数学模型在生态学的应用及研究（38） [The application and research of mathematical model in ecology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨东方，苗振清 著

图书标签:

• 数学模型
• 生态学
• 应用研究
• 生态建模
• 数理生态学
• 生物数学
• 生态系统
• 模型分析
• 生态预测
• 交叉学科

出版社： 海洋出版社

ISBN：9787502797881

版次：1

商品编码：12218433

包装：平装

外文名称：The application and research of mathematical model in ecology

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

页数：306

字数：460000##

内容简介

　　通过阐述数学模型在生态学的应用和研究，定量化地展示生态系统中环境因子和生物因子的变化过程，揭示生态系统的规律和机制以及其稳定性、连续性的变化，使生态数学模型在生态系统中发挥巨大作用。在科学技术迅猛发展的今天，通过该书的学习，可以帮助读者了解生态数学模型的应用、发展和研究的过程；分析不同领域、不同学科的各种各样生态数学模型；探索采取何种数学模型应用于何种生态领域的研究；掌握建立数学模型的方法和技巧。此外，该书还有助于加深对生态系统的量化理解，培养定量化研究生态系统的思维。
　　《数学模型在生态学的应用及研究（38）》主要内容为：介绍各种各样的数学模型在生态学不同领域的应用，如在地理、地貌、水文和水动力以及环境变化、生物变化和生态变化等领域的应用。详细阐述了数学模型建立的背景、数学模型的组成和结构以及其数学模型应用的意义。
　　《数学模型在生态学的应用及研究（38）》适合气象学、地质学、海洋学、环境学、生物学、生物地球化学、生态学、陆地生态学、海洋生态学和海湾生态学等有关领域的科学工作者和相关学科的专家参阅，也适合高等院校师生作为教学和科研的参考。

内页插图

目录

青藏高原山地的系统模型
三维河流的动力学模型
显式动力学的计算
生态旅游资源的评价模型
退耕后的粮食安全指数计算
晋祠泉流量的模拟
水资源总量的计算
稀性泥石流对排导槽的破坏分析
饱和砂土地震液化模型建立
黄土高原分形沟网分维计算式
积雪的变化趋势计算
ESR测年的基本原理
坡面径流侵蚀的能量分析
滑坡防治工程的最大抗间距估算模型
工程中可拓决策技术模型
祁连山林区的气候特征
土壤侵蚀137Cs示踪法的计算模型
粮食安全的预警模型
山区高空间的气温分布模型
渠道砼衬砌的冻胀模型
扇贝柱的微波干燥公式
小麦排种器的排种轮模型
温室内外的太阳辐射计算
覆盖材料的传热系数公式
热水加温的室内温度预测模型
冬小麦生长的评估模型
冬小麦的灌溉模型
反刍动物的甲烷排放预测模型
灌区水资源的优化配置模型
喷雾的雾滴分布质量模型
土地当量比的农业资源评价模型
油菜籽脱皮的冷榨压榨比模型
黄粒米的质量评定模型
灌溉分区的节水模型
复垦区的可垦性评价模型
小麦叶色的光照识别模型
海滩剖面的预测模型
泥沙的回淤模型
海浪的特征波陡公式
船闸基坑的稳定公式
垃圾渗漏水的预测模型
近岸波浪的折射绕射方程
农林复合系统的环境评价模型
植物物料的浸提动力学模型
土壤保水剂的持水性能模型
热量资源的推算模型
枯草芽孢杆菌的超高压杀灭模型
控制排水的盐分平衡方程
覆膜滴灌棉田的蒸散量模型
黄瓜的水分生产函数
分区给水的优化模型
水土的流失变化模型
地表的太阳辐射模型
地下水的三维流运动模型
水稻灌溉的优化模型
黄瓜叶片的光合速率模型
温室的小气候模型
树上柑橘的识别模型
地理信息的SCS模型
土壤溶质的运移方程
水稻播种量的监测模型
水资源的供需平衡模型
作物生产力的评价模型
压榨取油的渗透模型
磁力泵的磁力平衡模型
农田的固碳潜力公式
水稻冠层的蒸散模型
冬小麦的二氧化碳日收支模型
黑龙江省的生态足迹模型
生态系统恢复力的评价模型
森林公园的景点评价模型
城市空间的扩展模型
旱地作物的水分平衡方程
沙土的内排水模型
丹顶鹤的繁殖生境模型
陕西植被的覆盖度模型
城市森林的景观连接度模型
流域洪水的特征模型
泥石流的冲击模型
蔬菜基地的环境评价公式
盆地洪涝的时间序列模型
流域发展的协调度模型
高寒草甸的层带模型
土壤元素间的相关性
细沟的临界断面方程
降水引起径流量的变化公式
斜坡失稳时间的协同模型
集水区的侵蚀结构模型
旅游资源的评价模型
泥石流的流域边界公式
自然保护区的生态等级评价指数
温室工程的价值公式
耕地变化的驱动力模型
土壤的盐渍化模型
农业种植的空间格局模型
农田信息的采集系统模型
温室覆盖材料的传热模型
作物产量的监测模型

前言/序言

　　细大尽力，莫敢怠荒，远迩辟隐，专务肃庄，端直敦忠，事业有常。
　　——《史记·秦始皇本纪》
　　数学模型研究可以分为两大方面：定性和定量的，要定性地研究，提出的问题是“发生了什么或者发生了没有”；要定量地研究，提出的问题是“发生了多少或者它如何发生的”。前者是对问题的动态周期、特征和趋势进行了定性的描述。而后者是对问题的机制、原理、起因进行了定量化的解释。然而，生物学中有许多实验问题与建立模型并不是直接有关的。于是，通过分析、比较、计算和应用各种数学方法．建立反映实际的且具有意义的仿真模型。
　　生态数学模型的特点为：（1）综合考虑各种生态因子的影响。（2）定量化描述生态过程，阐明生态机制和规律。（3）能够动态地模拟和预测自然发展状况。
　　生态数学模型的功能为：（1）建造模型的尝试常有助于精确判定所缺乏的知识和数据，对于生物和环境有进一步定量了解。（2）模型的建立过程能产生新的想法和实验方法，并缩减实验的数量，对选择假设有所取舍，完善实验设计。（3）与传统的方法相比，模型常能更好地使用越来越精确的数据，从生态的不同方面所取得材料集中在一起，得出统一的概念。
　　模型研究要特别注意：（1）模型的适用范围：时间尺度、空间距离、海域大小、参数范围。例如，不能用每月的个别发生的生态现象来检测1年跨度的调查数据所做的模型。又如用不常发生的赤潮的赤潮模型来解释经常发生的一般生态现象。因此，模型的适用范围一定要清楚。（2）模型的形式是非常重要的，它揭示内在的性质、本质的规律，来解释生态现象的机制、生态环境的内在联系。因此，重要的是要研究模型的形式，而不是参数，参数是说明尺度、大小、范围而已。（3）模型的可靠性，由于模型的参数一般是从实测数据得到的，它的可靠性非常重要，这是通过统计学来检测。只有可靠性得到保证，才能用模型说明实际的生态问题。（4）解决生态问题时，所提出的观点，不仅从数学模型支持这一观点，还要从生态现象、生态环境等各方面的事实来支持这一观点。
　　本书以生态数学模型的应用和发展为研究主题，介绍数学模型在生态学不同领域的应用，如在地理、地貌、气象、水文和水动力以及环境变化、生物变化和生态变化等领域的应用。详细阐述了数学模型建立的背景、数学模型的组成和结构以及其数学模型应用的意义。认真掌握生态数学模型的特点和功能以及注意事项。生态数学模型展示了生态系统的演化过程和预测了自然资源可持续利用。通过本书的学习和研究，促进自然资源、环境的开发与保护，推进生态经济的健康发展，加强生态保护和环境恢复。
　　本书获得温室大棚土壤有机碳淋溶迁移研究”（国家自然科学基金项目31500394）、浙江海洋大学的出版基金、西京学院的出版基金、中原工学院的出版基金、贵州民族大学博点建设文库、“贵州喀斯特湿地资源及特征研究”（TZJF-2011年-44号）项目、“喀斯特湿地生态监测研究重点实验室”（黔教合KY字[2012]003号）项目、贵州民族大学引进人才科研项目（[2014]02）、土地利用和气候变化对乌江径流的影响研究（黔教合KY字[2014]266号）、威宁草海浮游植物功能群与环境因子关系（黔科合LH字[2014]7376号）以及国家海洋局北海环境监测中心主任科研基金——长江口、胶州湾、浮山湾及其附近海域的生态变化过程（05EMC16）的共同资助下完成。
　　此书得以完成应该感谢北海环境监测中心的主任姜锡仁研究员、上海海洋大学的副校长李家乐教授、浙江海洋大学校长吴常文教授、贵州民族大学校长陶文亮教授、西京学院校长任芳教授和中原工学院校长俞海洛教授；还要感谢刘瑞玉院士、冯士筰院士、胡敦欣院士、唐启升院士、汪品先院士、丁德文院士和张经院士。诸位专家和领导给予的大力支持，提供的良好的研究环境，成为我们科研事业发展的动力引擎。在此书付梓之际，我们诚挚感谢给予许多热心指点和有益传授的其他老师和同仁。
　　本书内容新颖丰富，层次分明，由浅入深，结构清晰，布局合理，语言简练，实用性和指导性强。由于作者水平有限，书中难免有疏漏之处，望广大读者批评指正。
　　沧海桑田，日月穿梭。抬眼望，千里尽收，祖国在心间。
　　杨东方 苗振清
　　2015年8月7日

现代生物工程学前沿进展与实践 作者： 李明 教授, 张伟 博士 出版社： 科学技术文献出版社 出版日期： 2024年5月 ISBN： 978-7-5045-9876-1 --- 内容简介 本书全面系统地梳理了近年来生物工程领域取得的突破性进展与关键技术，聚焦于现代生物技术如何驱动农业、医药、环境和工业领域的深刻变革。全书内容紧密结合工程学原理与生命科学的最新发现，旨在为科研工作者、工程技术人员以及高年级本科生和研究生提供一本前沿且实用的参考指南。 本书共分为六大部分，共计二十章，内容涵盖了从基础的分子工程学工具到复杂系统的集成设计与应用。 第一部分：合成生物学与基因编辑的深度整合 (Chapters 1-4) 第一章：CRISPR/Cas系统的多维度优化与靶向策略 本章深入探讨了CRISPR/Cas技术在真核和原核生物系统中的最新优化，包括Base Editing（碱基编辑）和Prime Editing（先导编辑）的效率提升与脱靶效应的精确控制。重点分析了新型核酸酶的筛选与工程化，如Cas12、Cas13家族的应用拓展，特别是在RNA编辑和表观遗传调控方面的进展。同时，详细阐述了sgRNA设计的新范式，结合计算生物学预测模型，实现了高特异性基因组修饰。 第二章：微生物细胞工厂的重塑与代谢流控制 聚焦于利用合成生物学工具对工业微生物（如大肠杆菌、酿酒酵母、丝状真菌）进行系统性改造，以提高目标产物（如生物燃料、高价值化学品、维生素）的产量和纯度。探讨了代谢网络重构的层次化策略，包括从基因层面（启动子/终止子库的构建）到通路层面（非天然代谢途径的引入）的系统工程设计。引入了基于通量平衡分析（FBA）和实时代谢组学数据反馈的动态调控系统。 第三章：模块化生物元件库的标准化与自动化构建 阐述了生物元件（BioBricks）标准化在加速合成生物学研究中的核心作用。本书介绍了国际上主流的元件描述标准和注册系统，并重点介绍了用于构建复杂逻辑门和振荡器的标准元件集。内容延伸至自动化合成平台，如高通量克隆系统（Gibson Assembly, Golden Gate Assembly）在构建大规模基因回路中的应用和挑战。 第四章：非天然氨基酸的定向整合与蛋白质功能拓展 讨论了如何通过重新编程遗传密码子，实现蛋白质中非天然氨基酸（ncAAs）的位点特异性掺入。技术细节包括对tRNA合成酶/tRNA对的改造，以及在活细胞体系中实现对化学修饰基团的精确引入。应用实例集中在开发具有新型催化活性或生物成像功能的蛋白质探针。 第二部分：生物过程放大与生物反应器工程 (Chapters 5-8) 第五章：上游过程：高密度发酵与精准营养调控 本章详细分析了从实验室规模到工业规模发酵过程中的关键挑战，特别是高密度培养体系中氧转移效率、剪切力效应以及代谢物抑制的控制。深入探讨了基于过程分析技术（PAT）的实时监测方案，包括近红外光谱（NIR）和拉曼光谱在追踪关键代谢物浓度变化中的应用，并提出了多参数协同控制策略。 第六章：下游分离纯化的能效优化与绿色技术 重点关注生物制品的回收与纯化，强调过程的绿色化和成本控制。内容包括新型膜分离技术（如超滤、纳滤的孔径设计与抗污染策略）、连续色谱分离（如模拟移动床SMB）在高纯度药物分离中的应用。此外，还分析了新型萃取剂和沉淀方法的开发，以减少有机溶剂的使用。 第七章：生物反应器设计与多相流动的计算流体力学（CFD）模拟 结合工程流体力学，本书利用CFD工具对搅拌罐式反应器（STR）、气升式反应器（Airlift）和固定床反应器的内部流场、物质传递和能量耗散进行深入建模与模拟。着重分析了生物活性物质（如细胞、酶载体）在不同剪切力场中的稳定性与存活率，为优化反应器几何结构和搅拌策略提供工程学依据。 第八章：细胞培养工程的新型载体与支架材料 探讨了用于组织工程和细胞治疗的关键材料学进展。内容涵盖了生物相容性高分子水凝胶（如PEG、海藻酸盐）的交联机制、可降解性设计，以及3D生物打印技术在构建具有精确微环境的细胞支架中的应用。讨论了机械信号（如刚度、应力）如何通过细胞外基质（ECM）模拟物调控细胞命运。 第三部分：生物医学工程与精准治疗 (Chapters 9-12) 第九章：靶向药物递送系统的智能响应设计 聚焦于设计能够根据特定生物信号（如pH值、氧化还原电位、特定酶活性）触发药物释放的纳米载体。详细比较了脂质体、聚合物胶束和无机纳米粒子的理化性质、体内稳定性和靶向效率。特别关注了主动靶向配体（如抗体片段、多肽）的偶联技术及其在肿瘤微环境渗透性改善中的作用。 第十章：基因治疗载体的构建与体内递送效率 深入分析了病毒载体（AAV、慢病毒）的基因组改造以提高安全性、扩大靶细胞谱系。同时，详细论述了非病毒载体（如阳离子脂质体、高分子）的理化特性与核酸包裹效率。章节包含如何通过表面修饰策略克服免疫屏障，实现高效的体内基因递送。 第十一章：再生医学中的干细胞工程与体内重塑 阐述了间充质干细胞（MSC）和诱导多能干细胞（iPSC）在组织修复中的潜力。内容涉及如何通过生物因子梯度释放、电场/磁场刺激以及生物反应器中的动态培养模式，引导干细胞向特定细胞系（如心肌细胞、神经元）分化，并探讨了体外构建功能性组织模块的挑战。 第十二章：生物传感技术与体内实时监测 介绍了用于监测血糖、乳酸、特定炎症因子或癌标志物的生物传感器开发。侧重于电化学、光学和生物发光传感器的机理，以及如何将这些传感器微型化并植入活体模型中，实现长期、无创或微创的生物信息采集。 第四部分：环境生物工程与生物修复 (Chapters 13-16) 第十三章：微生物介导的污染物降解机制与工程化 探讨了从环境中分离和鉴定高效降解特定污染物（如持久性有机污染物、重金属）的微生物菌株。重点解析了关键降解酶的分子机制，并通过代谢工程手段增强其催化效率和环境耐受性。 第十四章：生物絮凝剂的研发与水处理过程强化 关注利用微生物或其代谢产物（如胞外聚合物EPS）开发环境友好的生物絮凝剂，用于替代传统的化学絮凝剂。分析了絮凝剂的分子结构、电荷中和能力及其在污水处理中对悬浮物和胶体颗粒的去除效率。 第十五章：生物能源：藻类生物反应器的高效光合作用设计 着重于微藻作为生物燃料和高附加值化学品生产平台的工程优化。内容包括光反应器设计（薄层、柱式）、CO2供给策略、营养盐限制诱导的脂质积累机制。同时探讨了藻类生物质的无损转化技术，如超临界流体提取。 第十六章：土壤修复中的生物刺激与植物修复协同作用 系统性分析了如何通过添加生物刺激剂（如菌根真菌、促生菌）来增强植物对重金属或有机污染物的吸收和转运能力。讨论了植物/微生物协同作用下的生物地球化学循环模型，旨在实现污染物的固定化或生物转化。 第五部分：计算生物工程与大数据分析 (Chapters 17-18) 第十七章：系统生物学建模：从动态仿真到网络推断 本书详细介绍了用于描述和预测复杂生物网络行为的数学工具，包括常微分方程模型（ODE）、偏微分方程模型（PDE）在空间分布系统中的应用，以及基于Agent的建模（ABM）在细胞群体行为模拟中的优势。重点阐述了如何从高通量组学数据中反推调控网络结构。 第十八章：生物信息学与高维组学数据的降维与可视化 面对海量的基因组学、转录组学、蛋白质组学数据，本章介绍了先进的统计学方法和机器学习算法（如PCA、t-SNE、深度学习自编码器）在数据降维、批次效应校正和特征提取中的应用，以识别关键的生物标志物和调控因子。 第六部分：生物工程的伦理、安全与未来展望 (Chapters 19-20) 第十九章：生物安全与生物风险评估框架 探讨了基因工程、新型病原体研究以及合成生物学元件的潜在风险评估标准和全球监管框架。内容侧重于实验室生物安全（BSL）等级的划分、病原性风险评估模型以及生物双重用途（Dual-Use）问题的管理。 第二十章：生物工程的跨学科融合与未来工业图景 展望了生物技术与人工智能（AI）、先进材料科学的深度交叉点，包括“AI for Biology”驱动的新药研发范式、生物基材料的产业化瓶颈突破，以及建立可持续的生物制造生态系统的宏大愿景。 --- 本书特点： 1. 深度与广度的平衡： 既涵盖了分子层面的精细调控，又兼顾了反应器和过程工程的放大挑战。 2. 面向工程实践： 大量篇幅用于介绍过程控制、CFD模拟、下游分离等工程化关键技术。 3. 前沿性强： 紧跟CRISPR技术迭代、新型纳米载体和合成生物学库构建等最新研究热点。 本书是从事生物技术、生物制药、环境工程、生物过程开发及相关领域研究与生产的专业人士不可或缺的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直太令人惊叹了！我一直对数学和生态学这两个看似风马牛不相及的领域充满好奇，而这本书就像一座金桥，将它们完美地连接起来。从我翻开第一页起，就被作者的叙述深深吸引。它并没有一开始就抛出晦涩难懂的公式，而是从生态学的基本概念出发，循序渐进地引入数学工具。比如，书中对于种群动态模型（Lotka-Volterra模型）的讲解，生动地描绘了捕食者与猎物之间微妙而复杂的相互作用，仿佛一幅动态的画卷在我眼前展开。我尤其喜欢作者在介绍模型时，不仅仅停留在理论层面，而是结合了大量的真实案例，例如不同地区森林资源的演变、水体中藻类爆发的预测等等。这些案例让我对数学模型在解决实际生态问题中的威力有了直观的认识。书中的图表清晰易懂，公式推导严谨但不失趣味性，即使是我这样之前对数学模型稍有畏惧的读者，也能在其中找到乐趣。读完这本书，我感觉自己对生态系统不再是模糊的感性认识，而是多了一层理性的、可以用数学语言来描述和分析的视角。它不仅是一本学术著作，更像是一次思维的启迪，让我看到科学探索的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

我是一名跨学科的研究生，主攻方向虽然不是纯粹的生态学，但对环境科学及其背后的数学原理一直充满兴趣。这本书的出现，无疑是为我打开了一扇全新的窗户。它以一种非常系统且易于理解的方式，介绍了数学模型在生态学领域的应用。最让我印象深刻的是，作者在解释每一个模型时，都会先对其背后的生态学机理进行深入浅出的阐述，然后再引入相应的数学表达。这种“先理解，后建模”的逻辑，对于我这种需要跨学科知识的学习者来说，简直是福音。我不再感到公式是凭空出现的，而是能够理解它们是如何从自然现象中抽象出来的。书中对不同模型优势和局限性的对比分析，也帮助我更清晰地认识到，没有绝对完美的模型，只有在特定条件下更合适的模型。我尤其喜欢其中关于生态系统服务评估的模型章节，这对我当前的研究课题提供了非常重要的理论指导和方法参考。读完这本书，我不仅对生态学有了更深的理解，也对如何运用数学工具解决复杂的科学问题有了更全面的认识。这本书的价值，远不止于生态学本身，它是一种跨学科思维能力的培养。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一开始对这本书的期望并不高，抱着“了解一下”的心态翻开。但事实证明，我的想法太片面了。这本书的内容深度和广度远远超出了我的想象。它不仅仅是简单罗列模型，而是深入探讨了数学模型在生态学研究中的方法论，以及这些方法论的演变和发展。书中对不同模型之间的联系和区别的阐述，让我对整个生态学建模的体系有了更宏观的认识。我尤其喜欢作者在分析模型局限性时所展现出的批判性思维。他不仅指出了模型的不足，还提出了改进的方向和潜在的研究思路。这对于我这样希望深入研究某个模型或开发新模型的读者来说，提供了非常宝贵的启示。书中对前沿研究领域的介绍，也让我看到了生态学研究的未来趋势。比如，关于人工智能在生态学中的应用，以及复杂适应性系统模型等内容，都让我耳目一新。这本书的信息量非常大，但作者的组织结构却非常合理，使得阅读过程既有挑战性，又不至于感到 overwhelming。我感觉自己不仅仅是在学习知识，更是在接受一次系统性的科学训练。这本书绝对是我近期阅读过的最有价值的学术著作之一。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种长期从事生态学野外调查的研究人员来说，这本书的价值简直是无法估量的。我们常常会面临海量的数据，却不知道如何有效地进行整合和分析。而这本书恰恰为我们提供了一套强大的工具箱。它详细介绍了各种常用的生态学数学模型，从最基础的物种分布模型到更为复杂的群落结构模型，再到气候变化对生态系统影响的预测模型，几乎涵盖了我工作中可能遇到的所有难题。我尤其欣赏书中对于模型选择和参数设定的详细讨论。作者并没有给出一个“万能”的模型，而是强调根据具体的研究问题和数据特点来选择最合适的模型，并给出了实用的建议。书中提供的R语言或Python等编程语言的代码示例，更是极大地降低了学习门槛，让我可以快速地将书中的理论应用到我的数据分析中。通过这本书，我学会了如何利用数学模型来量化生态过程，评估环境变化的影响，甚至进行未来的预测。这不仅提升了我的研究效率，也让我对生态学研究的深度和广度有了全新的认识。这本书绝对是我案头的必备参考书，我强烈推荐给所有希望将理论与实践相结合的生态学同行。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验非常独特，就像是在和一位经验丰富的科学家进行一对一的深度交流。作者在行文中展现出的严谨性与细腻性令人赞叹。他对每一个模型的介绍，都力求做到逻辑清晰、层析分明。他不仅仅是将公式摆在那里，而是会娓娓道来，解释每一个变量的意义，每一个项的含义，以及它们所代表的生态学过程。我尤其欣赏作者在探讨模型的不确定性方面所做的努力。他并没有回避模型在现实应用中存在的局限性，而是积极地探讨如何量化和管理这些不确定性，例如通过敏感性分析和模型验证等方法。这让我对模型的理解更加客观和全面。书中穿插的许多历史故事和研究案例，也为枯燥的数学公式增添了人文色彩，让我看到了科学发展的脉络和研究者们的智慧。我能够感受到作者在写作过程中付出的心血，他用最清晰、最易懂的方式，将复杂的数学概念和生态学原理呈现在读者面前。这本书不仅仅是一本教材，更是一份宝贵的学术遗产，它将激励更多的年轻学者投身到生态学研究的行列中来。