Mathematics for Ecology and Environmental Sciences pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Takeuchi, Yasuhiro (EDT)/ Iwasa, Yoh (EDT)/ Sato, Kazunori (EDT)

出品人:

页数:184

译者:

出版时间:

价格:1387.00元

装帧:

isbn号码:9783540344278

丛书系列:

图书标签:

数学
生态学
环境科学
建模
生物数学
统计学
微分方程
数据分析
应用数学
科学计算

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具体描述

Dynamical systems theory in mathematical biology has attracted much attention from many scientific directions. The purpose of this volume is to discuss the many rich and interesting properties of dynamical systems that appear in ecology and environmental sciences. The main topics include population dynamics with dispersal, nonlinear discrete population dynamics, structured population models, mathematical models in evolutionary ecology, stochastic spatial models in ecology, game dynamics and the chemostat model. Each chapter will serve to introduce students and scholars to the state-of-the-art in an exciting area, to present important new results, and to inspire future contributions to mathematical modeling in ecology and environmental sciences.

《环境与生态系统动力学：从理论到应用》本书简介《环境与生态系统动力学：从理论到应用》是一部深度探讨现代生态学和环境科学核心概念的专著。本书旨在为读者构建一个全面且严谨的知识框架，涵盖从基础的种群生态学原理到复杂的群落结构、生物多样性维持机制，以及环境变化对生态系统功能的影响。本书特别强调理论模型与实地观测和实验验证的结合，力求展现学科前沿的研究方法和解决实际环境问题的潜力。第一部分：生态学基础与种群过程本书开篇即深入解析了种群生态学的基石。我们将详细阐述决定种群增长和密度的基本参数，包括出生率、死亡率、迁入迁出率。经典模型如指数增长模型、逻辑斯蒂增长模型被细致剖析，并扩展到更具现实意义的结构化种群模型，例如基于年龄或生命阶段的模型。特别地，本书着重讨论了密度依赖性效应的复杂性。我们不仅讨论了捕食、竞争和疾病在调节种群动态中的作用，还引入了时间延迟、随机性（环境随机性和个体差异）对种群轨迹的深远影响。例如，对于处于破碎化栖息地中的小型种群，我们探讨了厄运循环（extinction vortex）的机制，以及如何利用最小可行种群规模（MVP）的概念指导保护工作。第二部分：群落生态学与相互作用在种群动态的基础上，本书转向群落层面，探究物种间如何共存、竞争并塑造群落的结构。核心章节系统梳理了生态位理论，包括竞争排斥原理、资源梯度理论，以及中性理论（Neutral Theory）的兴起及其在解释生物多样性模式中的贡献和局限性。相互作用的分析是本部分的一大亮点。我们详尽讨论了不同类型的共生关系——互利共生、偏利共生和寄生——它们如何影响物种的适应度和群落的整体生产力。捕食者与被捕食者之间的动态关系，特别是洛特卡-沃尔泰拉模型的延伸，如考虑环境变异和非线性反应，被作为经典案例进行深入分析。此外，生物入侵研究被置于重要地位。本书不仅回顾了入侵物种的特征和扩散机制，更重要的是，构建了评估入侵影响的理论框架，包括对本地群落结构、生态系统功能及服务的影响评估方法。第三部分：生态系统过程与生物地球化学循环本书的中间部分将视角拓展至生态系统层面，聚焦于物质和能量的流动。我们将详细阐述初级生产力的测量方法和影响因素，以及营养级联（Trophic Cascades）如何通过食物网结构传递能量，并影响物质循环的速率。能量流动的章节涵盖了从光合作用效率到呼吸消耗的完整链条，讨论了生态效率（如林登曼效率）在不同生态系统类型中的变异性。物质循环部分，特别是碳、氮、磷循环，被视为生态系统稳定性和功能的核心。书中不仅复习了这些元素在生物圈、大气圈、水圈和岩石圈之间的关键转化过程（如固氮、硝化、反硝化），还探讨了人为干扰（如化石燃料燃烧、农业活动）如何打破这些循环的自然平衡，导致全球性环境问题，如酸化和富营养化。第四部分：环境变化与生态系统响应当代生态学面临的最大挑战来自快速变化的环境。本部分致力于解析气候变化、土地利用变化和污染对生态系统的多尺度影响。关于气候变化，我们侧重于其对物种生理、物候（Phenology）和分布范围的直接影响。书中引入了将气候模型输出转化为生态学预测的耦合方法，并探讨了海洋酸化和极端天气事件对海洋和陆地生态系统的结构性冲击。土地利用变化，特别是栖息地破碎化和连通性丧失，被视为影响生物多样性丧失的主要驱动力。本书详细介绍了景观生态学的核心工具和概念，如斑块-廊道-基质模型，以及如何利用空间统计学方法量化连通性对物种迁移和遗传交流的影响。污染生态学部分，本书超越了简单的毒性反应，转而关注污染物在食物网中的生物放大和生物累积过程，以及微量污染物（如内分泌干扰物和抗生素）对生态系统复杂功能的慢性、隐蔽性影响。第五部分：应用生态学与管理实践本书的最后一部分将理论知识转化为实际管理工具。我们探讨了保护生物学中的关键策略，包括建立自然保护区网络（基于最小可行区域和热点保护原则）、物种拯救计划的设计，以及如何量化和管理生态系统服务（Ecosystem Services）。生态系统服务评估章节，我们涵盖了从纯粹的生态学价值到经济学评价的桥梁构建，例如价值替代法、市场价格法在评估水源涵养、授粉服务中的应用。此外，本书还介绍了生态修复（Ecological Restoration）的科学基础和方法论，包括退化土地的生物多样性恢复、入侵物种的控制策略以及恢复过程中的动态监测和反馈机制。目标读者本书内容严谨，覆盖面广，适合于生态学、环境科学、地理学、资源管理等相关专业的高年级本科生、研究生，以及从事环境咨询、自然资源管理和政策制定的专业人士作为深入学习和参考的工具书。本书的理论深度和对前沿应用的关注，确保了其在指导未来环境科学研究和实践中的重要价值。