Loka-volterra捕食者-猎物模型模拟法.doc

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Loka-volterra捕食者-猎物模型模拟法

生态学实验报告 实验题目: 《Loka-volterra捕食者-猎物模型模拟》 Loka-volterra捕食者-猎物模型模拟 Loka-volterra捕食者-猎物模型是20世纪20年代Loka A.J.(1925)和volterra V.(1926)提出的描述种间关系的经典模型之一。该模型假设:除捕食者存在外,猎物生活于理想环境中(其出生率和死亡率与密度无关);捕食者的环境同样是理想的,其种群增长只受到可获得的猎物数量的限制。 Loka-volterra捕食者-猎物系统的连续增长微分方程为: dN/dt=r1N-c1NP………………….(1) dP/dt=-r2P+c2NP…………………(2) 式中: N——猎物密度 r 1——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杀猎物的常数; P——捕食者密度 -r 2——捕食者的死亡率 C2——捕食者利用猎物而转变为更多捕食者的捕食常数。 方程(1)描述了猎物的种群动态,倾向于r1N的无限增长,但它要受捕食者功能项c1NP的制约。 方程(2)描述了捕食者种群动态,捕食者数量一方面受死亡的影响,另一方面受与猎物有关的数值c2NP的影响。 当模型平衡时,即dN/dt=dP/dt=0时,P= r1/c1,N= r2/c2。说明当捕食者的数量为r1/c1时,猎物数量将稳定不变;当捕食者的数量大于r1/c1时,猎物的数量会减少;当捕食者的数量小于r1/c1时,猎物的数量会增加。同样,猎物的数量为r2/c2时,捕食者数量也会恒定不变;当猎物的数量大于r2/c2时,捕食者的数量上升;反之捕食者数量下降。 Loka-volterra捕食者-猎物模型揭示了这种捕食关系的两个种群数量动态是彼此消长、往复振荡的变化规律。 实验目的: 在掌握Loka-volterra捕食者-猎物模型的生态意义与各参数意义的基础上,通过改变相应参数数值的大小,在计算机上模拟捕食者种群与猎物种群的数量变化规律,从而加深对该模型的认识。 实验器材: XP操作系统的计算平台,Loka-volterra捕食者-猎物模型计算机模拟运行软件。 方法与步骤: 参数的设置及实验结果分析 P=0,r1=0.1,c1=0.01;N=20,r2=0.1,c2=0.01。 P=20,r1=0.1,c1=0.01;N=0,r2=0.1,c2=0.01。 图一 图二 由图一可看出,当捕食者密度P为零时,即猎物在没有天敌的情况下,猎物种群的增长曲线在环境资源无限的情况下其种群数量倾向于无限增长。由图二可看出,当猎物密度N为零时,即捕食者在没有食物的情况下,捕食者种群的增长曲线很快达到零。 P=20,r1=0.1,c1=0.01;N=20,r2=0.1,c2=0.01。 图三 由图三知,在猎物与捕食者初始数量相同时,在初始阶段,猎物数量迅速下降;而捕食者的数量先开始增加,后开始下降。在随后的时间内,二者都呈往复振荡的趋势。 P=20,r1=0.1,c1=0.01;N=3,r2=0.1,c2=0.01; P=20,r1=0.1,c1=0.01;N=5,r2=0.1,c2=0.01; P=20,r1=0.1,c1=0.01;N=10,r2=0.1,c2=0.01; P=20,r1=0.1,c1=0.01;N=20,r2=0.1,c2=0.01; P=20,r1=0.1,c1=0.01;N=50,r2=0.1,c2=0.01。 图四 图五-图六 图七-图八 由图四、图五、图六、图七、图八的图像可以看出:在初始阶段,初始捕食者数量不变时,曲线走势随着初始猎物数量的变化而变化。 在初始阶段,当猎物的数量较少时,捕食者的数量随着猎物数量的减少而减少;但当猎物的数量较多时,捕食者的数量先增后减。 由图四、图五、图六的图像可以看出:刚开始的时候由于捕食者的数量较多而猎物的数量较少,使得猎物的生存环境恶劣,种群数量迅速减少;同时,捕食者的食物匮乏,缺少食物,影响其生存,在较短的时间内数量迅速减少。但是,随着捕食者的数量减少,猎物被捕食的几率也下降,其种群数量上升;对于捕食者来说,猎物数量的增加,其食物来源越来越充足,使得捕食者能存活的数量增加,这样,当捕食者的数量达到了一个临界值以上时,又会使猎物的数量减少。就这样,猎物与捕食者的种群的变化互相制约、影响,交替增长与减小。 由图七、图八的图像可以看出:刚开始的时候由于猎物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,而猎物由于数量少,被捕食的几率大,数量减少很快。由于猎物数量的急剧减少,捕食者的食物减少,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,捕食者的减少使得猎物的生存环境得以改善,种群数量增加,同时猎物的数量增加使得捕

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