Sistem Parametrelerinin Plankton Dinamiği Üzerine Etkisi: Matematiksel Modelleme Yaklaşımı

Fitoplankton-zooplankton modeli oksijen-plankton modelinin bir alt modeli olarak önerilmiş ve analiz edilmiştir. Matematiksel olarak, ikili diferensiyel denklem yapısı dikkate alınmıştır. Bu çalışmada, okyanuslardaki fitoplanktonlar tarafından fotosentez işleminin sonucu olarak üretilen oksijen oranı, kararlı olduğu varsayılarak oksijen konsantrasyonu sabit bir değer olarak seçilmiştir. Sistem parametrelerindeki değişim etkisi altındaki fitoplankton-zooplankton popülasyonunun temel özellikleri, analitik ve nümerik yöntemlerle detaylandırılmıştır. Özellikle, zooplanktonun büyüme hızı ve fitoplankton için tür içi rekabetin sistem davranışı üzerindeki etkileri ele alınmıştır. Sistemin zamana bağlı değişimini görmek için, mekâna bağlı olmayan sistem ele alınmıştır. Sonrasında ise mekânsal sistem, çok sayıdaki sayısal simülasyonlar yardımıyla calışılmıştır. Mevcut model sisteminin hem zamana hem de mekâna bağlı olduğu durumda zengin dinamiğe sahip olduğu görülmüştür.

Effect of System Parameters on Plankton Dynamics: A Mathematical Modelling Approach

A phytoplankton-zooplankton model is proposed and analyzed as a submodel of oxygen-plankton model. Mathematically, two coupled differential equations are considered. In this work, oxygen which is produced as a result of photosynthetic process by phytoplankton in ocean is assumed stable by keep oxygen concentration as a constant value. Basic properties of the phytoplankton-zooplankton population are detailed with analytical and numerical way under the effect of change in system parameters. In particular, effects of per-capita growth rate of zooplankton and intraspecific competition for phytoplankton on the systems’ dynamical behavior are considered. To understand the system temporal structure nonspatial system is detailed. Then the spatial case is focussed with the assist of extensive numerical simulations. It is observed that the model system has rich patterns in both temporal and spatial case.

___

  • [1] Malchow, H., Petrovskii, S. V., & Venturino, E. (2007). Spatiotemporal patterns in ecology and epidemiology: theory, models, and simulation. Chapman and Hall/CRC.
  • [2] Bengfort, M., Feudel, U., Hilker, F. M., & Malchow, H. (2014). Plankton blooms and patchiness generated by heterogeneous physical environments. Ecological complexity, 20, 185-194.
  • [3] Lewis, N. D., Breckels, M. N., Archer, S. D., Morozov, A., Pitchford, J. W., Steinke, M., & Codling, E. A. (2012). Grazing-induced production of DMS can stabilize foodweb dynamics and promote the formation of phytoplankton blooms in a multitrophic plankton model. Biogeochemistry, 110(1-3), 303-313.
  • [4] Malchow, H., Petrovskii, S. V., & Hilker, F. M. (2003). Models of spatiotemporal pattern formation in plankton dynamics. Nova Acta Leopoldina NF, 88(332), 325-340.
  • [5] Petrovskii, S., Kawasaki, K., Takasu, F., & Shigesada, N. (2001). Diffusive waves, dynamical stabilization and spatiotemporal chaos in a community of three competitive species. Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics, 18(2), 459.
  • [6] Brown, J. H. (1984). On the relationship between abundance and distribution of species. The american naturalist, 124(2), 255-279.
  • [7] Tilman, D. (1982). Resource competition and community structure (No. 17). Princeton university press.
  • [8] Hutchinson, G. E. (1961). The paradox of the plankton. The American Naturalist, 95(882), 137-145.
  • [9] Ogawa, Y. (1988). Net increase rates and dynamics of phytoplankton populations under hypereutrophic and eutrophic conditions. Japanese Journal of Limnology (Rikusuigaku Zasshi), 49(4), 261-268.
  • [10] Tubay, J. M., et al. (2013). The paradox of enrichment in phytoplankton by induced competitive interactions. Scientific reports, 3, 2835.
  • [11] Odum, H. T. (1956). Primary production in flowing waters1. Limnology and oceanography, 1(2), 102-117.
  • [12] Riley, G. A. (1946). Factors controlling phytoplankton population on George’s Bank. J. Mar. Res., 6, 54-73.
  • [13] Behrenfeld, M. J., & Falkowski, P. G. (1997). A consumer’s guide to phytoplankton primary productivity models. Limnology and Oceanography, 42(7), 1479-1491.
  • [14] Sekerci, Y. & Petrovskii, S. (2015a). Mathematical modelling of spatiotemporal dynamics of oxygen in a plankton system. Mathematical Modelling of Natural Phenomena, 10(2):96-114.
  • [15] Sekerci, Y. and Petrovskii, S. (2015b). Mathematical modelling of plankton-oxygen dynamics under the climate change. Bulletin of Mathematical Biology, 77(12):2325-2353.
  • [16] Gilad, O. (2008). Competition and competition models, Encyclopedia of Ecology, 707-712.
  • [17] Thorp, J. H., & Rogers, D. C. (2014). Thorp and covich’s freshwater invertebrates: ecology and general biology (Vol.1). Elsevier.
  • [18] Rosenzweig, M. L. (1971). Paradox of enrichment: destabilization of exploitation ecosystems in ecological time. Science, 171(3969), 385-387.
  • [19] Roy, S., & Chattopadhyay, J. (2007). The stability of ecosystems: a brief overview of the paradox of enrichment. Journal of biosciences, 32(2), 421-428.
  • [20] Fussmann, G. F., Ellner, S. P., Shertzer, K. W., & Hairston Jr, N. G. (2000). Crossing the Hopf bifurcation in a live predator-prey system. Science, 290(5495), 1358-1360.
  • [21] Huisman, J., & Weissing, F. J. (1995). Competition for nutrients and light in a mixed water column: a theoretical analysis. The American Naturalist, 146(4), 536-564.
  • [22] Fasham, M. J. R., Ducklow, H. W., & McKelvie, S. M. (1990). A nitrogen-based model of plankton dynamics in the oceanic mixed layer. Journal of Marine Research, 48(3), 591-639.
  • [23] Fasham, M. (1978). The statistical and mathematical analysis of plankton patchiness. Oceanogr. Mar. Biol. Ann. Rev., 16, 43-79.
  • [24] Monin, A. S., & Yaglom, A. M. (1971). Statistical Fluid Mechanics, Vol. 1. MIT Press, Cambridge, MA, 1975, 11.
  • [25] Okubo, A. Diffusion and ecological problems: mathematical models. Springer-Verlag, Berlin, 1980.
  • [26] Monin, A. S., Lumley, J. L., & Iaglom, A. M. (1971). Statistical fluid mechanics: mechanics of turbulence. Vol. 1. MIT press.
  • [27] Moss, B. R. (2009). Ecology of fresh waters: man and medium, past to future. John Wiley & Sons.
  • [28] Petrovskii, S., Sekerci, Y., & Venturino, E. (2017). Regime shifts and ecological catastrophes in a model of plankton oxygen dynamics under the climate change. Journal of theoretical biology, 424, 91-109.
Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-7688
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 1995
  • Yayıncı: Süleyman Demirel Üniversitesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

İnsansız Hava Araçları Kullanılarak Olası Kaya Düşmelerinin Coğrafi Bilgi Sistemleri Tabanlı 3D Modellenmesi: Kasımlar Köyü (Isparta-Türkiye) Örneği

Erhan ŞENER

Eriyik Yığma Modellemesi Esaslı Üç Boyutlu (3B) Eklemeli Üretim Tekniği Kullanılarak Poliüretan Malzemeden Bir Yapay İnsan Kulak Kepçesi Üretimi

Hurşit Sefa AYDIN, Ömer Yunus GÜMÜŞ, İsrafil KÜÇÜK

Transformasyon Grafların Komşu İzole Saçılım Sayısı

Ersin ASLAN, Büşra AÇAN

Ağır Metallerin Çeşitli Gözenekli Malzemeler Üzerinde Adsorpsiyonu

AYŞE DİLEK ATASOY, Benan YAZICI KARABULUT

Şuhut (Afyonkarahisar) Batısı Su Kaynaklarının Hidrojeoloji ve Hidrojeokimyasal İncelemesi

AYŞEN DAVRAZ, Yaşar BAL, Fatma AKSEVER, SİMGE VAROL

Sıcak Pres ile Üretilmiş Al-Nano SiC Kompozitin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Rıdvan YAMANOĞLU, Erdinç EFENDİ

Kent Morfolojisi ve Mekansal Kalite: Mahallelerde Yürünebilirliğin Mekansal İstatiksel Analizler ve Grafik Teorisi ve Mekan Dizimi Ölçütleri ile Karşılaştırılması

Ebru CUBUKCU, Bochra MENSI, Cigdem HOROZ

Tıbbi Adaçayı (Salvia officinalis L.)’nda Klon Seleksiyonu ile Geliştirilmiş B-Klonlarının Tarımsal ve Teknolojik Özellikleri

Ümmü TUĞLU, HASAN BAYDAR

Yeni Morfolinoetil-Sübstitüyeli (NHC)PdBr2(3-Kloropiridin) Kompleksleri: Sentez, Karakterizasyon ve Suzuki-Miyaura Reaksiyonundaki Katalitik Aktivite

Aydın AKTAŞ

Some Algebraic Properties of Generalized Fuzzy Rough Approximations Derived by Fuzzy Set-Valued Homomorphism of LA-Γ-Semigroups

Canan AKIN, Kübra EYÜBOĞLU