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PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro de 2004

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Page 1: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004

MINICURSO

Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional

Michel Iskin da Silveira Costa

9 de fevereiro a 13 de fevereiro de 2004

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PARTE 1

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Introdução aos modelos em ecologia populacional

Contagem de indivíduos - Densidade populacional

Reprodução de séries temporais - Censos populacionais

Modelos TáticosCaracterística empíricaDescrição detalhada

Modelos EstratégicosSacrifício da precisão descritivaObtenção de princípios gerais

Modelagem: Determinar os processos que influenciam a variação do número de indivíduos entre doisinstantes de tempo consecutivos

Gerações separadas

Gerações sobrepostas

Semelparidade Tempo discreto

Tempo discreto & contínuo

Iteroparidade

Homogeneidade espacial e etária (estágio)

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Variação do númerode indivíduos de umapopulação entre doisinstantes de tempo consecutivos

= Número de nascimentos (B)

Número de mortes (D)

-Número deemigrantes (E)

-Númerode imigrantes (I)

+

P = B + I - D - E População aberta

B DI E

População fechada I = 0 e E = 0 ou I ~ E

P = B - D

B DI E

Modelagem da variação do número de indivíduos de uma população

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Gerações separadasDinâmica independente da densidade

1000 ovos noinício do ano t

Início do ano t

Fração média de sobrevivênciade ovos para larva =0,92 920

larvas

Fração média de sobrevivênciade larva para pupa =0,25 230

pupas

Fecundidade média de 100ovos por adulto

4600ovos

Combinando-se as frações de sobrevivência: 0,92 X 0,25 X 0,2 = 0,046 fração de sobrevivência total média

Mortalidade

46adultos

Fim do ano t

Início do ano t+1

Fração média de sobrevivênciade pupa para adulto =0,20

1000 ovos X 0,92=920 larvas

920 larvas X 0,25 =230 pupas

230 pupas X 0,2 = 46 adultos

1000 = 4600x 0,046 x 100

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Um modelo de dinâmica populacional independente da densidade

tt ERE 1

Número de ovos no início do ano t+1

Sobrevivência totalmédia de ovos paraadultos vezes a fecundidade

Número de ovos no início do ano t

Dinâmicas possíveis

Após T períodos

Número de ovos após T períodos

0 ERE TT

Número de ovos iniciais

tE

)( ttempo

R<1tE

)( ttempo

R=1tE

)( ttempo

R>1

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Gerações separadas Caso LogísticoDependência da densidade

1000 ovos noinício do ano t

Início do ano t

Fração média de sobrevivênciade ovos para larva =0,92

920larvas

pupas

Fração média de sobrevivênciade larva para pupa

ovos

Fração média de sobrevivênciade pupa para adulto =0,20

Fim do ano t

Início do ano t+1

adultos

Mortalidade

Fraçãomédia de sobrevivêncialarval (s)

c

LmaxDensidade populacional de larvas (L)

max

1L

L cs

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Na fase larval

max

125,0L

L s t

Assim,

Número de ovos no período seguinte

1max

100 0,20 125,00,92

t

tt E

L

LE

Número de ovos no período atual

max1 1

L

LREE t

tt

Como Lt=0,92 Et e Lmax=0,92 Emax

max1 1

E

EREE t

ttEquação Logística

Emax

Et+1

Et

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Simulações do logístico discreto

LOGISTICO DISCRETO

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

R=2 e K=5

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Simulações do logístico discreto

LOGISTICO DISCRETO

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

R=2,7 e K=5

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Simulações do logístico discreto

LOGISTICO DISCRETO

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

R=3 e K=5

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Simulações do logístico discreto

LOGISTICO DISCRETO

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

R=3,5 e K=5

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LOGISTICO DISCRETO

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

Simulações do logístico discreto R=3,9 e K=5

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Gerações separadas Caso RickerDependência da densidade

1000 ovos noinício do ano t

Início do ano t

Fração média de sobrevivênciade ovos para larva =0,92

920larvas

pupas

Fração média de sobrevivênciade larva para pupa

Fraçãomédia de sobrevivêncialarval (s)

c

Densidade populacional de larvas (L)

aL ces aL ces

ovos

Fração média de sobrevivênciade pupa para adulto =0,20

Fim do ano t

Início do ano t+1

adultos

Mortalidade

Page 15: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Na fase larval

aLe s 25,0

Número de ovos no período atual

Assim,

1 100 0,20 0,250,92 t

aLt EeE t

Número de ovos no período seguinte

taLtt eREE

1

Como Lt=0,92 Et

tEatt eREE 92,0

1 Equação de Ricker

tE

1tE

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RICKER

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

1 1

1

rexx K

xr

tt

tModelo de Ricker

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RICKER

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

5,1 1

1

rexx K

xr

tt

tModelo de Ricker

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RICKER

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

2 1

1

rexx K

xr

tt

tModelo de Ricker

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RICKER

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

6,2 1

1

rexx K

xr

tt

tModelo de Ricker

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RICKER

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

8,3 1

1

rexx K

xr

tt

tModelo de Ricker

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BEVERTON HOLT

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

0,5

1t

tt x

xx

Modelo de Beverton&Holt

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PARTE 2

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Estrutura dos modelos de gerações discretas sem sobreposição de gerações

)( ))(()1( kxkxFkx

Populações de equilíbrio: *)(* xFx

Graficamente

)1( kx

)(kx

*

*

* Pontos de equilíbrio

Bissetriz

F

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Incorporação de fecundidade e mortalidade específicas de faixas etárias

Idade a0

Idade a1

Idade a2

Idade a3

Sobrevivência p0

Sobrevi-vência p2

Sobrevi-vência p1

Fecundidade b0

Fecundidade b3

Fecundidade b2

Fecundidade b1

Idade a1

Idade a0

Idade a2

Idade a3

Instante t1

Instante t2

Fecundidade b0

vezes o número de indivíduos de idade a0 em t1

Sobrevivência p0

vezes o número de indivíduos de idade a0 em t1

Indivíduosde idade a0 no instante t2

=

Indivíduos deidade a1 no instante t2

=

Fecundidade b1

vezes o número de indivíduos de idade a1 em t1

+Fecundidade b2

vezes o número de indivíduos de idade a2 em t1

+

Fecundidade b3

vezes o número de indivíduos de idade a3 em t1

+

0 0 0+ + +

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Incorporação de fecundidade e mortalidade específicas de faixas etárias

0Indivíduos deidade a2 no instante t2

=

Sobrevivência p1

vezes o número de indivíduos de idade a1 em t1

+ 00 ++

Indivíduos deidade a0 no instante t2

Fecundidade b0

vezes o número de indivíduos de idade a0 em t1

Fecundidade b1

vezes o número de indivíduos de idade a1 em t1

Fecundidade b2

vezes o número de indivíduos de idade a2 em t1

Fecundidade b3

vezes o número de indivíduos de idade a3 em t1

= + + +

Sobrevivência p0

vezes o número de indivíduos de idade a0 em t1

Indivíduos deidade a1 no instante t2

0 0 0= + + +

Indivíduos deidade a3 no instante t2

=Sobrevivência p2

vezes o número de indivíduos de idade a2 em t1

+00 + 0+

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b2b1 b3

p0

b0

p2

p1

00 0

00 0

0

0

00

=

Indivíduos deidade a0 no instante t2

Indivíduos deidade a1 no instante t2

Indivíduos deidade a2 no instante t2

Indivíduos deidade a3 no instante t2

Indivíduos deidade a0 no instante t2

Indivíduos deidade a1 no instante t2

Indivíduos deidade a2 no instante t2

Indivíduos deidade a3 no instante t2

Indivíduos deidade a0 no instante t1

Indivíduos deidade a1 no instante t1

Indivíduos deidade a2 no instante t1

Indivíduos deidade a3 no instante t1

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TEMPO

LN

(P

OP

UL

ÕE

S D

E C

AD

A

FA

IXA

ET

ÁR

IA)

EVOLUÇÃO TEMPORAL DE QUATRO FAIXAS ETÁRIAS DE UMA POPULAÇÃO

0 5 15 100.1 0 0 00 0.6 0 00 0 0.3 0

A = 1 tt Axx

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Diagrama de um modelo de estrutura de estágios

T S M LSTS

SSS

STT

FST

FLT

FMT

SML

SMM

SSM

SLL

T - MINÚSCULO S - PEQUENO M - MÉDIO L - GRANDE

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=

Indivíduos doestágio T no instante t2

Indivíduos doestágio S no instante t2

Indivíduos doestágio L no instante t2

Indivíduos doestágio M no

instante t2

Indivíduos doestágio T no instante t1

Indivíduos doestágio S no instante t1

Indivíduos doestágio M no

instante t1

Indivíduos doestágio L no instante t1

STT

0 0

0 0

00

SSS

SMM

SLL

FMT FLTFTT

STS

SSM

SML

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Instante t1 I indivíduosInstante t2 F indivíduos

I

F

t1 t2

NúmerodeIndivíduos

Tempo (dias)

Variação donúmero de indivíduosentre os instantes t1

e t2

=F-I

t2 - t1

Diferença entre osníveis populacionais medidos

Intervalo de tempo entre as medições

Crescimento populacional contínuo

Page 31: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Variação donúmero de indivíduosentre os instantes t1

e t2

=F-I

t2 - t1

Diferença entre osníveis populacionais medidos

Intervalo de tempo entre as medições

Detectar os processos que influenciam a variação do número de indivíduosentre os instantes t1 e t2

=F-I

t2 - t1

Fatores que contribuempara o decrescimento populacional

Fatores que contribuempara o crescimento populacional+

+

tempo

População

dt

dP

dt

dP )(G )(D+

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Fatores que contribuempara o crescimento populacional

Fatores que contribuempara o decrescimento populacional

+ )(G )(Ddt

dP

Taxa de variaçãoinstantânea dapopulação

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Reprodução Contínua

)( NfNdt

dN

Taxa de variaçãoinstantânea da população

)( NfNdt

dN

Taxa de variaçãoinstantânea percapita da população

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Caso independente da densidade

rNdt

dN

Taxa de variaçãoinstantânea da população

rNdt

dN

Taxa de variação instantânea per capitada população

Ndt

dN

N

r

dt

dN

N

0r

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Simulações Exponencial contínuo r=0,1 (linha vermelha) e r=-1 (linha azul)

CRESCIMENTO E DECAIMENTO EXPONENCIAL

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÃ

O

EXTINÇÃO

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1

K

NrN

dt

dN

Taxa de variaçãoinstantânea da população

Caso logístico

rNdt

dN

Taxa de variação instantânea percapita da população

K

N1

Ndt

dN

N

r

K

dt

dN

N

K

CapacidadeSuporte

K

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Simulações Logístico contínuo r=0,3 e K=50Uma condição inicial acima da capacidade suporte e outra abaixo

LOGÍSTICO

tempo

PO

PU

LA

ÇÃ

O

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PARTE 3

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Mecanismos de predação

Velocidade de deslocamentodo predador

Resposta funcional: Número de presas capturadas por unidade de tempo por predador

r

predador

r - raio de visão do predador

densidadede

presas

Interações tróficas

Resposta funcional

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Resposta funcional tipo I

Densidade de presas

Número de presas capturadas por unidade de tempo por predador

CONSUMO ILIMITADO

Na

COEFICIENTE DE

ATAQUE

DENSIDADEDE

PRESAS

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Resposta funcional tipo II

Densidade de presas

Número de presas capturadas por unidade de tempo por predador

SATURAÇÃO DO CONSUMO

1 NaT

aN

h

TEMPO DE MANIPULAÇÃO

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Resposta funcional tipo III

Densidade de presas

Número de presas capturadas por unidade de tempo por predador

SATURAÇÃO DO CONSUMO

1 2

2

NT

N

h

TEMPO DE MANIPULAÇÃO

N a

O ataque aumenta com a densidade de presas

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Interações tróficas

Variação do crescimento do recursono mesmo intervalo de tempo

Variação do recursoem um intervalo de tempo

=

Resposta funcionaldo predador

Número de predadores

Predação Parasitismo Herbivoria

CONSTANTE

PREDADORGERALISTA

VÁRIAS OPÇÕESDE RECURSOS

Quantidade do recursoconsumida por um predadorno mesmo intervalo de tempo

Page 44: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Variação do crescimento do recursono mesmo intervalo de tempo

Número de predadores

Quantidade do recursoconsumida por um predadorno mesmo intervalo de tempo

Resposta funcionaldo predador

Taxa devariação dorecurso em um intervalode tempo

Recurso com crescimento logístico e consumo por reposta funcional tipo I

dt

dN 1

K

NrN aN P

Page 45: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

tempo

Rec

urso

saNP

K

NrN

dt

dN 1

LOGÍSTICO

tempo

PO

PU

LA

ÇÃ

O

Page 46: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Variação do crescimento do recursono mesmo intervalo de tempo

Número de predadores

Quantidade do recursoconsumida por um predadorno mesmo intervalo de tempo

Resposta funcionaldo predador

Taxa devariação dorecurso em um intervalode tempo

Recurso com crescimento logístico e consumo por reposta funcional tipo II

dt

dN 1

K

NrN

1

NaT

aN

h P

Page 47: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÕ

ES

PNaT

aN

K

NrN

dt

dN

h

1 1

Multiplicidade de estados de equilíbrio

Populações de equilíbrio (com extinção)

Populaçõesde

equilíbrio

Page 48: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Variação do crescimento do recursono mesmo intervalo de tempo

Número de predadores

Quantidade do recursoconsumida por um predadorno mesmo intervalo de tempo

Resposta funcionaldo predador

Taxa devariação dorecurso em um intervalode tempo

Recurso com crescimento logístico e consumo por reposta funcional tipo III

dt

dN 1

K

NrN

1

2

2

NaT

aN

h P

Page 49: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÕ

ES

Multiplicidade de estados de equilíbrio

Populações de equilíbrio (sem extinção) PNaT

aN

K

NrN

dt

dN

h2

2

1 1

Populaçõesde

equilíbrio

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Interações tróficas Predador especialista

Crescimento daspresasna ausência dospredadoresno mesmo intervalode tempo

Conversão das presas consumidasem novos predadores no mesmo intervalo de tempo

Variação das presasem um intervalo de tempo

=

Quantidade de presasconsumida por um predadorno mesmo intervalode tempo

Resposta funcionaldo predador

Número depredadores

Variação dos predadoresem um intervalo de tempo = Taxa de mortalidade

de predadores

dt

dN NNr ),( PNf

Resposta funcional do predador

P

dt

dPPPNf ),( PPm )(

Respostanumérica do

predador

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dt

dNPaN

Modelo de Predação Lotka Volterra Simples N- Presas

P - Predadores

Crescimento daspresasna ausência dospredadoresno mesmo intervalode tempo

Variação das presasem um intervalo de tempo

=

Quantidade de presasconsumida por um predadorno mesmo intervalode tempo

Resposta funcionaldo predador

Número depredadores

rN

dt

dPmP

Conversão das presas consumidasem novos predadores no mesmo intervalo de tempo

Variação das pre-dadores emum intervalo de tempo

=Taxa de mortalidadede predadores

gNP

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LOTKA VOLTERRA SIMPLES

TEMPO

PR

ESA

S E

P

RE

DA

DO

RE

S

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Simulações Lotka Volterra Gráfico do plano de fase Predadores X Presas

PLANO DE FASE LOTKA VOLTERRA SIMPLES

PRESAS

PR

ED

AD

OR

ES

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LOTKA VOLTERRA SIMPLES VÁRIAS CONDIÇÕES INICIAIS

PRESAS

PR

ED

AD

OR

ES

Lotka Volterrra - Plano de fase Várias populações iniciais

Page 55: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

dt

dNPaN

Simulações Lotka Volterra dependência da densidade nas presas N- Presas

P - Predadores

Crescimento daspresasna ausência dospredadoresno mesmo intervalode tempo

Variação das presasem um intervalo de tempo

=

Quantidade de presasconsumida por um predadorno mesmo intervalode tempo

Resposta funcionaldo predador

Número depredadores

K

NrN 1

dt

dPmP

Conversão das presas consumidasem novos predadores no mesmo intervalo de tempo

Variação das pre-dadores emum intervalo de tempo

=Taxa de mortalidadede predadores

gNP

Page 56: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

LOTKA VOLTERRA FOCO ESTÁVEL

TEMPO

PR

ESA

S E

P

RE

DA

DO

RE

S

Simulações Lotka Volterra dependência da densidade nas presas

Resposta funcional tipo I

Page 57: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

LOTKA VOLTERRA PLANO DE FASE FOCO ESTÁVEL

PRESAS

PR

ED

AD

OR

ES

Simulações Lotka Volterra dependência da densidade nas presas

Resposta funcional tipo I

Page 58: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

dt

dNP

NaT

aN

h

1

Modelo de predação com resposta funcional tipo II N- Presas

P - Predadores

Crescimento daspresasna ausência dospredadoresno mesmo intervalode tempo

Variação das presasem um intervalo de tempo

=

Quantidade de presasconsumida por um predadorno mesmo intervalode tempo

Resposta funcionaldo predador

Número depredadores

K

NrN 1

dt

dPmP

Conversão das presas consumidasem novos predadores no mesmo intervalo de tempo

Variação das pre-dadores emum intervalo de tempo

=Taxa de mortalidadede predadores

NaT

aNPg

h1

Page 59: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

LOTKA VOLTERRA RF TIPO II CICLO LIMITE

TEMPO

PR

ED

AD

OR

ES

E

PR

ESA

S

Simulações Lotka Volterra dependência da densidade nas presasResposta funcional Tipo II

Page 60: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

LOTKA VOLTERRA CICLO LIMITE RF TIPO II

PRESAS

PR

ED

AD

OR

ES

Simulações Lotka Volterra dependência da densidade e resposta funcional tipo II

Page 61: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

PARTE 4

Page 62: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÕ

ES

Multiplicidade de estados de equilíbrio

Populações de equilíbrio (sem extinção) PNaT

aN

K

NrN

dt

dN

h2

2

1 1

Populaçõesde

equilíbrio

COMO VARIA O NÚMERO DE POPULAÇÕES DE EQUILÍBRIO COM A QUANTIDADE DE PREDADORES (P)?

Page 63: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

VARIAÇÃO DO NÚMERO DE POPULAÇÕES DE EQUILÍBRIO

QUANTIDADE DE PREDADORES (P)

PO

PU

LA

ÇO

ES

DE

E

QU

ILÍB

RIO

PNaT

aN

K

NrN

dt

dN

h2

2

1 1

PARA CADA VALOR FIXO DE P CALCULA-SE 0

dt

dN

DESTA FORMA,

COLAPSO

Page 64: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

PNaT

aN

K

NrN

dt

dN

h

11

Modelo de predação com resposta funcional tipo II N- Presas

P - Predadores

mPNaT

aNPg

dt

dP

h

1

TEMPO

PR

ED

AD

OR

ES

E P

RE

SAS

TEMPO

PR

ESA

S E

PR

ED

AD

OR

ES

AUMENTODA CAPACIDADE SUPORTE

K

INSTABILIDADEPARADOXO DO ENRIQUECIMENTO DE NUTRIENTE

Page 65: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Relação Hospedeiro-Parasitóide

Ovos deHospedeiro

Larva Pupa

Hospedeiro infectado

AdultoParasitóide

Morte doHospedeiro

Larva doParasitóide

HospedeiroAdulto

Hospedeironão infectado

Page 66: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

1tH

Número de hospedeirosno período seguinte

tH

Crescimento independente da densidade de hospedeiros na ausência de parasitóides

taPe

Fração de hospedeiros queescapam de ataques de parasitóides

1tP

Número de parasitóidesno período seguinte

c

Fator de conversão que determinao número de novos parasitóides para cada ataque

Modelo Hospedeiro-ParasitóideHomogeneidade espacial eresposta funcional tipo Poisson

taPt eH 1

Fração de hospedeirosparasitados

Page 67: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Homogeneidade espacialDependência da densidadenos hospedeiros e resposta funcional tipo Poisson

1tH

Número de hospedeirosno período seguinte

K

Hr

t

t

eH1

Crescimento dependente da densidade de hospedeiros

1tP

Número de parasitóidesno período seguinte

c

Fator de conversão que determinao número de novos parasitóides para cada ataque

Fração de hospedeiros não parasitados

taPe

taPt eH 1

Fração de hospedeirosparasitados

RICKER

Page 68: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

NICHOLSON E BAILEY

TEMPO

HO

SPE

DE

IRO

P

AR

ASI

IDE

Modelo Hospedeiro-Parasitóide Dependência da densidade de hospedeiros e resposta funcional tipo Poisson

Page 69: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

NICHOLSON E BAILEY

HOSPEDEIRO

PA

RA

SIT

ÓID

E

Modelo Hospedeiro-Parasitóide Dependência da densidade de hospedeiros e resposta funcional tipo Poisson

Page 70: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

NICHOLSON E BAILEY

TEMPO

HO

SPE

DE

IRO

, P

AR

ASI

IDE

Modelo Hospedeiro-Parasitóide Dependência da densidade de hospedeiros e resposta funcional tipo Poisson

Page 71: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

NICHOLSON E BAILEY RF TIPO I

HOSPEDEIROS

PA

RA

SIT

ÓID

ES

Modelo Hospedeiro-Parasitóide Dependência da densidade de hospedeiros e resposta funcional tipo Poisson

Page 72: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

MODELO HOSPEDEIRO-PARASITÓIDE

TEMPO

HO

SPE

DE

IRO

S P

AR

ASI

IDE

S

Modelo Hospedeiro-Parasitóide Dependência da densidade de hospedeiros e resposta funcional tipo Poisson

Page 73: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Cadeias tróficas Recursos bióticos Resposta funcional tipo I

O enriquecimento de nutrientes (aumento do valor de K ) não altera o nível populacional de consumidores (C) no equilíbrio

(-)

(-)

Resposta numéricado predador

dt

dR

Crescimentologístico dorecurso

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo I pelo consumidor

dt

dC

Resposta numéricado consumidor

Predação doconsumidor pelopredador

Mortalidade dopredador

dt

dPRRecursos

Bióticos

C Consumidores

PPredadores

1

K

RR aRC

wCP baRC

Pd2 gwCP

Page 74: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Cadeias Tróficas

Quantidade de nutriente K

Populaçõesdeequilíbrio

K1 K2 K3

Recurso Consumidor Predador

Page 75: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Cadeias tróficas Recursos bióticos Resposta funcional tipo IIO enriquecimento de nutrientes (aumento do valor de K não altera o nível populacional de consumidores (C) no equilíbrio)

(-)

(-)

Resposta numéricado predador

dt

dR

Crescimentologístico dorecurso

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo II pelo consumidor

dt

dC

Resposta numéricado consumidor

Predação doconsumidor pelopredador

Mortalidade dopredador

dt

dPRRecursos

Bióticos

C Consumidores

PPredadores

1

K

RR

RaT

RCa

h

1

CaT

CPb

h

1

RaT

RCwa

h1

Pd2 PCaT

Cqb

h1

Page 76: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Cadeias tróficas Recursos abióticos Resposta funcional tipo I

(-)

(-)

Resposta numéricado predador

dt

dR

Fluxo deentrada dorecurso

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo I pelo consumidor

dt

dC

Resposta numéricado consumidor

Predação doconsumidor pelopredador

Mortalidade dopredador

dt

dPR

Recursos

abióticos

C Consumidores

PPredadores

1

K

RI aRC

wCP baRC

Pd2 gwCPI

FONTEEXTERNA

Page 77: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Cadeias tróficas Recursos abióticos Resposta funcional tipo II

(-)

(-)

Resposta numéricado predador

dt

dR

Fluxo deentrada dorecurso

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo II pelo consumidor

dt

dC

Resposta numéricado consumidor

Predação doconsumidor pelopredador

Mortalidade dopredador

dt

dPR

Recursos

Abióticos

C Consumidores

PPredadores

1

K

RI

RaT

RCa

h

1

CaT

CPb

h

1

RaT

RCwa

h1

Pd2 PCaT

Cqb

h1I

FONTEEXTERNA

Page 78: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

CASCATAS TRÓFICAS

R

C

P

BIOMANIPULAÇÃO

Page 79: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

PARTE 5

Page 80: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

1

K

NrN

dt

dN

Taxa de variaçãoinstantânea da população

dt

dN

N

K

LOGÍSTICOEFEITO ALLEE

NÍVEL POPULACIONALMÍNIMO PARA A

SOBREVIVÊNCIA

1)(

K

NNNrN

dt

dNcr

Taxa de variaçãoinstantânea da população

crNNdt

dN quando 0

KNcr

Page 81: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

PP COM EFEITO ALLE NAS PRESAS

TEMPO

PR

ESA

S E

P

RE

DA

DO

RE

S

Predador presa com efeito Allee nas presas

PdNaT

aNPg

dt

dP

NaT

aNP

K

NNNNr

dt

dN

h

hcr

2

1

1

11)(

KNcr

Page 82: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

PRESAS

PR

ED

AD

OR

ES

Predador presa com efeito Allee nas presas

PdNaT

aNPg

dt

dP

NaT

aNP

K

NNNNr

dt

dN

h

hcr

2

1

1

11)(

Page 83: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Competição interespecífica

C1C2

INTERFERÊNCIA

R1

C2C1

R2

(-)

(-)

EXPLORAÇÃO

CONSUMIDORES

RECURSOS IMPLÍCITOS

CONSUMIDORES

RECURSOS EXPLÍCITOS

Page 84: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

1

dt

dN1

1

212 N

K

N

Modelo de Lotka Volterra para competição por interferência

Variação daespécie 1em um intervalo de tempo

K

NrN 1

1 1

Crescimento logísticoda espécie 1

Coeficiente de competição.Converte o número de indivíduos da espécies 2 em indivíduos da espécie 1

2

dt

dN

Variação daespécie 2em um intervalo de tempo

2

22 1

K

NrN

Crescimento logísticoda espécie 2

22

121 N

K

N

Coeficiente de competição.Converte o número de indivíduos da espécies 1 em indivíduos da espécie 2

Page 85: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

COEXISTÊNCIA COMPETITIVA

TEMPO

PO

PU

LA

ÇÕ

ES

CO

MP

ET

ITIV

AS

LOTKA VOLTERRRA COMPETIÇÃO POR INTERFERÊNCIA COEXISTÊNCIA

Page 86: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

ESPÉCIES COMPETITIVAS - COEXISTÊNCIA

ESPÉCIE 1

ESP

ÉC

IE 2

LOTKA VOLTERRRA COMPETIÇÃO POR INTERFERÊNCIA COEXISTÊNCIA

Page 87: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

EXTINÇÃO DE UMA DAS ESPÉCIES

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

TEMPO

N1,

N2

LOTKA VOLTERRRA COMPETIÇÃO POR INTERFERÊNCIA EXCLUSÃO COMPETITIVA

Page 88: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

EXTINÇÃO

ESPÉCIE 1

ESP

ÉC

IE 2

LOTKA VOLTERRRA COMPETIÇÃO POR INTERFERÊNCIA EXCLUSÃO COMPETITIVA

Page 89: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Competição por recursos abióticos Exploração Resposta funcional tipo II

(-)(-)

Resposta numéricado consumidor C2

dt

dR

Fluxo deentrada dorecurso

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo II pelo consumidor C1

dt

dC1

Resposta numéricado consumidor C1

Mortalidade doconsumidor C1

Mortalidade doconsumidor C2

dt

dC2

RRecursos

Abióticos

11 Cd 11

1 CRa

Rm

22 Cd 22

2 CRa

Rm

I

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo II pelo consumidor C2

11

1 CRa

Rm

2

2

2 CRa

Rm

C2Consumidor 2

C1Consumidor 1

DUAS ESPÉCIESEM UM MESMO NÍVEL TRÓFICO

1

K

RI

EXCLUSÃO COMPETITIVA

Page 90: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Competição por recursos bióticos Exploração Resposta funcional tipo II

(-)(-)

Resposta numéricado consumidor C2

dt

dR

Crescimentologístico dorecurso

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo II pelo consumidor C1

dt

dC1

Resposta numéricado consumidor C1

Mortalidade doconsumidor C1

Mortalidade doconsumidor C2

dt

dC2

RRecursos

Bióticos

1

K

RrR

11 Cd 11

1 CRa

Rm

22 Cd 22

2 CRa

Rm

Consumo do recurso comresposta funcionaltipo II pelo consumidor C2

11

1 CRa

Rm

2

2

2 CRa

Rm

C2Consumidor 2

C1Consumidor 1

DUAS ESPÉCIESEM UM MESMO NÍVEL TRÓFICO

COEXISTÊNCIA - EXCLUSÃO COMPETITIVA

Page 91: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Modelos de Dinâmica de Metapopulação

Modelos de Metapopulação de uma Espécie

Continente

Continente

COLONIZAÇÃO EXTERNA

COLONIZAÇÃO INTERNA

Ambiente fragmentado

Não há distinção delocalização espacial nem de área entre osfragmentos.Todos são colonizadoscom a mesma probabilidade

Balanço decolonização eextinção local

ILHAS

Page 92: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Modelos de Dinâmica de Metapopulações

Modelos de Metapopulação de uma Espécie Colonização Externa

Continente

Coeficiente de extinção

dt

dp

Coeficientede coloniza-ção

Proporção de áreas vazias

m ph pe

Taxa de variação das áreas ocupadas

10 h

PROPORÇÃO DE HABITATDISPONÍVEL

Page 93: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Modelos de metapopulação de uma espécieCaso Continente - ilha Colonização externa

Coeficiente de extinção

dt

dp

Coeficientede coloniza-ção

Proporção de áreas vazias

m ph pe

Taxa de variação das áreas ocupadas

Proporçãodas áreasocupadas noequilíbrio

*p

Não há possibilidade de extinção global

em

hm

Page 94: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Modelos de metapopulação de uma espécie Colonização interna

Coeficiente de extinção

dt

dp

Taxa de coloniza- ção depen- dente das áreas ocupadas

Proporção de áreas vazias

mp ph pe

Taxa de variação das áreas ocupadas

Pesistência da metapopulação

0* p 0m

eh

*p

hm

e 1

Destr

uiçã

o de

hab

itat

Proporção das áreasocupadas no equilíbrio

Proporçãode habitatdisponível

Page 95: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

E

x

t

i

n

ç

ã

o

Metapopulações de espécies competitivas

Espécie 1 competitivamente superior a espécie 2

Vazio

Colonização pela espécie 1

Espécie 2

Colonização pela espécie 2

Colonizaçãopela espécie 1

Espécie 1

Page 96: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Modelo de metacomunidades com duas espécies competitivas Colonização interna

ESPÉCIE 1 COMPETITVAMENTE SUPERIOR

Taxa de extinção

1

dt

dp

Taxa decolonização

111 phpm 11 pe

Taxa de variação das áreasocupadaspela espécie 1

ESPÉCIE 2

2

dt

dp

Taxa de variação das áreasocupadaspela espécie 2

Taxa decolonização

2122 pphpm

Taxa de extinção

22 pe211 ppm

Competição

Page 97: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

*p

hm

e 1

Destruição de habitat

Destruição de habitat Espécies competitivas

Proporção das áreasocupadas no equilíbrio

Proporçãode habitatdisponível

Espécie competitivamente superior

Espécie competitivamente inferiorCOEFICIENTES DE EXTINÇÃO (e) IGUAIS

Page 98: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

METAPOPULAÇÕES - PREDADOR-PRESA

Vazio

Colonização por predador

Presa

Predador

Colonização pela presa

Extinçãode

predadores

Extinçãode

presas

Page 99: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Espécie 1 Predador

Taxa de extinção das presas

1

dt

dp

Taxa decolonizaçãodos predadores

211 ppm 11 pe

Taxa de variação das áreas ocupadas pelos predadores

Espécie 2 Presa

2

dt

dp

Taxa de variação das áreasocupadaspelas presas

Taxa decolonização

2122 pphpm

Taxa de extinção dos predadores

22 pe211 ppm

Predação

METAPOPULAÇÕES - PREDADOR-PRESA COLONIZAÇÃO INTERNA

Page 100: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

*p

h1

Destruição de habitat Predador-presa

Proporção das áreasocupadas no equilíbrio

Proporçãode habitatdisponível

1crh

Predador (1)

Presa (2)

21

21

122

*1

1

1*2

mm

em

emhm

p

m

ep

0*1 p

2

2

1

11 m

e

m

ehcr Persistência do predador

No equilíbrio,

Page 101: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

UMA ESPÉCIE

GERAÇÕES SEPARADAS - GERAÇÕES CONTÍNUAS

SOBREPOSIÇÃO DE GERAÇÕES - ESTRUTURA ETÁRIA E DE ESTÁGIO

EXPLORAÇÃO DE RECURSO

DUAS OU MAIS ESPÉCIES

PREDAÇÃO PARASITISMO HERBIVORIA

COMPETIÇÃO

CADEIAS TRÓFICAS

METAPOPULAÇÃO

HOMOGENEIDADE ESPACIAL

HETEROGENEIDADE ESPACIAL

HOMOGENEIDADE ESPACIAL

RESUMO

Page 102: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Abrams P AAkçakaya H RArditi RBascompte JBeddington J RBegon MBerryman A ACase TChesson PDe Angelis D LDe Roos AMDennis BDoebelli MGetz W MGinzburg L RGotelli N JGrover JGurney W S C

Hanski IHassell M PHastings AHolt R DKareiva PLevin S ANisbet RPolis G ARohani PRoughgarden JRuxton G DScheffer MSchmitz O.J.Strong D RSutherland W JTilman DTurchin P

LISTA DE ALGUNS PESQUISADORES

Page 103: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

ECOLOGYECOLOGICAL MONOGRAPHSAMERICAN NATURALISTOIKOSECOLOGY LETTERSTRENDS IN ECOLOGY AND EVOLUTIONJOURNAL OF ANIMAL ECOLOGYJOURNAL OF ECOLOGYJOURNAL OF APPLIED ECOLOGYRESTORATION ECOLOGYECOSYSTEMSECOLOGICAL RESEARCHBIOLOGICAL CONSERVATIONPROCEEDINGS OF THE ROYAL SOCIETY BIOLOGICAL SERIESCONSERVATION BIOLOGYANNUAL REVIEW OF ECOLOGY AND SYSTEMATICSANNUAL REVIEW OF ENTOMOLOGYTHEORETICAL POPULATION BIOLOGYJOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGYECOLOGICAL MODELLINGBULLETIN OF MATHEMATICAL BIOLOGYJOURNAL OF BIOLOGICAL SYSTEMSMATHEMATICAL BIOSCIENCESNATURAL RESOURCES MODELING

LISTA DE ALGUNS PERIÓDICOS

Page 104: PROGRAMA DE VERÃO DO LNCC 2004 MINICURSO Introdução aos Modelos em Ecologia Populacional Michel Iskin da Silveira Costa 9 de fevereiro a 13 de fevereiro

Population Ecology : A Unified Study of Animals and PlantsMichael Begon, David J. Thompson, M. MortimerBlackwell Science 1996

Ecology : Individuals, Populations and CommunitiesMichael Begon, C. R. Townsend, J. L. HarperBlackwell Science 1996

Dynamics of arthropod predator-prey systems, Hassell M P

Theoretical ecology : principles and applications, May R M

ECOLOGICAL DYNAMICS, Nisbet R e Gurney W S C

MATHEMATICAL BIOLOGY, Murray, J D

MATHEMATICAL MODELS IN BIOLOGY , Keshet L E

LECTURE NOTES IN BIOMATHEMATICS

LISTA DE ALGUNS LIVROS