Dynamic properties of a reaction–diffusion predator–prey model with nonlinear harvesting: A linear and weakly nonlinear analysis

非线性系统 捕食 统计物理学 扩散 应用数学 反应扩散系统 数学 捕食者 生物系统 控制理论(社会学) 物理 数学分析 生态学 计算机科学 生物 热力学 人工智能 量子力学 控制(管理)
作者
Sounov Marick,Santanu Bhattacharya,Nandadulal Bairagi
出处
期刊:Chaos Solitons & Fractals [Elsevier]
卷期号:175: 113996-113996 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.chaos.2023.113996
摘要

In this work, we have studied the spatiotemporal dynamics of a predator–prey model with selective nonlinear saturated harvesting of both species. The study of the non-diffusive system includes analytical and numerical analysis of local and global bifurcations. Bifurcation analysis of the non-diffusive system unveils that the system may exhibit transcritical, Hopf, saddle–node and homoclinic bifurcation with increased carrying capacity and harvesting efforts. The simulation results further reveal that the paradox of enrichment may disappear in a harvested system for a higher value of carrying capacity. The spatiotemporal study consists of an analysis of different pattern-forming instabilities. A critical ratio of the diffusivities of predator to prey for the occurrence of Turing instability is established. Further, a weakly nonlinear analysis is provided to derive the amplitude equation and predict the form of the pattern. The key highlight of the work is that prey harvesting facilitates spatiotemporal chaos, and predator diffusion controls it. Furthermore, intensive prey harvesting forces spatial segregation, whereas predator harvesting relaxes it. It is also observed that spatial segregation enriches the overall species biomass. A unique observation of this study is the occurrence and nonoccurrence of spatiotemporal chaos in the Hopf-Turing parametric space.
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