大象种群的管理
摘要
一家大型自然公园散养了大约11000头大象,为了给大象创造一个健康的生存环境,需要将大象的总数控制在11000头左右。本文通过一系列的研究,算出了大象的存活率,推测了大象的年龄结构,提出了大象的总数的控制方案。
第一问:通过过去两年运走的大象数目,根据随机抽样的规律知,抽样大象的数目反应了大象当前的年龄结构(详见问题一中的年龄结构图表),再用分组求平均值的方法测出大象2~60岁的存活率为:98.14%,之后的存活率线性递减,到70岁之后存活率为0.
第二问:本题中通过leslie模型,对大避孕针后新的有效生育率进行求解,进而得出每年需要避孕的大象头数。而其中又讨论了三种情况:
(1)不考虑重复避孕的母象头数,直接对13~60岁间的大象避孕,所需避孕的头数为1143。(2)不考虑重复避孕的母象头数,大避孕针可能打到所有的年龄段,此时得出需要避孕的大象增多,为1757头。(3)考虑重复避孕的情况,整个年龄段都可以打避孕药,则每年需要避孕2195头大象。
第三问:如果考虑每年可以迁出50~300头大象,此处我们有两种理解,建立了两个模型:
(1)每年大象的头数稳定增加,增长率为0.004545~0.02727,然后在每年的年末移出50~300头大象,这样就可以控制大象的头数稳定在11000头,根据leslie模型,这样就可以算出特征值为1.004545~1.02727,根据特征值求出此时避孕后的有效生育率为0.0609~0.1224,若不考虑重复避孕,可得每年需避孕13~60岁间的大象217~1009头,亦可以避孕所有年龄大象中的425~1593头;如果考虑重复避孕,则:可得每年需避孕所有年龄大象中的443~1933头。
(2)考虑leslie模型的特征值是一定的,为1,但其存活率因为大象的移走而不断变化,对此分析考虑,所得结果具体见论文中表格。
第四问:研究可得,因为避孕使得种群年龄结构老龄化,导致种群的稳定性减弱。假如出现疾病或者失控的偷猎,使大象总数突然大幅度下降,即使停止避孕,总数恢复到期望值也需要很长时间,并且会对大象群的种群结构产生很大影响,对于恢复存在不良影响。
最后,对所设立的方案模型通过蒙特卡罗随机模拟法进行计算机模拟,验证以上计算的理论结果,模拟结果表明,结果是合理的。
问题背景:
一家大型自然公园散养了大约11000头大象,管理部门希望为大象创造一个健康的生存环境,将大象的总数控制在11000头左右。每年,公园的管理人员都要统计当年大象的总数。
过去20年里,公园每年都要移去一些大象,以便保持大象总数维持在11000头左右,通常都是采用捕杀或者迁移的方法来实现的。统计表明,每年约处理600-800头大象。
近年来,公众强烈反对捕杀大象行为,而且即使是迁移少量的大象也是不允许的。但是一种新的给大象打避孕针的方法也被研制成功。一只成年母象打了避孕针后,两年内不再怀孕。
1 建立并利用模型推算2-60岁大象可能的存活率,以及目前的大象年龄结构.
2估计每年需要避孕多少大象,才能保证大象总数控制在11000头左右,说明数据不确定性对你的结论的影响。
3假设每年可以移出50-300头大象,避孕大象数可以减少多少。
4有一些反对观点认为,假如出现疾病或者失控的偷猎,使大象总数突然大幅度下降,即使停止避孕,也会对大象群的恢复存在不良影响,研究并回答这个问题.
模型假设:
1几乎没有大象迁入或迁出;
2性别比接近1:1,采取控制后,也维持这个比例;
3初生象的性别比也是大约1:1;
4母象初次怀孕大约在10-12岁,一直到60岁大约每3.5年怀胎一次,60岁后不再受孕,怀孕期为22个月,可以假设母象均在11岁怀孕,且从13岁开始生出小象。
5取按年循坏的方案;
6避孕针对母象没有副作用,打了避孕针的母象2年内不再受孕;
7假设初生象存活到1岁的比例为75%,此后,直至60岁前,存活率都比较均匀,大约在95%以上, 大象一般只活到70岁,设其在60~70之间的存活率线性递减,而70岁往后的死亡率为100%。
8公园里不存在捕杀行为,偷猎可以不考虑。
符号说明:
1、 :第i年龄组母象个体在1个时段内平均繁殖的数量。
2、 :第i年龄组母象个体在1个时段内的存活率。
3、 L : leslie 矩阵。
4、 n: 移出大象的头数。
5、 r : 特征值。
6、 q1: 母象的总数。
7、 为岁数为t的大象在第i年时的个数
问题一
建立并利用模型推算2-60岁大象可能的存活率,以及目前的大象年龄结构.
模型1:
过去两年迁出的大象时从随机
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