罗非鱼与淡水清洁虾共生体系的数学建模验证：一种防控孟加拉鱼虱的生物控制新策略

本研究针对水产养殖中由孟加拉鱼虱（Argulus bengalensis）引发的重大经济损失问题，通过构建罗非鱼（Labeo rohita）、清洁虾（Macrobrachium lamarrei）与寄生虫的三物种共生数学模型，验证了清洁虾通过霍林III型捕食作用调控寄生虫种群的有效性。研究结合微宇宙实验与田间校准数据，为生态友好型寄生虫防控提供了理论依据，对水产养殖可持续发展具有重要意义。

　　

水产养殖业长期面临由甲壳类外寄生虫Argulus spp.（孟加拉鱼虱）引发的巨大经济损失，全球每年因鱼虱病（Argulosis）造成的损失高达数亿美元。传统防控手段如化学药物易导致环境污染和寄生虫抗药性，而机械清除方法效率低下。印度西孟加拉邦的研究团队注意到淡水虾Macrobrachium lamarrei在微宇宙实验中展现出的清洁共生潜力，但其大规模田间应用缺乏理论支撑。为此，该团队通过数学建模方法，首次将鱼（F）、虾（P）、寄生虫（A）的三元互作关系转化为动态系统，为这一生物控制策略的推广提供了科学依据。

研究采用普通微分方程构建模型，关键参数来自微宇宙实验（鱼:虾:寄生虫比例为1:5:100和1:1:100）和印度特定混养系统的田间观测。通过MATLAB数值模拟，团队验证了清洁虾的捕食率（γ）与寄生虫种群呈负相关，而半饱和常数（h）的优化能显著提升系统稳定性。霍林III型方程（Holling type III）的运用揭示了非线性捕食关系对生态平衡的调控机制。

实验动物与模型构建
研究选用健康罗非鱼和清洁虾，经高锰酸钾（KMnO₄）消毒后建立实验系统。模型以鱼的内禀增长率（r）、环境承载力（K）及相互作用系数（α）为核心变量，首次同时考虑物种的生态功能（如虾的清洁作用）与种群动态。

系统动力学与稳定性
分析显示，当相互作用系数α超过阈值时，系统出现霍普夫分岔（Hopf bifurcation），导致鱼与寄生虫种群周期性震荡。而清洁虾种群的增长能有效抑制这种震荡，使系统趋于稳定。

模型行为与验证
数值模拟证实，虾的最大捕食率γ=0.8时，寄生虫种群可在60天内下降90%。研究还发现，在印度混养系统（鱼:虾:寄生虫=1:2:50）中，虾的引入可使鱼存活率提升40%而不破坏生态平衡。

结论与意义
该研究首次通过数学模型验证了清洁共生在寄生虫防控中的可行性。Macrobrachium lamarrei作为混养系统的添加物种，能显著降低Argulus负荷，且其作用效果与捕食参数γ呈正相关。这一成果为水产养殖提供了兼具经济效益与生态可持续性的解决方案，同时为复杂物种互作的数学建模开辟了新思路。论文发表于《Ecological Modelling》，其方法论框架可拓展至其他寄生虫-宿主-清洁者系统的研究。

讨论部分强调，该模型突破了传统捕食者-猎物模型的局限，首次将寄生虫生命周期与清洁行为纳入动态分析。作者Netri Datta等指出，未来研究需进一步优化虾的投放密度与养殖系统承载力（K）的关系，以适配不同规模的水产场景。这项来自印度本土的创新研究，为全球水产病害防控提供了可复制的生态模型范例。