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科學家利用網絡參數定量表征人類活動影響下湖泊生物群落結構的喪失

文章來源:南京地理與湖泊研究所   發布時間:2019-08-12  【字號:     】  

  人類活動已顯著影響了生態系統,造成了生物多樣性下降,物種間的關系發生改變,生物和非生物的反饋機制的重組。生態系統應對這種外界幹擾,並保持功能不變的能力稱之爲彈性。持續的人類活動會使得生態系統彈性下降,難以維持其功能。在自然生態系統中,關于彈性的任何信息都對生態系統管理和決策至關重要,也應該是管理和決策的關鍵。可是,這樣的信息卻極難獲得。近年來,很多彈性變化的間接指標研究,如通用早期信號,已相繼開展。但越來越多的證據表明這些間接指標存在明顯不足。理論認爲,生態系統結構決定了生態系統彈性,外界幹擾是通過調整生態系統結構來改變彈性的。目前,對生態系統結構的定量表征以及與彈性關系的研究還很少報道。

  在科技部重点研发、中國科學院先導專項B以及重点基金项目的共同资助下,中科院南京地理與湖泊研究所副研究员王荣等联合英国南安普顿大学通过中国湖泊硅藻数据库的研究,揭示了硅藻群落结构的时空变化规律,结果表明群落结构参数能够有效地评估人类活动胁迫下生物群落的弹性损失。研究结果以Network Parameters quantify loss of assemblage structure in human-impacted lake ecosystems 爲題發表在Global Change Biology

  該研究首先從理論上闡述了矽藻網絡的構建基礎,以及不同類別生物群落(自組織以及頂層設計)網絡結構可能表現出的網絡參數變化特征(圖:TheoryApplication)。進而結合網絡學和生態系統穩定性研究成果,將網絡結構參數的變化與生態系統彈性變化相聯系,在理論上確立了從群落結構變化的角度定量評價彈性的可能性(圖:Application)。其次,研究團隊以中國青藏高原、橫斷山區、長江中下遊地區273個湖泊,452種矽藻爲例,通過建模構建了中國主要湖區矽藻網絡圖譜,進而定量計算了不同空間湖泊和長時間湖泊沈積序列中矽藻群落的結構參數(偏度、聚類系數、異質性)。結構計算結果對比了主要湖泊參數,發現人類活動使得矽藻群落結構發生明顯偏轉,指示了人類活動強度是生物群落遠離自組織狀態的事實(圖:Empirical test)。這一結論在時間序列和空間湖泊中同時存在。結果同時表明,群落生物多樣性由于忽略了物種間的關系,在表征生態系統響應外界壓力時存在著諸多不足。

  該研究爲群落生態學、生態系統穩定性研究提供了新思路和新方法,發展了群落結構定量研究的新手段,拓展了古生態數據的應用範疇。研究得出的指標體系有望成爲湖泊生態質量和生態健康評價指標體系的一部分,填補目前指標體系的不足。

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圖:生物群落結構:構建理論、應用以及中國矽藻網絡結構結果的驗證




(責任編輯:葉瑞優)

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