Lotka-Volterra捕食者-猎物模型模拟

基础生态学实验Lotka-Volterra捕食者-猎物模型模拟【实验原理】dN/dt=r1N-C1NP猎物种群动态dP/dt=-r2N+C2NP捕食者种群动态N：猎物的密度r1：猎物种群的增长率C1：捕食者发现和进攻猎物的效率，即平均每一捕食者捕食猎物的常数P：捕食者密度-r2：捕食者在没有猎物时的条件下的死亡率C2：捕食者利用猎物而转变为更多捕食者的捕食常数【实验目的】在掌握Lotka-Volterra捕食者-猎物模型的生态学意义与各参数意义的基础上，通过改变参数值的大小，在计算机模拟捕食者种群与猎物种群数量变化规律，从而加深对该模型的认识。【实验器材】1、计算机2、模拟运行软件3、种群生物学模拟软件包（Populus），5.5版本，美国明尼苏达大学【实验步骤】设置初始值，之后保持N0、P0不变，分别改变d2、g、r1、c的大小（具体数据见下表），观察记录每组数据下捕食者-猎物模型中两种群密度变化情况，与对照组进行比较。实验数据设置记录表组别N0P0d2gr1C对照组50600.20.250.60.015实验组150600.30.250.60.015实验组250600.20.100.60.015实验组350600.20.250.80.015实验组450600.20.250.60.025实验组550600.20.250.60【实验结果与分析】PartI研究捕食者-猎物模型中两种群密度变化情况与捕食者死亡率（d）的关系图1.1对照组捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（d=0.2）图1.2实验组1捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（d=0.3）图1.3对照组捕食者—猎物模型种群密度图（d=0.2）图1.4实验组1捕食者—猎物模型种群密度图（d=0.3）表1研究种群密度变化情况与d的关系实验数据记录表组别d2捕食者密度P波动区间猎物密度N波动区间猎物增长为0时的P值捕食者增长为0时的N值对照组0.225--6020--1104054实验组10.320--6030--1604060由以上图表可知：捕食者死亡率d增长对猎物种群密度变化的影响反而要大于其对捕食者种群密度的变化。d减小，可见猎物种群密度明显增加，且两者种群密度波动周期变长。这是由于捕食者死亡率d直接影响捕食者密度，使其降低，从而使猎物种群密度增加，而猎物种群密度的增加又利于捕食者繁殖，使捕食者种群增加。综上，多方面因素的作用导致猎物种群密度明显增加，而捕食者种群密度基本不变。PartII研究捕食者-猎物模型中两种群密度变化情况与转化常数（g）的关系图2.1对照组捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（g=0.25）图2.2实验组2捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（g=0.1）图2.3对照组捕食者—猎物模型种群密度图（g=0.25）图2.4实验组2捕食者—猎物模型种群密度图（g=0.1）表2研究种群密度变化情况与g的关系实验数据记录表组别g捕食者密度P波动区间猎物密度N波动区间猎物增长为0时的P值捕食者增长为0时的N值对照组0.2525--6020--1104054实验组20.1010--5530--35040135由以上图表可知：转化常数g增长对猎物种群密度变化的影响反而要大于其对捕食者种群密度的变化。g减小，可见猎物种群密度明显增加，波动变大，且两者种群密度波动周期变长。这是由于在捕食效率不变的情况下，转化常数g降低，会使捕食者种群密度降低，而捕食者种群密度的又利于猎物繁殖，使猎物种群增加。综上，多方面因素的作用导致猎物种群密度明显增加，而捕食者种群密度稍微变小。PartⅢ研究捕食者-猎物模型中两种群密度变化情况与猎物增长率（r）的关系图3.1对照组捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（r=0.6）图3.2实验组2捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（r=0.8）图3.3对照组捕食者—猎物模型种群密度图（r=0.6）图3.4实验组2捕食者—猎物模型种群密度图（r=0.8）表3研究种群密度变化情况与r的关系实验数据记录表组别r捕食者密度P波动区间猎物密度N波动区间猎物增长为0时的P值捕食者增长为0时的N值对照组0.625--6020--1104054实验组30.848--6040--685454由以上图表可知：猎物增长率r的增长对猎物、捕食者种群密度变化均有影响。r增大，可见猎物种群密度波谷值增大，而波峰值降低；捕食者密度波谷值增大，而波峰值基本不变。这是由于猎物增长率r直接影响猎物密度，使其增大，而猎物种群密度的增加又利于捕食者繁殖，使捕食者种群增加；捕食者的增加又抑制猎物的增加。综上，多方面因素的作用导致猎物种群密度波谷值增大，而波峰值降低；捕食者密度波谷值增大，而波峰值基本不变。PartⅣ研究捕食者-猎物模型中两种群密度变化情况与捕食效率（c）的关系图4.1对照组捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（c=0.015）图4.2实验组2捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（c=0.025）图4.3对照组捕食者—猎物模型种群密度图（c=0.015）图4.4实验组2捕食者—猎物模型种群密度图（c=0.025）图4.5实验组5捕食者—猎物模型种群密度随时间变化的图（c=0）表4研究种群密度变化情况与c的关系实验数据记录表组别c捕食者密度P波动区间猎物密度N波动区间猎物增长为0时的P值捕食者增长为0时的N值对照组0.01525--6020--1104054实验组40.0255--603--1702540实验组500J型增长由以上图表可知：捕食效率c的增长对猎物、捕食者种群密度变化均有影响。c增大，可见两者种群密度波动幅度均变大。当捕食效率c为0时，猎物没有天敌，且资源环境无限，所以其呈J型增长，而捕食者由于没有食物而灭绝。这是由于捕食效率c增大，猎物变少，捕食者增多，捕食者的增加又抑制猎物的增加。导致两者种群密度以较大幅度波动。【实验结论】对捕食者—猎物模型的解释：刚开始的时候由于被捕食者的数量较多使得捕食者的食物充足，在较短的时间内数量增加较明显，幅度较大，但是，随着捕食者的数量增加，被捕食者被捕食的几率也上升种群数量就会急剧下降，由于食物的减少，捕食者的生存环境变得恶劣，个体的生存受到威胁，群体的发展受到制约，最终使得种群数量减少，捕食者的减少使得被捕食者的生存环境得以改善，数量增加，同时被不是这的食量增加是捕食者的生存状况得以改善，所以，随着被捕食者数量的增加，捕食者的种群也在同步增长，随着捕食者种群的扩大，被捕食者的生存又一次受到限制，就这样，捕食者与被捕食者的种群的变化互相制约、影响，交替增长与减小。捕食者死亡率、猎物生长率、捕食效率、转化效率分别对捕食者、猎物种群密度变化幅度及周期有一定的影响。