分数灰色不等间隔时间变化的Lotka-Volterra模型及其对堆肥中的微生物群落的应用
Yichen Liu1, Bing Deng2, Peng Gu3
1School of Science, Wuhan University of Technology, Wuhan, 430070, PR China.
Waste management (New York, N.Y.)
|July 31, 2023
概括
这项研究引入了用于有氧堆肥的新数学模型,改进了微生物竞争分析. 该模型准确地预测了添加剂如何影响微生物动态,特别是在热友性阶段.
科学领域:
- 环境微生物学 环境微生物学
- 数学建模的数学建模
- 生物技术是生物技术.
背景情况:
- 畜牧肥料的有氧堆肥涉及复杂的微生物竞争.
- 传统的Lotka-Volterra模型在反映堆肥过程中的动态变化方面存在局限性.
- 了解微生物相互作用对于优化堆肥过程和添加效应至关重要.
研究的目的:
- 开发一种新的分数灰色不等间隔时间变化的Lotka-Volterra模型,用于分析有氧堆肥中的微生物竞争.
- 为了考虑微生物生长建模中的动态环境变化和历史数据.
- 评估外源添加剂对微生物群落结构和动态的影响.
主要方法:
- 为不平等的间隔数据和历史依赖提出了一个分数灰色导数运算符.
- 定义了一个时间变化的参数矩阵,包含温度影响,通过递归最小方程估计.
- 使用灰色预测演化算法优化模型系数.
主要成果:
- 与五个现有模型相比,新型模型显示出更高的准确性和更低的错误标准.
- 时间变化的参数矩阵有效地捕捉了在两个分类学层面上的动态微生物竞争关系.
- 主要在热友阶段观察到外源添加效应,将竞争优势从Bacteroidota转移到Firmicutes.
结论:
- 分数灰色不等间隔时间变化的Lotka-Volterra模型提供了在有氧堆肥中微生物竞争的更准确的表示.
- 该模型提供了对添加剂对微生物群落相位特异性影响的见解.
- 这种方法通过数学建模提高了对堆肥过程的理解和监管.
