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食物网关键种的判定及其对稳健性的影响

王凤珍, 唐毅

生物多样性 2019, 27 (10): 1132-1137. DOI: 10.17520/biods.2019208

摘要（3513）

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食物网关键种的定量判定方法不仅有助于揭示食物网中的物种关系, 而且有利于对关键物种进行优先保护。本研究以包含49个物种的河流生态系统食物网为对象, 计算网络中表征度性质的指标(点度中心度、中介中心度、紧密中心度), 并根据指标对物种进行聚类, 分析不同类物种影响食物网连接稳健性程度的差异, 探讨不同节点去除方式下节点数量对食物网连接稳健性的影响。结果发现, 聚类将食物网中物种分成三类。I类物种具有相对较高的点度中心度、中介中心度、紧密中心度; II类物种具有相对更低的点度中心度、中介中心度、紧密中心度; III类物种的点度中心度、中介中心度、紧密中心度介于前两者之间。I类物种处于更为重要的地位, 可认为是关键种。本研究为如何判定关键种贡献了新的思路。另外, 升序去除方式下, 连接稳健性呈降低趋势; 降序去除与随机去除方式下, 连接稳健性在持续降低后又有小幅度增加, 这表明去除方式对食物网连接稳健性有影响。三种去除方式下, 食物网连接稳健性发生显著变化对应着几乎相同的去除节点数量, 表明关键种在维持食物网稳健性方面发挥着重要作用。

类别 Cluster	指标 Indices	均值 Mean	方差 Variance	中位数 Median	最大值 Maximum	最小值 Minimum
Ⅰ类	点度中心度 DC	0.394	0.027	0.383	0.575	0.234
	中介中心度 BC	0.216	0.028	0.180	0.428	0.078
	紧密中心度 CC	0.538	0.012	0.528	0.662	0.435
Ⅱ类	点度中心度 DC	0.047	0.001	0.043	0.106	0.021
	中介中心度 BC	0.003	0.000	0.001	0.011	0.000
	紧密中心度 CC	0.386	0.002	0.398	0.465	0.305
Ⅲ类	点度中心度 DC	0.116	0.001	0.106	0.170	0.064
	中介中心度 BC	0.036	0.001	0.031	0.083	0.003
	紧密中心度 CC	0.469	0.000	0.470	0.500	0.431

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表1 节点的点度中心度、中介中心度、紧密中心度的汇总统计量

正文中引用本图/表的段落

本研究所用食物网数据来源于Interaction Web DataBase (https://www.nceas.ucsb.edu/interactionweb
/resources.html.), 该数据来自Thompson和Townsend在新西兰南岛Catlins河流调查的水生昆虫、藻类和鱼类共49个物种构成的食物网(Thompson & Townsend, 2005)。不同物种间相互作用通过邻接矩阵表示。当矩阵元素为1时, 表示物种i和物种j之间存在直接相互作用, 当矩阵元素为0时, 表示物种i和物种j之间不存在直接相互作用。

本研究以点度中心度、中介中心度、紧密中心度为指标, 对食物网各节点进行聚类, 以贝叶斯信息量(BIC)作为聚类依据。结果表明, 节点可聚为3类(n = 49, BIC = 648.069), I、II、III类包含的节点数目分别为4个、30个、15个(图1)。I类节点具有相对较高的点度中心度、中介中心度、紧密中心度; II类节点上述3个指标的值相对更低; III类节点相对应指标的值介于前两者之间。每个类的点度中心度、中介中心度、紧密中心度的均值、方差、中位数、最大值、最小值见表1。I类节点包含物种为碎屑、植物材料、弯楔藻和南乳鱼类, 其余两类节点包含的物种有碎屑、藻类、水母、海胆、昆虫、虾、鱼等。三类物种在营养级上的区别不大。

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