物种互动：竞争与捕食

当两个物种共享资源或一个物种捕食另一个物种时，它们的种群动态会相互关联，从而产生竞争排斥、共存或捕食者及其猎物之间的联动振荡。

Definition

本主题中的物种互动是指竞争物种和消费者-资源对彼此种群增长产生的人口统计学效应，通过竞争和捕食的耦合模型进行分析。

Scope

本主题涵盖了对种群动态影响最强的两种物种间互动：共享资源的种间竞争，以及包括捕食、食草和寄生在内的消费者-资源互动。它涉及Lotka-Volterra竞争和捕食方程、竞争排斥原理、资源竞争和表观竞争、捕食者的功能性反应和数量性反应，以及稳定共存或周期性动态的条件。

Core questions

• 竞争何时会导致物种的排斥而非共存？
• Lotka-Volterra方程如何描述竞争和捕食？
• 捕食者的功能性反应如何影响捕食者-猎物动态？
• 什么因素能稳定或破坏消费者-资源循环？

Key theories

竞争排斥原理

两个物种竞争同一种单一限制性资源时，不能无限期共存；效率更高的竞争者会取代另一个，除非生态位差异或其他机制缓解了竞争。

Lotka-Volterra动态和功能性反应

耦合方程通过攻击率和转化率将捕食者和猎物密度联系起来，捕食者的功能性反应——其消耗率如何随猎物密度饱和——决定了互动是产生稳定平衡还是振荡。

Mechanisms

在竞争中，每个物种都会抑制共享资源，从而抑制另一个物种的个体增长；结果取决于竞争系数和承载能力，共存要求每个物种对自身的限制大于对其竞争者的限制。在捕食中，猎物增长与遇到捕食者的频率成比例减少，而捕食者增长取决于消耗的猎物；Holling的功能性反应描述了每个捕食者的摄食量如何随猎物密度增加并达到饱和，以及处理时间和猎物避难所如何调节稳定性。

Clinical relevance

了解竞争和捕食有助于生物害虫防治、入侵物种管理、渔业和捕食者保护，以及预测移除或增加一个物种如何重塑群落。这属于教育背景知识，而非管理处方。

History

Lotka和Volterra在1920年代独立推导了竞争和捕食者-猎物方程，Gause在1930年代用原生动物进行了实验验证，并提出了竞争排斥原理。Holling在1959年描述了捕食者的功能性反应，Tilman在1980年代的资源竞争理论将共存建立在资源利用的基础上。

Debates

竞争在构建自然界中的重要性如何？

关于竞争与捕食、干扰和偶然性在决定群落组成中的相对重要性曾有过激烈争论，野外实验表明竞争在某些系统中很强，但在其他系统中则较弱或间歇性存在。

Key figures

• Alfred Lotka
• Vito Volterra
• Georgy Gause
• C. S. Holling
• David Tilman

Seminal works

• begon2006
• gause1934
• holling1959

Frequently asked questions

什么是竞争排斥原理？

它指出，两个物种如果竞争完全相同的限制性资源，就不能无限期共存；其中一个物种将胜过并淘汰另一个，除非它们在资源利用上存在差异或有其他因素介入。

什么是捕食者的功能性反应？

功能性反应描述了每个捕食者捕食的猎物数量如何随猎物密度变化；它通常会先上升然后达到饱和，因为处理每个猎物都需要时间。