獵物-捕食者模型

獵物-捕食者模型

捕食者-獵物模型是一個簡單而有價值的例子。該模型做了三個簡單化假設:1)相互關係中僅有一種捕食者與一種獵物;2)如果捕食者數量下降到某一域值型以下,獵物數量就上升,而捕食者數量如果增多,獵物數量就下降。3)如果獵物數量上升到某一閾值,捕食者數量就增多,而獵物種數量就增多。如果很少,捕食者數量就下降。

模型建立

Lotka-Volterra(1925,1926)假設在沒有捕食者時,獵物種群呈指數增長:

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

捕食者種群在沒有獵物時呈指數下降:

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

若兩個種群置入有限空間時,獵物種群的增長率降低。降低的多少依賴於捕食者的密度:

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

同樣,捕食者種群的增長依賴於獵物種群的密度:

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
10-2 10-2
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

平衡點 時

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

系統的定性解為中心解,為周期性解。當種群初始值不時,以不同的封閉曲線圍繞奇點(奇點即的點)星逆時針旋轉(見圖10-2)

模型改進

該方程顯然有許多不足之處。例如:1)如無P,H呈指數增長。 2)H種群僅因P而死亡。3)P僅以H為食。4)兩種群均無密度制約作用。故在原方程的基礎上可做大量工作;改進一項或兩項使之更符合生物學意義, 再進行定性分析。例如Volterra(1926) 構想無捕食者時(或寄生物,意義相同),獵物種群服從邏輯斯蒂方程,其它不變。方程形式為:

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
10-3 10-3
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

其中,第一式:
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

顯然,邏輯斯蒂方程中的內稟自然增長率 , 環境載力 ,其奇點為穩定焦點。如圖10-3(a)。Leslie和Gower (1948) 考慮到應加進去兩個種群間的密度制約關係。方程如下:

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
10-4 10-4

此方程中的第一式同於Volterra(1926)方程中的第一式,加入了獵物種群的自飽和項。

獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型
獵物-捕食者模型 獵物-捕食者模型

第二式中以 代替H,以體現當獵物少而捕食者多時, 值增大,不利於捕食者種群的增長。反之,若獵物多而捕食者少時, 值小,有利於捕食者種群的增長。

其奇點也為穩定焦點,如圖10-4A。繪成種群曲線時(圖10-4B),兩種群隨時間而阻尼振盪,最後均達到平衡密度並共存下去。

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