基于复杂网络的生态系统稳定性研究

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生态系统不稳定,可能引起生态圈的级联灾变,给人类的生存带来不可估量的巨大影响。从生态学的意义上来讲,对种群、群落、生态系统等的稳定性分析是一个重要的研究方面,对于生态系统来讲,稳定性是其重要的特征之一,生态系统的稳定性与否,将直接影响生物多样性、生态栖息地等一系列环境问题。  本文首先依据自然环境中生态系统的结构特征和种间相互关系,将物种视为网络中的节点,物种之间的捕食关系作为连接节点的有向边,物种之间的捕食依赖程度视为边权,构建生态系统的复杂网络模型,并利用模糊生态位的贴近度,提出量化边权的方法。  其次,利用条件熵和多样性指数,通过模拟网络中不同节点遭受攻击被移出的情景,研究多样性和稳定性之间的内在机理。  最后,在复杂网络模型的基础上,改进了现有的灾害蔓延演化动力学模型(L模型),建立了生态系统的网络扰动传播模型,通过对不同节点的不同攻击方式,研究扰动在网络中的传播范围以及攻击导致的生境破碎化程度,研究遭受攻击下的生态系统稳定性。通过研究发现,在复杂食物链网络中,物种在遭受攻击后所引起的级联效应将对生态系统的破碎化和稳定性造成一定的影响。处于枢纽位置的节点或与多个枢纽节点相连的物种在遭受攻击后,食物链网络的稳定性受到严重影响。以此可以判断出不同物种在面临攻击时对系统稳定性造成的影响大小,从而推断出物种在生态系统中的重要性,对人类保护关键物种、维护生态系统稳定性提供理论依据。
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