Lotka-Volterra捕食者-獵物模型模擬

1、基礎生態(tài)學實驗Lotka-Volterra捕食者-獵物模型模擬 【實驗原理】dN/dt=r1N-C1NP 獵物種群動態(tài)dP/dt=-r2N+C2NP 捕食者種群動態(tài)N：獵物的密度 r1：獵物種群的增長率 C1：捕食者發(fā)現(xiàn)和進攻獵物的效率， 即 平均每一捕食者捕食獵物的常數(shù)P：捕食者密度 -r2：捕食者在沒有獵物時的條件下的死亡率 C2：捕食者利用獵物而轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗖妒痴叩牟妒吵?shù)【實驗目的】在掌握Lotka-Volterra 捕食者-獵物模型的 生態(tài)學意義與各參數(shù)意義的基礎上，通過 改變參數(shù)值的大小，在計算機模擬捕食者 種群與獵物種群數(shù)量變化規(guī)律，從而加深 對該模型的認識?！緦嶒炂鞑摹?、 計算

2、機2、 模擬運行軟件3、種群生物學模擬軟件包（Populus），5.5 版本，美國明尼蘇達大學【實驗步驟】設置初始值，之后保持N0、P0不變，分別改變d2、g、r1、c的大小（具體數(shù)據(jù)見下表），觀察記錄每組數(shù)據(jù)下捕食者-獵物模型中兩種群密度變化情況，與對照組進行比較。實驗數(shù)據(jù)設置記錄表組別N0P0d2gr1C對照組50600.20.250.60.015實驗組150600.30.250.60.015實驗組250600.20.100.60.015實驗組350600.20.250.80.015實驗組450600.20.250.60.025實驗組550600.20.250.60【實驗結(jié)果與分析】Par

3、t I 研究捕食者-獵物模型中兩種群密度變化情況與捕食者死亡率（d）的關(guān)系圖1.1 對照組捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（d=0.2）圖1.2 實驗組1捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（d=0.3）圖1.3 對照組捕食者獵物模型種群密度圖（d=0.2）圖1.4實驗組1捕食者獵物模型種群密度圖（d=0.3）表1研究種群密度變化情況與d的關(guān)系實驗數(shù)據(jù)記錄表組別d2捕食者密度P波動區(qū)間獵物密度N波動區(qū)間獵物增長為0時的P值捕食者增長為0時的N值對照組0.225-6020-1104054實驗組10.320-6030-1604060由以上圖表可知：捕食者死亡率d增長對獵物種群密度變化的影響反而

4、要大于其對捕食者種群密度的變化。d減小，可見獵物種群密度明顯增加，且兩者種群密度波動周期變長。這是由于捕食者死亡率d直接影響捕食者密度，使其降低，從而使獵物種群密度增加，而獵物種群密度的增加又利于捕食者繁殖，使捕食者種群增加。綜上，多方面因素的作用導致獵物種群密度明顯增加，而捕食者種群密度基本不變。Part II 研究捕食者-獵物模型中兩種群密度變化情況與轉(zhuǎn)化常數(shù)（g）的關(guān)系圖2.1 對照組捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（g=0.25）圖2.2 實驗組2捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（g=0.1）圖2.3 對照組捕食者獵物模型種群密度圖（g=0.25）圖2.4實驗組2捕食者獵物模型

5、種群密度圖（g=0.1）表2研究種群密度變化情況與g的關(guān)系實驗數(shù)據(jù)記錄表組別g捕食者密度P波動區(qū)間獵物密度N波動區(qū)間獵物增長為0時的P值捕食者增長為0時的N值對照組0.2525-6020-1104054實驗組20.1010-5530-35040135由以上圖表可知：轉(zhuǎn)化常數(shù)g增長對獵物種群密度變化的影響反而要大于其對捕食者種群密度的變化。g減小，可見獵物種群密度明顯增加，波動變大，且兩者種群密度波動周期變長。這是由于在捕食效率不變的情況下，轉(zhuǎn)化常數(shù)g降低，會使捕食者種群密度降低，而捕食者種群密度的又利于獵物繁殖，使獵物種群增加。綜上，多方面因素的作用導致獵物種群密度明顯增加，而捕食者種群密度稍

6、微變小。Part 研究捕食者-獵物模型中兩種群密度變化情況與獵物增長率（r）的關(guān)系圖3.1 對照組捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（r=0.6）圖3.2 實驗組2捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（r=0.8）圖3.3 對照組捕食者獵物模型種群密度圖（r=0.6）圖3.4實驗組2捕食者獵物模型種群密度圖（r=0.8）表3研究種群密度變化情況與r的關(guān)系實驗數(shù)據(jù)記錄表組別r捕食者密度P波動區(qū)間獵物密度N波動區(qū)間獵物增長為0時的P值捕食者增長為0時的N值對照組0.625-6020-1104054實驗組30.848-6040-685454由以上圖表可知：獵物增長率r的增長對獵物、捕食者種群密度變

7、化均有影響。r增大，可見獵物種群密度波谷值增大，而波峰值降低；捕食者密度波谷值增大，而波峰值基本不變。這是由于獵物增長率r直接影響獵物密度，使其增大，而獵物種群密度的增加又利于捕食者繁殖，使捕食者種群增加；捕食者的增加又抑制獵物的增加。綜上，多方面因素的作用導致獵物種群密度波谷值增大，而波峰值降低；捕食者密度波谷值增大，而波峰值基本不變。Part 研究捕食者-獵物模型中兩種群密度變化情況與捕食效率（c）的關(guān)系圖4.1 對照組捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（c=0.015）圖4.2 實驗組2捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（c=0.025）圖4.3 對照組捕食者獵物模型種群密度圖（c=

8、0.015）圖4.4實驗組2捕食者獵物模型種群密度圖（c=0.025）圖4.5 實驗組5捕食者獵物模型種群密度隨時間變化的圖（c=0）表4研究種群密度變化情況與c的關(guān)系實驗數(shù)據(jù)記錄表組別c捕食者密度P波動區(qū)間獵物密度N波動區(qū)間獵物增長為0時的P值捕食者增長為0時的N值對照組0.01525-6020-1104054實驗組40.0255-603-1702540實驗組500J型增長由以上圖表可知：捕食效率c的增長對獵物、捕食者種群密度變化均有影響。c增大，可見兩者種群密度波動幅度均變大。當捕食效率c為0時，獵物沒有天敵，且資源環(huán)境無限，所以其呈J型增長，而捕食者由于沒有食物而滅絕。這是由于捕食效率c增大，獵物變少，捕食者增多，捕食者的增加又抑制獵物的增加。導致兩者種群密度以較大幅度波動?！緦嶒灲Y(jié)論】對捕食者獵物模型的解釋：剛開始的時候由于被捕食者的數(shù)量較多使得捕食者的食物充足，在較短的時間內(nèi)數(shù)量增加較明顯，幅度較大，但是，隨著捕食者的數(shù)量增加，被捕食者被捕食的幾率也上升種群數(shù)量就會急劇下降，由于食物的減少，捕食者的生存環(huán)境變得惡劣，個體的生存受到威脅，群體的發(fā)展受到制約，最終使得種群數(shù)量減少，捕食者的減少使得被捕食者的生存環(huán)境得以改善，數(shù)量增加，同時被不是這的食量增加是捕食者的生存狀況得以改善