摘要

植物上的许多节肢动物捕食系统通常在空间上具有斑块状结构,在每个营养级至少有两个本质上不同的阶段:斑块内种群增长阶段和斑块间扩散阶段。营养水平的耦合发生在生长阶段,但在扩散阶段不存在。通过将生长阶段表示为斑块的简单存在/缺失状态,集合种群动力学可以用一个常微分方程系统来描述,经典的Lotka-Volterra模型是一个极限情况(例如,当扩散阶段持续时间无限短时)。

当时间尺度参数证明忽略植物动力学是合理的时,可以通过以下任何扩展证明原本不稳定的Lotka-Volterra模型变得稳定:(1)猎物的扩散阶段,(2)猎物斑块相对于捕食者发现风险的可变性,(3)(足够高)捕食者-食饵斑块中分散捕食者的拦截,以及(4)捕食者-捕食者斑块中的食饵扩散。当斑块内捕食者与猎物相互作用的持续时间是固定的而不是可变的,以及捕食者直到猎物灭绝后才从斑块中分散时,稳定性的参数域会缩小。与猎物的分散阶段相比,捕食者的分散阶段具有破坏稳定的作用。

当植物动力学的时间尺度与捕食-食饵斑块动力学没有太大差异时,Lotka-Volterra捕食-被捕食斑块模型应扩展为捕食-捕食-斑块模型,但这大大修改了潜在的稳定机制列表。对二营养模式具有稳定作用的几个机制在三营养模式中失去了这种作用,甚至可能变得不稳定;例如,猎物的扩散阶段使捕食-被捕食模型具有稳定性,但破坏了捕食者-被捕食者模型的稳态,这与捕食者的扩散阶段破坏了捕食-食饵模型的稳态非常相似。其他机制在三营养环境中保持其稳定作用;例如,捕食者-食饵斑块中的食饵扩散对捕食者-被捕食者模型和捕食-被捕食者模型都具有稳定作用。

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