1、生物種群的研究方法正在從靜態(tài)走向動態(tài)模擬,從定性描述走向定量和模型化,并向多學科交叉的方向發(fā)展。植物生長動態(tài)模型就是集多學科知識為一體,以數學模型、系統(tǒng)分析原理和計算機模擬的技術來定量地描述植物的生長、發(fā)育、產量形成的過程及其對環(huán)境的反應。因此,采用植物生長動態(tài)模擬方法不但可以預測生物量,而且便于對生長過程進行分析,從機理上揭示不同植物生物量形成的內在規(guī)律及其與環(huán)境的關系,有助于進一步認識組成草原群落的各個種群的增長特點及互補功能,對把

2、握草地的可持續(xù)利用具有重要意義。 論文以種群生態(tài)學理論為指導,以著名的Logistic方程為基礎,建立了植物生物量積累隨單因素和多因素變化的數學模型,運用數理統(tǒng)計及微分方程理論,結合計算機模擬技術,在內蒙古典型草原退化后圍欄封育24年的羊草+大針茅樣地,選擇不同退化階段的代表性植物羊草、大針茅、冰草、冷蒿,對其在同一個生長季內的生長動態(tài)及其差異進行模擬和比較研究；作為對經典的Lotka-Volterra模型的演繹和應用,建立了植

3、物對水分利用的種間競爭模型,以羊草、大針茅為對象,模擬其競爭狀態(tài)下的生長動態(tài),分析植物生長系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (1)闡述選用代表種(重要種)羊草、大針茅、冰草、冷蒿的研究依據及意義；運用數理統(tǒng)計方法,分別對采樣數據進行分析、檢驗,結果表明,每一采樣日期下的植物單株生物量數據基本滿足正態(tài)分布。 (2)根據實測數據,采用多種數量化指標,分別比較一個生長季內的生長動態(tài)、絕對生長速率AGR、相對生長速率RGR。結果表明,植物地上生物量均呈S

4、形增長,8月中旬達到最大值；主要生長季內受降水不足的抑制作用依次為：羊草>冰草>大針茅>冷蒿。生長主要集中在中前期,AGR大小依次為：冷蒿(0.0993 g·株-1·d-1)>大針茅(O.0295 g·株-1.d-1)>羊草(0.0024 g·株-1·d-1)>冰草(0.0022 g·株-1·d-1)。生長季初期RGR均表現出最高,依次為：冷蒿(0.1079 g·株-1·d-1·g-1)>大針茅(0.0643 g·株-1·d-1·g-1

5、)>羊草(0.0553 g·株-1·d-1·g-1）>冰草(0.0422g·株-1·d-1·g-1)。不同的生活型,其生長曲線、生長速率都存在很大的差異,但同屬于根莖型的羊草和冰草,其生長動態(tài)卻明顯相似。 (3)采用Logistic模型分別對其一個生長季內的生長動態(tài)及其差異進行模擬和比較研究。根據種群動態(tài)模型的一般形式,推導了個體生長模型的數學依據；通過對Logistic模型進行求解和分析,結合生態(tài)學理論,將植物生長劃分為四個階

6、段,確定了速生期和突變點：結合模型分析詮釋了模型的物理意義；對植物的持續(xù)生長期從生態(tài)學的角度給出了時間概念上的定義及相應的解釋,并由此對草地管理及可持續(xù)利用提出了保護建議。根據實測數據進行擬合,結果表明,四種植物均符合Logistic增長,擬合方程分別為： y=0.200/1+e2.032-0.0604,y=1.205/1+e2.608-0.0421,y=0.156/1+e2.770-0.0771,y=3.177/1+e2.770-0.

7、0771,由模型求出了植物的最大生長速度,從大到小依次為：冷蒿6.112e-02(g·株-1·d-1)>大針茅1.267e-02(g·株-1·(d-1)>羊草2.995e-03(g·株-1·d-1)>冰草1.561e-03(g·株-1·d-1);分屬于不同生活型的羊草、大針茅、冷蒿在生長速度及生長曲線上均存在較大差異,而同一生活型(life form)中,羊草和冰草二者差異不大,在整個生長季內呈現相似的動態(tài)變化。 (5)運用偏相關分析和

8、逐步回歸法確定了降水和積溫因子是4種植物生物量形成的重要因子,但降水較積溫因子的影響更大(γ12,3>r13,2;R21(2)>R21(3));對4種植物影響的重要性次序為：羊草(0.964)>冰草(0.937)>大針茅(0.928)>冷蒿(0.906);積溫對植物影響的重要性次序為：羊草(0.918)>大針茅(0.909)>冰草(0.875)>冷蒿(0.754)。采用本文建立的單因素、多因素的植物生長模型,分別對4種植物生長特征進行了

9、模擬和比較,結果表明,植物單株生物量隨降水量變化、積溫變化以及水熱因子共同變化的潛在最大值一致表現為：冷蒿>大針茅>羊草>冰草,說明冷蒿具有較大的產量潛力；相對生長率的最大值一致表現為：冷蒿>大針茅>羊草>冰草,其中羊草和冰草的產量潛力、相對生長率最大值、相對生長率取得最大值的時間都很接近,說明二者具有相似的生長特征。 (6)植物種間競爭模型的建立與分析。針對水分是當地植物生長限制因子的現實,建立了一個以水資源為約束條件的種間競爭的植物

10、生長模型：與經典Lotka-Volterra模型相比,在涉及第二個種的地方引入了生態(tài)因子項,用以描述羊草與大針茅在競爭狀態(tài)下的生長動態(tài)；并運用微分方程穩(wěn)定性理論,分析了植物生長系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據參數p3、q2的含義,分別對假定q2=q2(N2)=r1/1+a2N2,p3=p3(N1)=r2/1+a1N1的情形下,進行了計算機模擬與數值分析,得到了各參數及模擬圖象。結果表明,羊草和大針茅的生長均表現出與環(huán)境一定程度的適應性,其中羊草相對大