资源有限下害虫控制过程中悖论形成的机理研究

The frequency and severity of pest outbreak usually increases along with the implementation of pest control measures. Such a paradoxical phenomenon does not only make the pest management face serious challenges, but also has seriously influenced human’s normal production and life, so it is highly concerned by the department of agriculture. There are many factors which might have caused the ecological paradox such as limited resources, periodicity of environment and harvest season, pest internal mechanisms, pesticide resistant etc., the purpose of this project is to consider all these factors and develop some novel pest control models. Further by taking advantages of the theoretical derivations, numerical simulations and statistical inferences, the project is to evaluate the effectiveness of pest control tactics including these factors, to emulate the development of pest population, to predict quickly and warn early for the pest quantity, and to investigate the mechanism of ecological paradox in pest control. Hence we propose the optimal control strategy for allocation of the limited medical resources to avoid ecological paradox and then provide the quantitative basis for decision-making for department of agriculture. The innovations including modeling ideals, analytical techniques and their applications in this project will be developed, and some new interesting research results will be obtained.

农业害虫控制过程中经常会出现害虫种群的暴发频率、强度随着控制措施实施的增加而增加的生态悖论现象，这种现象不仅给控制农业害虫大暴发或再度猖獗带来严峻的挑战，还给人们的正常生产和生活带来严重困扰，因此成为农业部门高度关注的热点问题。本项目将综合考虑资源的有限、环境与庄稼收获的周期性、害虫种群的内部机制及抗药性发展等可能导致生态悖论现象发生的因素，创新性地发展害虫控制模型，借助理论分析、数值计算、统计推断等方法和技巧，定量刻画与评估包括上述因素在内的害虫综合防治措施的有效性，模拟害虫种群的发展趋势，对农业害虫的数量进行快速的预测和预警，探寻各种农业害虫控制过程中生态悖论发生的机理，优化资源配置、设计最佳的动态控制方案，避免生态悖论现象的发生，为农业部门防治害虫提供理论依据和定量参考。项目预期将在建模思想、理论方法和模型应用等诸多方面获得创新，取得新的研究成果。

本项目综合考虑资源的有限、环境与庄稼收获的周期性、害虫种群的内部机制及抗药性发展等可能导致生态悖论现象发生的因素，利用连续动力系统、离散动力系统，脉冲动力系统、混杂动力系统以及非光滑的Filippov系统，建立了相应的害虫和天敌相互作用的害虫治理模型，具有阈值控制策略的非光滑切换系统的害虫治理模型，探索农作物-害虫-天敌系统的最优管理策略并借助理论分析和数值模拟等方法评估影响害虫治理的关键因素，预测实施最优病虫害防治措施的时间和用量，化学农药与其他防治措施的使用频率对害虫治理的影响，理论上研究系统的动力学性质，发现和揭示各种综合防治措施对制定最优病虫害治理策略的影响，结合具体实例做出了应用分析。所得结果为农业部门防治害虫提供理论依据和定量参考。.本项目的研究已达到了预期目标，理论上丰富了脉冲动力系统和非光滑Filippov系统的研究方法，获得了一系列的研究成果，并在生物数学较高水平的国际杂志上发表。到目前为止，本项目在SCI源刊上共发表论文16篇，其中15篇已经被检索。2名教师晋升为副教授，1名博士研究生毕业，2名培养硕士研究生毕业。