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010 20Generation30亡一-s匚ap吕肓中巴血2O86421 .ta.n.O.D.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NO、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250600.20100.60.015实验组350600.20.25080.015实验组450600.20.250.60.025实验组550600.20.250.60实验结果与分析】nLOaninoLLOPart I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-u D4 2宀无.，3TOBO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=0.2 ）0IDSO3050MlTOTime （ ELotka-Voltena Predator-Prey: l ime rrajectoiy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 ）Lotka-Voltena Predator-Piey: Phase PlaneID3J30405DW708090LOO0ISOL30Ptey Populaton JV ）80t图1.3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（d=0.2 ）Lotka-Voltena Predator-Piey: Phase Plane80t10 ED 30 qo 506070 EC 90 LOT 110 LZO 13J tt LEC L70 別 LWPtey Populaton JV ）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捕食者密度猎物密度N猎物增长为0捕食者增长为P波动区间波动区间时的P值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。Part II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AT -戈TO00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=0.25 ）2 Ci1Qi：iLLO60Lotka-Voltena Predator-Prey: Time rrajectoiy30JDO帅T3 2TO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 ）Lotka-Voltena Predator-Piey: Phase Plane3Dt0407050mPrey Populabon IV )6 4 2图 2.3 对照组捕食者猎物模型种群密度图（ g=0.25 ）Lotka-Voltena Predator-Piey: Phase PlanenJI 口电击图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猎物密度N波猎物增长为0时捕食者增长为0波动区间动区间的P值时的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。Part皿研究捕食者-猎物模型中两种群密度变化情况与猎物增长率（r）的关系nLOaninoLLO-u D4 2宀无.，3TOBO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=0.6 ）Lotka-Voltena Predator-Prey: l ime rrajectoiy0010 SO 3D4050M TO 80W ICO LIO L20Itt L50Time （ T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-Voltena Predator-Piey: Phase Plane80tn407090Prey Populston JV )JD图 3.3 对照组捕食者猎物模型种群密度图（ r=0.6 ）D-I.Lotka-Voltena Predator-Piey: Phase Plane0LOEDHAU60IDHOWPtey Populaton JV ）60图3.4实验组2捕食者一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猎物密度N波猎物增长为0时捕食者增长为0波动区间动区间的P值时的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。Part W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nTOaninoLLO图4.1对照组捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（c=0.015 ）-u D4 2宀无.，3LOBOLotka-Voltena Predator-Prey: l ime Irajectoiy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-Voltena Predator-Piey: Phase Plane3DEfi90Prey Populston JV )图4.3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（c=0.015 ）Lotka-Voltena Predator-Piey: Phase Plane30t(创口0 廉pdIJmlEPLIJId0200MEa：i100120Li：IMi1003SOPtey Populaton JV ）图4.4实验组2捕食者一猎物模型种群密度图（c=0.025 ）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。