具有Beddington-DeAngelis功能性反应的害虫防治系统

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近年来,脉冲微分系统模型被引入到种群动力学研究中,并得到了越来越多学者的关注.脉冲微分方程能够充分考虑到种群生长过程中的瞬时突变对状态的影响,能够比较精确地刻画这类系统的发展变化规律,在种群动力学研究中具有重要的理论意义和实际应用价值.利用脉冲微分方程模型研究害虫防治问题成为生态学研究中的一个重要方面.在生物控制领域,对害虫的控制问题是农牧民和生态部门关心的重要问题,如何既经济又有效地防治害虫,已经成为众多数学家,生态学家共同关注的问题.对害虫的防治主要有三种策略:生物防治,化学防治和综合防治.生物防治对环境无污染,但见效较慢;而化学防治成本低,见效快,但长期使用会对环境造成危害;综合防治是将生物防治和化学防治结合起来的防治策略.在害虫的治理中,既要有效地将害虫控制在一定数量之下,也要考虑到对生态环境和生态平衡的影响,因此,需要结合实际情况选择害虫控制策略,适时选取生物防治策略(比如投放天敌)或化学防治策略(比如喷洒杀虫剂),目的要使在害虫能得到有效防治的条件下尽可能保护好生态环境.本文研究两类具有Beddington-DeAngelis功能性反应和脉冲效应的害虫防治系统,研究模型系统的动力学行为,研究结果对农业生产中的害虫防治问题具有一定的现实指导意义,主要研究内容和成果为:首先研究一类在周期环境中具有Beddington-DeAngelis功能性反应和脉冲效应的害虫综合防治模型,并综合考虑了天敌的密度制约因素对模型的影响.每隔一定的时间,以脉冲形式喷洒一次杀虫剂,并投放一定数量的天敌以控制害虫数量的增长.首先证明了模型解的正性与最终有界性;其次证明了害虫灭绝周期解的存在性,进一步利用Floquet理论得到了害虫灭绝周期解局部渐近稳定的条件,利用脉冲微分系统的比较定理得到了害虫灭绝周期解全局渐近稳定的条件,进一步运用比较定理证明了当局部渐近稳定的条件不成立时,系统是持续生存的并且证明了害虫灭绝性对初始种群数量的依赖性.最后通过数值模拟,验证所得理论结果的正确性.本文还研究了周期环境中具有Beddington-DeAngelis功能性反应以及害虫具有阶段结构和时滞的害虫生物防治问题.为防治害虫,每个周期内以脉冲形式投放一定数量的天敌.首先证明了系统解的正性与最终有界性;其次,应用时滞微分系统的相关理论和脉冲微分系统的比较方法得到了害虫灭绝周期解的全局吸引性和系统持续生存性的条件.
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