基于复杂生活史的水母暴发机理的模型研究

Jellyfish blooms have become one of the most serious types of marine ecological disasters, damaging marine ecosystem and imperiling marine ecological security. The proliferation of medusae derives from the complex life cycle and is driven by the changes of marine environment. It is crucial to reveal the mechanisms of jellyfish outbreaks by analyzing the internal and external reasons comprehensively. However, most studies instead focus on the biological and statistic levels by the ecological adaptable experiments, and the models for mechanisms are needed urgently. ..In the project, we attempt to take the life history of jellyfish as the object, focus on the outbreaks of the large disaster jellyfish and start from the influence of environmental factors on the stages of life cycle by the differential equations. By proposing the ecological stoichiometric models and the reaction-diffusion models on patches with nonlocal delays, we discuss the effects of temperature, stoichiometry and living space changes caused by global warming and substrate expansion on the processes of life cycle. From time to space, from macro to micro, from single factor to multi-factor synergistic effects, we try to reveal the key processes of the life cycle, illustrate crucial environmental factors and mechanisms which trigger jellyfish blooms. We also predict the temporal and spatial evolution of jellyfish population. We hope that the expected research achievements of the project can provide new theoretical references and methods for the mechanisms of jellyfish blooms, and lay the foundation for further studies of the mechanisms of jellyfish outbreaks in the ecological level.

水母暴发，已成为最严重的海洋生态灾害之一，破坏海洋生态系统，危及海洋生态安全。水母数量激增内源于其复杂的生活史，外控于海洋环境变化，对内外因综合研究是揭示水母暴发机理的关键所在。目前的相关研究主要集中在纯生物学角度的生态适应性实验和统计分析，进行机理模型研究迫在眉睫。. 本项目将以水母生活史为研究对象，以近海大型灾害水母暴发为核心，以环境变化对生活史各阶段的影响为切入点，通过建立生态化学计量学模型和具有斑块的非局部时滞反应扩散模型，讨论全球变暖和基质扩张所引起的温度、化学计量及生存空间的改变对生活史各过程的影响。从时间到空间、从宏观到微观、从单因素影响到多因素协同作用，揭示生活史关键过程，阐明诱发水母数量激增的关键环境因子及触发机制，预测水母种群的时空演变。本项目预期的理论成果将为水母暴发机理的研究提供新的理论借鉴和研究思路，为进一步研究水母在生态层面的暴发机制奠定基础。

水母暴发仍然是世界性难题。研究海洋环境变化对水母生活史各过程的影响是从内因和外控两个方面分析水母激增的原因，是揭示水母暴发机理的关键一步。.本项目聚焦东亚海域的三大灾害水母，以本人前期建立的钵水母生活史模型(PM)为基础，以环境变化对生活史各阶段的影响为切入点，细化生活史阶段变量，构建以生活史为基础的种群动力学模型。(1)为研究温度年际变化对水母生活史的影响，我们建立了季节驱动下的PM非自治模型和具有年龄结构的足囊-水螅体-水母体(CPM)的动力学模型，研究指出温度的周期性变化是水母季节性暴发的驱动力；水母体数量激增敏感依赖于自下而上的补充；横裂是影响水母丰度的关键过程；控制水母的有效策略是增加碟状体的捕获和减少人为基质扩张。(2)为探索多因素协同作用对水母生活史的影响，我们建立了耦合温度和盐度年际变化的水螅体-碟状体-水母体(PEM)生活史模型，研究指出横裂生殖和水母体死亡是影响水母种群规模的关键过程；定期测量和刮除海岸基质表面的附着生物是最有效的控制策略；盐度对系统影响不大，受温度年际变化影响的横裂生殖和碟状体发育可为水母暴发的时间提供理论参考。(3)为揭示人为基质扩张对水母分布的影响，我们建立了具有密度制约效应的分布时滞模型(CPMK)及水螅体-水母体的反应扩散模型，研究指出水螅体在沙蜇生活史中具有重要作用，其死亡率的增加对系统会产生复杂的影响；种群数量随着基质最大容纳量的增加而明显增加；控制基质扩张是控制水母数量激增的有效策略；温度将对水螅体和水母体斑图类型及丰度产生重要的影响。.我们以水母生活史模型(PM)为圆心，以不同维度、不同因子为半径，努力得到水母种群动力学模型的圆面。希望通过我们的研究，能够为揭示生活史关键过程，阐明诱发数量激增的关键环境因子，预测种群的时空演变，制定防控减灾政策提供理论依据。