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
PrfidaIOTS
20 _____________ I ______ ___ J ____________ I _______ 0.0
Owaa 30
CJenEtrBtkall
【实验目的】
在掌握LOtka-VOIterra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 PQ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。
【实验结果与分析】
Part 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
12Dτ
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=Q.2）
1=!∣J∙
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=Q.3)
I /Otka-Vα]teττ⅛ PretLator- Prey: PhaSe PIHrlE
5∏BoTDKi
PFIey TaPuIlJb皿[Λf J
图1.3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（d=0.2 ）
LOtka-VOlteITa Predator-Prey: PhaSe Plane
JgI M Tl 啊也BT TD ED 30 L∏] HO LΞ3 13D 143[50 1閱ITO IBn ΓW∣
PFIey PoPliI^hCFD ( A1)
图1.4实验组1捕食者一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。
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
7
图2.3
对照组捕食者一猎物模型种群密度图（ g=0.25)
Irl
!/Otka-VolteTTa Predator-PreJ r
: TiTTle Trajeclnry
LOtka-VOItETTa Predator-Prey; TilTleTrajeCtoIy
LOtka-VOlteTra Predator-Piey: PhaSe Plane
12Dτ
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
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《
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口台昱
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
Tl?JL ■ £
Prey F⅛∣JIIIl 3∣>∣j I' Λs )
图2.4实验组2捕食者一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
0.25 25--60 20--110 40 54 实验组2
0.10
10--55
30--350
40
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。
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LOtka-VOltelTa Predator-Prey: PhaSe PIane
eg
Vn
PFey Fdi-BijliifaiXj I' Λ')
Wl
Part In 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对照组捕食者一猎物模型种群密度随时间变化的图（ r=0.6 )
Lotka-VolteTra Predator-Prey: PhaSe PIaTle
图3.3对照组捕食者一猎物模型种群密度图（ r=0.6 ）
I /Otka-Volterra PreChltOr-Prey: PhaSe PIHrlE
40 5□
BO
Prey FdpiiliJaMi [ A lS
)
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 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 40 54 实验组3
0.8
48--60
40--68
54
54
Irl
-Jυ⅛-≡^⅛⅛J⅛⅛*⅛o⅛
TtJ
HD
LOtka-YOIteTTa PredatGPτey: TLnle I rrljeCtoTy
Pff ty ΓotB>jlufa>>∣j I' JV )
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 IV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
IflDl
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 )
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)
U
LOtka-VOlteTra Predator-Prey: PhaSe Plane
图4.3对照组捕食者一猎物模型种群密度图( c=0.015 )
5
2
：
]∕θtkπ-Yσl ⅛ττa PrTelkltPr - Prey; Phaj≡t PIiIrlE
] 2⅛ 1 O Kl E IQD ~ 14D lS)I IElQ ΞCH ΞΞO
Prley P6pulub>>D [ Λf )
Lotka-Voltena PredatOr-Prey: TnTl 已'I 'πιjectoτy
表4
⅞π TD gg
PFey POPljIUki M J (；V)
g
TBsJU ( I
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O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】
对捕食者一猎物模型的解释：
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。