基础生态学实验LotkaVolterra捕食者猎物模型模拟.docx
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基础生态学实验LotkaVolterra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=i'lN-ClNP猎物种群动态
dP/dt=-r2N+C2NP捕食者种群动态
N：
猎物的密度
rl：
猎物种群的增长率
Cl：
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
A蓝UQIPJospa」d
【实验目的】
在掌握Lotka-Xbltena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，在汁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NO、P0不变，分别改变d2、g、rl.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惜况，与对照组进行比较。
实验数据设置记录表
组别
NO
P0
cl2
g
rl
C
对照组
50
60
0.2
0.25
0.6
0.015
实验组1
50
60
0.3
0.25
0.6
0.015
实验组2
50
60
0.2
0.10
0.6
0.015
实验组3
50
60
0.2
0.25
0.8
0.015
实验组4
50
60
0.2
0.25
0.6
0.025
实验组5
50
60
0.2
0.25
0.6
0
【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
Lotka-VolterraPredator-Prey:
TuneTrajectoty
1020394093
6070
60
WIOO110IEO13J
4020
Time（Z）
图1・1对照组捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（d二0.2）
Lotka-YolterraPredator-Prejr:
TuneTrajectory
160-
50
eo
Time（Z1
图1・2实验组1捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（d=0.3）
Lotka-VoltenaPredator-Prejf：
PhasePlane
一_一--_—
i--_——一「
—、
■'
102030
4050EO7033
PreyPeculation（N）
90ICO）10IEO13>
图1・3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（d=0.2）
Lotka-VolterraPredator-Prey:
PhasePlane
）020-TJAO506070CO90ICO11013313）】SISO）60170】80l刃
PreyPe-pulation（N）
图1.4实验组1捕食者一猎物模型种群密度图（d=0.3）
组别
d.
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
0.2
25—60
20—110
40
54
实验组1
0.3
20—60
30—160
40
60
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。
这是曲于捕食者死亡率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乂利于捕食者繁殖，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
Lotka-YolterraPredator-Prejr:
TuneTrajectory
to
20
40
SO
60
80
100110120⑶
Time（Z1
（Nmg-amQd
图2・1对照组捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（g二0.25）
TO
Lotka-VolterraPredator-Prejr:
TuneTrajectory
400
102050405060TO3090100110120150140150
Tone（t\
O
321（no-amod
图2.2实验组2捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（g=0.1）
50-
Lotka-VoltenaPreclator-Prey:
PhasePlane
1020
30
4050EO
70旳
90ICODOIEO13>
PreyPeculation（N）
〔4〉uone豆od克oJd
图2.3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（g=0.25）
Lotka-VoltenaPredator-Prey:
PhasePlane
100'
〔4二刍层
qco
ICO
ZOO330
PreyPe-pulation（N）
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
0.25
25—60
20—110
10
54
实验组2
0.10
10—55
30—350
10
135
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。
这是曲于在捕食效率不变的情况下，转化常数呂降低，会使捕食者种群密度降低，而捕食者种群密度的乂利于猎物繁殖，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。
PartIE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
Lotka-VoltenaPredator-Prey:
TimeTrajectory
1020334093
5070
80
Ttrne（Z）
nVoooO
2oBBq2
11
IOO110ISO13J
图3・1对照组捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（r=06）
oooonVO
T6S432
102030qo50<30TO80如18UOISO1和110150
Tone（Z1
图3・2实验组2捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（r=0.8）
Lotka-VoltenaPreclator-Prey:
PhasePlane
IO20
30
4050EC
7089
90ICO））0IED13J
PreyPe-pulafcon（N）
图3.3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（r=0.6）
Lotka-VoltenaPredator-Prey:
PhasePlane
$0'
PreyPe-pulation（N）
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
0.6
25—60
20—110
10
54
实验组3
0.8
48--60
40—68
54
54
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。
这是曲于猎物增长率r直接影响猎物密度，使其增大，而猎物种群密度的增加乂利于捕食者繁殖，使捕食者种群增加；捕食者的增加乂抑制猎物的增加。
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
Lotka-VoltenaPredator-Prey:
TuneTrajectory7
Ttrne（I}
Lotka-VoltenaPredator-Prej•:
TuneTrajectory7
10ED409360TO60901001101EOl<0140l刃
Ttrne（L）
18o16o）qo]2030080804020
（mg结弓合d
图4.2实验组2捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（c=0.025）
Lotka-VoltenaPwdator-Pey:
PhasePlane
60
1020
30
4050EO
703990ICODOIEO13>
PreyPc-pulatiGn（N）
图4・3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（c=0・015）
Lotka-VoltenaPredator-Prey:
PhasePlane
30-
20
40
EO
100
uo
leo
180
PreyPeculation（N）
图4.4实验组2捕食者一猎物模型种群密度图（c=0・025）
图4.5实验组5捕食者一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
0.015
25—60
20—110
40
54
实验组4
0.025
5―60
3—170
25
40
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，捕食者的增加乂抑制猎物的增加。
导致两者种群密度以较大幅度波动。
【实验结论】
对捕食者一猎物模型的解释：
刚开始的时候山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，被捕食者被捕食的儿率也上升种群数量就会急剧下降，山于食物的减少，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，被捕食者的生存乂一次受到限制,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。
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