基于森林景观斑块间耦合作用的加权网络构建

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复杂生态网络是从系统角度,结合复杂网络技术,进行生态学现象研究的有效方法。项目组在之前的研究中,构建了无权森林景观斑块耦合网络,对森林景观斑块是否连接做了定性描述,但在实际的森林景观生态系统中,不同森林景观斑块间不停的进行物质、能量和信息的流动,斑块间存在着或强或弱的耦合作用,且斑块间的耦合作用强度对森林景观生态系统的性质有重要影响。本文强调森林景观斑块间的耦合作用,构建加权森林景观斑块耦合网络,更真实客观的抽象了复杂的森林景观生态系统。  本文以西洞庭湖区为研究对象,对该区域的森林景观类型进行分类,基于物种多样性和土壤肥力对斑块间的耦合作用进行研究,以景观斑块为节点,斑块间的耦合作用为边权,构建加权森林景观斑块耦合网络,并对加权森林景观斑块耦合网络和无权网络的拓扑结构进行简要的分析和对比。主要研究内容和研究结论如下:  (1)基于物种多样性的斑块间耦合作用研究。本文对不同森林景观斑块内物种多样性水平进行分析,采用熵权法和综合评价法计算物种多样性综合指数,全面量化了不同森林景观林下物种多样性水平,并对不同森林景观斑块间的耦合作用进行分析,结果表明:阔叶林与竹林间耦合作用最强,阔叶林与松木幼龄林间耦合作用最弱;从森林景观类型分析,阔叶林与其它森林景观斑块间的耦合作用具有阔竹>阔灌>阔松>阔杉的规律;从不同龄组进行分析,在杉木和松木林中,森林景观斑块间耦合作用强度具有幼龄林与成熟林斑块间的耦合作用大于幼龄林与中龄林斑块间的耦合作用的规律,中龄林与成熟林间的耦合作用较小。  (2)基于土壤肥力质量的斑块间耦合作用研究。本文对土壤的理化性质进行分析,采用主成分分析法计算不同森林景观内的土壤肥力质量指数,并对其耦合作用进行分析,结果表明:阔叶林与竹林间的耦合作用最强,杉木幼龄林与杉木中龄林间的耦合作用最弱;杉木与松木间的耦合作用在0-0.2之间,阔叶与其它森林景观斑块间的耦合作用在0.2-0.4范围内,竹林与其它森林景观斑块类型间的耦合作用在0.4-1.0范围内,林分类型是基于土壤肥力的森林景观斑块间的耦合作用大小的主要影响因子。  (3)提出了以斑块间耦合作用为边权,构建加权森林景观斑块耦合网络的一种方法。本文选取15个森林景观斑块耦合体,以斑块为节点,分别以基于物种多样性和土壤肥力的斑块间耦合作用为边权,构建出30个加权森林景观斑块耦合网络。  (4)对本文所构建的加权森林景观斑块耦合网络和无权森林景观斑块耦合网络的拓扑结构进行研究并对比分析,结果表明:加权和无权的森林景观斑块耦合网络的节点度分布符合幂律分布,具有无标度特性。基于物种多样性和土壤肥力质量构成的加权森林景观斑块耦合网络均具有小世界特性,且小世界特性与网络规模成正比;无权的森林景观斑块耦合网络的小世界特性不具有普适性;加权森林景观斑块耦合网络比无权森林景观斑块耦合网络小世界特性更显著,所以加权森林景观斑块耦合网络能更好的体现森林景观生态系统内物种、能量和信息的传播能力。
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