠。具体来说，我们表明，当所有的相互作用都考虑在内，互惠并不具有相同的后果，专家和通才物种的进化。这导致了一个非平凡的配置文件中的参数空间的竞争和互惠的生物多样性。我们的研究结果强调如何同时考虑积极和消极的相互作用，有助于我们理解生态系统中的拓扑结构和生物多样性之间的微妙权衡，并呼吁重新考虑以前的理论生态学研究结果，因为它们可能会影响互惠系统的结构和动力学稳定性。
2017-03-17 physics.soc-ph q-bio.PE
Estimating the probability of coexistence in cross-feeding communities
许多微生物生态系统的动力学是由交叉喂养相互作用驱动的，其中一些物种分泌的代谢物被其他物种进一步代谢。这种生态系统的种群动力学受频率依赖选择的支配，这种选择允许两个或两个以上的物种稳定共存。本文分析了一个基于复制子方程的交叉取食模型，目的是在给定三个物种在三个单独的对中共存的能力的信息，即三个两物种组成系统的长期动态的情况下，建立三个物种共存的准则。三重系统的统计研究和共存的物种三重态的概率计算两种模型的物种相互作用。的相互作用参数建模为随机独立或组织在一个层次结构中，任何衍生的代谢物携带的能量比以前的营养物质在代谢链中。我们区分不同的共存模式相对于成对的动态的物种，并发现共存的概率接近$\frac12$的三重系统与三个成对共存对和所谓的不传递系统。系统与两个和一个成对共存对更有可能存在随机相互作用参数，但另一方面，不太可能表现出三重共存。因此，我们得出结论，从统计学的角度来看，某些物种的三胞胎是罕见的，但如果允许相互作用，则可能共存。这些知识可能有助于构建用于工业目的的合成微生物群落。
2016-08-15 q-bio.PE
