徐鹏 苏梦雅 林金敏
（北京理工大学机电学院 北京 100000）
摘要：碳循环对地球上无机和有机物质的结合具有重要意义，真菌在植物材料和木质纤维的分解中起着重要作用。发现分解速率与真菌生长速率和耐湿性有关。因此，为了更好地理解它们之间的关系，我们收集了几种真菌的各种性状的数据。根据拟合曲线得到的生长率与耐湿性之间的关系，建立了描述分解率的静态模型。在模型中，我们引入了竞争排名和水生态位宽度来对其进行更详细的解释。
关键词：真菌之间的相互作用；物流竞争模型；微分方程；木材分解
1导言
碳循环是地球生命的重要组成部分，控制着碳在大气、生物圈和海洋之间的迁移。碳循环的一个重要部分涉及植物材料和木质纤维的分解，这是生态系统中养分循环、土壤形成和碳收支的决定性过程。
真菌在木材分解中起关键作用[2]。研究发现，分解速率与真菌的性状以及它们之间的联系有关，尤其是生长率和耐湿性[[3]。因此，为了更好地理解这两个特性与分解率之间的关系，探索真菌如何分解木材、真菌之间的相互作用以及环境对木材分解的影响是非常重要的。
2模型构建——WDF静态模型
2.1模型审查
在这一部分，我们提出了真菌分解木材模型(WDF模型)。木材分解是由各种真菌群落完成的，在这里，我们通过总木材残余质量百分比Re来测量给定土地上木材的总分解质量百分比De. 我们将等式定义为:
.jpg)
其中:
•i∈{1,2，…，n}代表不同类型的真菌；
•t表示分解时间，以天为单位；
•T \表示分解周期，它是一个常数，T = 122，以天为单位；
•Vi表示不存在其他类型真菌时每种单一真菌类型的木材分解速率，分解速率是指每T = 122天的木材分解质量损失（％）。
•αi代表所有真菌群落中i型真菌的数量。 当不同种类的真菌之间没有相互作用时，每组的数目总是相同的，等于初始数目。
2.2 概念定义
根据问题，对于单一类型真菌的木材分解速率，我们只需要考虑真菌菌丝延伸速率和耐湿性的影响，如下:
V=f（r,m）
其中，r代表菌丝延伸率，m代表耐湿性。通过查阅文献，我们收集了不同温度下菌丝延伸速率和分解速率的数据[8-11]。如下所示，我们分别在10 度，16 度 和22度拟合了V-r曲线。
.jpg)
图2。分解率-菌丝在10℃、16℃和22℃下的延伸率曲线
曲线拟合方程如下表所示:
表2 。 方程式
.jpg)
通过拟合曲线方程，我们得到分解率的一般模型:
V=10(0.03935Tem+0.2749)×r(-0.02564Tem+0.9108)
其中，Tem代表温度。我们还收集了不同类型真菌的各种性状的数据，包括竞争排名、水生态位宽度和菌丝延伸率。
其中，Tem代表tempe耐湿性（m）与竞争等级（等级）和水位宽度（w）相关：
•竞争排名：
通过拟合线性回归，我们发现物种竞争排名与菌丝扩展率正相关（图\ 3），因此我们使用扩展率来代替竞争排名的影响。
•水位宽度：
我们还进行了菌丝延伸率和水生生态位宽度之间的回归拟合，发现它们之间呈负相关（图\ 4）。也就是说，水生态位宽度越大，菌丝延伸速率越低。此外，如文献中所述，水生态位宽度越大，真菌对环境的适应性越强，木材分解率越低。因此，可以解释为水分生态位宽度通过影响菌丝延伸速率来影响木材分解速率。
.jpg)
因此，我们将水分耐受性映射为对菌丝延伸速率的影响，即不同的水分耐受性影响菌丝延伸速率，从而影响木材分解速率。因此，在这里，我们以菌丝延伸率r为因变量，物种竞争排名和水生生态位宽度w为自变量拟合多元线性回归，公式如下：
.jpg)
3优势和劣势
3.1优势
·在WDF模型中，以122天为一个周期，我们引入了一个类似于半衰期的概念，以便更好地体现木材分解率随时间的变化。
·在考虑不同种类真菌之间相互作用的改进分解动力学模型中，我们考虑了真菌群落数量随时间的变化，利用logistic模型对其进行了分析，并选择了几种真菌来给出木材分解过程的更真实的表示。
·在环境影响方面，我们同时考虑了温度和湿度的影响，并通过敏感性分析验证了模型的稳定性。
3.2弱点
·在我们收集的数据中缺乏真菌各种特征之间的相互关系，因此一些关系并不精确。
·由于我们收集的数据不足，曲线拟合可能存在误差，影响分解率的长期预测。
4结果
基于不同菌丝延伸速率和耐湿性的真菌，我们建立了WDF静态模型和WDF动态模型，反映了相互作用和不相互作用的差异。WDF动态通过真菌群落数量动态模型考虑竞争效应。我们可以得出结论，当存在相互作用时，优势种会影响分解速率。
参考文献：
[1]Lee Doo Yoen, Oh EunSuk, Kim Hyoungbum, et al. Analysis of Carbon Cycle Concepts based on Earth Systems Perspective of High School Students. 2013, 37(1):157-169
[2]George L. Barron. Predatory fungi, wood decay, and the carbon cycle. 2003, 4(1):3-9.