基于网络理论的鱼类群落复杂性与稳定性分析

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鱼类群落对生态胁迫的功能响应体现在其结构的复杂性和稳定性上,然而其结构复杂性和稳定性受何生物、非生物因素的影响仍是亟待解决的问题;同时,学界对于复杂性与稳定性的关系亦一直存在争议。本研究以雷州湾口和珠江河口为例,通过雷州湾口 2016-2018年8个季节航次和珠江口 2019-2020年4个季节航次的渔业资源调查和环境数据,使用Schoener生态位重叠模型构建鱼类生态网络;以网络的整体加权聚类系数(mCw)反映群落结构复杂性,同时对比无权聚类系数(C)以判断主导群落结构的种间关系类型;计算鱼类群落结构稳定性;生物变量以Si反映种群相互作用的强度,ki反映直接关联的数量;tris反映间接关联的数量,以richness反映种群丰度;非生物变量为环境变量水深(Depth)、溶解氧(DO)、水温(Temp)、盐度(Sal)和酸碱度(pH),以及时间、空间变化如季节(season)、年份(year)、经度(lon)和纬度(lat);通过主成分分析(PCA)和广义线性模型(GLM)研究复杂性和稳定性对生物、非生物变量的响应机制,同时探讨复杂性与稳定性的关系。结果表明:(1)雷州湾口和珠江河口 2处海域中鱼类群落均呈现高度复杂性(雷州湾口mCw=0.821±0.081;珠江河口mCw=0.832±0.110),主要由强种间关联主导(mCw>C),说明种间关联越密集的地方,越容易出现由竞争导致的物种灭绝或生态位分化,然而种群间存在大量直接(ki)和间接(tris)关联,降低了出现大规模的物种灭绝的可能性;(2)雷州湾口鱼类群落结构复杂性主要受生物变量即种间相互关系(ki:Estimate=-4.23,p<0.01;tris:Estimate=3.12,p<0.01;Si:Estimate=0.42,p<0.01)的影响,珠江河口鱼类群落结构复杂性是生物、环境、时间、空间等多因素共同作用导致;(3)雷州湾口鱼类群落结构整体呈现不稳定的状态(mSt=-0.015±0.043),稳定性的季节变化表现出冬春高夏秋低的周期性,该现象主要受Si(Estimate=-1.668,p<0.01)和tris(Estimate=1.041,p<0.01)的影响;珠江河口鱼类群落结构整体呈现稳定的状态(mSt=0.074±0.047),season(Estimate=-0.30,p<0.01)和 Sal(Estimate=-0.32,p<0.01)均与其稳定性呈极显著的负相关。(4)复杂性与稳定性的关系在湾口、河口尺度下显著负相关(p=0.002<0.05),复杂性的增加倾向于破坏群落动态的稳定性。基于已有的研究结果,推测环境直接影响种群的丰度和空间分布,使种群间产生相互作用,进而间接影响群落结构的复杂性和稳定性。种间的强相互作用在小空间尺度下(湾口、河口海域)对群落内生物的聚集形成起主导作用。这种由种间关联主导的模式如何影响到大尺度空间是亟待探讨的问题。而预测复杂生态系统的功能将如何响应环境变化则需要了解物种之间的相互作用如何变化,这对水域的生态治理和渔业资源养护、管理具有重要意义。由于种间关系无法精确度量,生态位模型的输出结果是一个对时空分布的估测,这意味着模型结果随着研究尺度的增大而降低其精度。因此仍无法准确预测群落的功能将如何响应环境变化,后续研究中,还应考虑物种迁移能力和种间相互作用对空间生态位的限制。尽管如此,研究结果对稳定性-复杂性关系的深入探讨仍具有重要的参考价值。
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