一階建模與定性分析

承載力

一個環境只能供養有限的生命。一片牧場餵養一定數量的牛;一座池塘容納一定數量的魚;一座島嶼維持一定族群的鳥。超過那個數目,食物、水或空間便不夠分配,族群於是停止增長——或縮減回去。那個上限就是承載力,記為 K。

在邏輯斯諦方程 dP/dt = rP(1 − P/K) 中,符號 K 就是承載力,它扮演一個精確的數學角色:它是該模型的穩定平衡點。當 P = K 時括號 (1 − P/K) 為零,故 dP/dt 為零,族群維持穩定。不僅如此,K 是一個吸引子——從 K 以下出發,族群增長趨向它;從 K 以上出發(過度放牧的牧場),族群下降回到它。所以無論起點為何,族群隨時間都被吸向 K。另一個平衡點 P = 0 則是不穩定的:任何微小族群都會遠離滅絕而增長。

承載力是生態學與資源管理中最重要的概念之一,告訴你一個棲地長期能供養的規模。但它是一種建模理想化:真實的承載力並非固定數字——它隨季節、天氣、疾病與人類影響而變動。把 K 當作永久常數很方便,但讓 K 可變的模型往往更接近真相。

若某湖泊對鱒魚的承載力為 K = 5000,放養 8000 條的族群會下降趨向 5000,而枯竭至 500 條的族群會回升趨向 5000——兩者都趨近同一個穩定水準。

K 是邏輯斯諦增長的穩定平衡點:族群都被吸向它。

承載力很少真正恆定;乾旱、疾病與棲地變遷都會改變 K,所以當族群看似過衝或崩潰時,實際上可能是上限本身移動了。

又稱
Ksaturation level環境容納量飽和水準