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生态学研究方法（硕士生学位课） 陈 欣 浙江大学生命科学学院农业生态研究所 联系电话：6971154（O) 7997840 (H) 第七讲 生态学模型 一、生态学模型的概念 二、建立生态学模型的一般步骤 三、生态系统模型的成分 四、生态系统模型类型 五、建立模型的一般方法 六、模型示例 模型（Model）：是现实世界的抽象，可以包括人类活动的各个方面。模型可以用图解、文字、数学和实体等形式来表达。 图解模型（Diagrammatical model）: 用图象的形式来抽象客观事实，如城市地图，交通运输图等。 文字模型（Letter model）: 用文字叙述的形式来对纷繁复杂的客观事实进行抽象。 实体模型（Concrete model）：如地球仪、建筑模型、一座新建城市的模型等。 数学模型（Mathematical model）：用数学的方法抽象和表达物理系统或生命系统内的数量关系，这些数量关系即为数学模型。在用模型研究系统行为时，常由许多个数学模型共同完成。 生态学模型：是通过图形、文字、数学表达来描述生态系统的过程、生态规律，即对生态系统的过程和生态学规律进行抽象。 三、生态系统模型的一般成分 生态系统模型的结构，一般由5个成分构成： 系统变量：用于表示系统任何状态（state )或情况的数据，也称状态变量。 数学方程：表示各个组分之间的流（flow） 或相互关系。许多不同类型的生态过程可以用相同类型的方程，同一生态过程也可以用不同类型的方程表示。 系统的输入：也称外部变量（强制函数）。外部变量影响系统的成分从而影响生态过程，但外部变量不受系统组分的影响。 可以控制：如污染量的输入 外部变量分为 不可以控制：如气候因子 参数：生态过程的数学表达式含有的系数在分析模型具有明确的生态学含义，如种群的增长率r,环境容量K等。 常数：是一些通用的物理、化学常数，如气体常数，分子量等。 1、确定性模型/随机性模型： 确定性模型：建立在对系统行为有透彻了解的基础上，只要知道当前状态，该模型便对未来的输入作出定性的响应。 随机性模型：在模型建立的过程中有随机输入和随机测量误差，预测的结果是一个概率分布 2、分室模型和矩阵模型 分室模型：建立在系统分解成若干相互关联的单元的基础上。每个单元都有自身状态，输入、输出几个变量，这些单元的状态可用微分方程组描述。 矩阵模型：在建立模型的过程中使用了矩阵代数模型。 3、还原模型和整体模型 还原模型：考虑详尽的细节，从细节反映系统的总体行为。 整体模型：不考虑细节，以系统总体的行为为对象。 4、动态模型和静态模型 动态模型：定义的系统变量是时间的函数。 静态模型：模型所假设的所有变量和参数都与时间无关。 5、分布参数模型和集合参数模型： 分布参数模型：把参数考虑为时间和空间的函数。 集合参数模型：在规定的时间或空间中，参数看作常数。 6、线性模型和非线性模型 线性模型：连续使用一阶方程 非线性模型：使用一个或多个非一阶方程。 7、因果模型和黑箱模型 因果模型：输入、状态和输出相互有因果关系 黑箱模型：输入、输出不需做因果分析 五、建立模型的一般方法 分室系统法：注意力集中在生态系统中各分室的物质和能量的定量。分析模型通常是用相当简单的微分方程组建立起来的。 实验组成成分法：注意力集中在生态过程（如捕食、竞争等问题）的详细分析上，建立模型时，焦点不在定量地测定描述系统状态的各种度量，而是在描述系统的方程及其相互作用。 模型示例分析 一、群落演替过程中的数学模型 群落演替（succession）：生物群落随时间的推移而发生的某些物种消失及某些物种侵入，群落向着一定方向发展的现象叫群落演替。 t0 t1 t2 tn 演替趋势的图表模型（Odum， 1976） 项目 生态系统特征 演替阶段(t0) 顶极阶段(tn) 群落结构 种类组成 改变快速 改变极小 个体大小 小 大 自养生物的种类