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富食悖论的种群动态机制

仇云鹏  
【摘要】:种群动力学模型是用以描述种群与种群,种群与其生境间相互作用的动力学关系的数学模型,研究人员可以利用该模型描述、预测甚至调控自然界物种的发展过程与趋势,该模型已在理论生态学、经济学、资源开发与管理、环境评估与管理等方面得到广泛应用。 被捕食者与捕食者相互作用是物种种群间相互作用的基本关系之一,是生态学领域的研究热点。Rosenzweig (1971)利用数学模型研究简单的被捕食者-捕食者系统,发现随着营养物质供应的不断增加,系统将变得不再稳定,紊乱性增强,最终导致系统内的物种灭亡。其将此现象称之为“富食悖论”。随后,研究人员相继进行了大量的实验验证。然而,许多实验结果和自然系统并不能够支持Rosenzweig (1971)的理论。针对这些矛盾,过去几十年,许多生态学家进行了大量数学建模与实验提出了各种不同的解释机制。 本文分别采用模型分析和实验检验的方法,从如下两个方面对“富食悖论”的种群动态机制进行了研究:(1)以三种收获速率间歇收获捕食者种群,探讨其如何分别影响比率依赖和被捕食者依赖型被捕食者-捕食者系统动态;(2)“不合口味的被捕食者”能否通过其与捕食者间的弱相互作用,起到稳定被捕食者-捕食者系统的种群动态作用?得到以下结果: 1利用数学建模研究发现:间歇收获捕食者对于不同的被捕食者-捕食者模型种群发展趋势能够产生不同的影响。在中收获率(20%/3天)策略下,两模型结果都为捕食者和被捕食者种群能够稳定共存,在高收获率(40%/3天)策略下,两模型结果同样都表现为被捕食者增长至K值,而捕食者趋向于灭亡。而在低收获率(10%/3天)策略下,比率依赖型模型结果为捕食者和被捕食者种群稳定共存,被捕食者依赖(HollingⅡ)型模型结果为系统种群密度出现大幅度波动,系统不能保持稳定状态。 2利用受控实验发现:不论是贫营养还是富营养条件,当大型溞(Daphnia magna)仅仅以小球藻(Chlorella sp.)为饵料时,系统在实验结束时大型溞的种群密度为0mg/L,而当大型溞以小球藻和无毒铜绿微囊藻(Micocystis aeruginosa)469混合藻为饵料时,实验结束时大型溞的种群密度都为0.25mg/L,显著大于0。由此可以得出结论:“不合口味的被捕食者”即无毒铜绿微囊藻469可以起到稳定被捕食者-捕食者(藻-溞)系统种群动态的作用。 然而,自然生态系统要比模型和实验室系统复杂很多,各种不同机制可能联合起到稳定自然系统的作用。因此,阐释生态系统的内在机制是极其重要的生态学研究内容。此外,对于被捕食者-捕食者系统的研究将有助于制定合适的收获策略。


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