一种应用于有害藻类水华的NPZD模型中的前向滞后和霍普夫分岔
摘要：营养-浮游植物-浮游动物-腐殖质（NPZD）模型描述了浮游植物、浮游动物系统及其生态系统之间的相互作用，并用于预测它们的生态和进化种群动态。这些生物形成了水生生态系统的基础两个营养级别。因此，理解它们的种群动态以及干扰如何影响这些系统至关重要。在这里，我们从基本的NPZ建模框架出发，将浮游植物过度繁殖对浮游动物的有害影响加以考虑-这代表了有害藻类水华（HAB）建模的重要下一步-并将营养部分分成一个NPZD模型。然后，我们对基于该新模型的NPZ系统进行数学分析，包括平衡点的局部和全局稳定性、霍普夫分岔条件以及前向滞后现象，即出现多个吸引子的双稳态。最后，我们将阈值分析扩展到NPZD模型，该模型在不同的参数范围内显示了具有双稳态的前向滞后现象和霍普夫分岔，并在加入季节性和生态干扰后考察其生态学意义。最终，我们以浮游植物和浮游动物的持久阈值的相对值来量化生态系统的健康状况，发现（i）足够倾向于浮游植物而导致浮游植物持久性数值相对较大的生态系统容易受到HAB和（局部）浮游动物灭绝的威胁，（ii）即使是健康的生态系统在相对较短的时间尺度上对营养耗竭非常敏感。
作者：Joshua C. Macdonald, Hayriye Gulbudak
论文ID：2307.06234
分类：Populations and Evolution
分类简称：q-bio.PE
提交时间：2023-07-13