网络参数定量表征人类活动影响下湖泊生物群落结构丧失

　　人类活动已显著影响了生态系统，造成了生物多样性下降，物种间的关系发生改变，生物和非生物的反馈机制的重组。生态系统应对这种外界干扰，并保持功能不变的能力称之为弹性。持续的人类活动会使得生态系统弹性下降，难以维持其功能。在自然生态系统中，关于弹性的任何信息都对生态系统管理和决策至关重要，也应该是管理和决策的关键。可是，这样的信息却极难获得。近年来，很多弹性变化的间接指标研究，如通用早期信号，已相继开展。但越来越多的证据表明这些间接指标存在明显不足。理论认为，生态系统结构决定了生态系统弹性，外界干扰是通过调整生态系统结构来改变弹性的。目前，对生态系统结构的定量表征以及与弹性关系的研究还很少报道。

　　在科技部重点研发、中国科学院先导专项B以及重点基金项目的共同资助下，中科院南京地理与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 为题发表在Global Change Biology上。

　　该研究首先从理论上阐述了硅藻网络的构建基础，以及不同类别生物群落（自组织以及顶层设计）网络结构可能表现出的网络参数变化特征（图：Theory和Application）。进而结合网络学和生态系统稳定性研究成果，将网络结构参数的变化与生态系统弹性变化相联系，在理论上确立了从群落结构变化的角度定量评价弹性的可能性（图：Application）。其次，研究团队以中国青藏高原、横断山区、长江中下游地区273个湖泊，452种硅藻为例，通过建模构建了中国主要湖区硅藻网络图谱，进而定量计算了不同空间湖泊和长时间湖泊沉积序列中硅藻群落的结构参数（偏度、聚类系数、异质性）。结构计算结果对比了主要湖泊参数，发现人类活动使得硅藻群落结构发生明显偏转，指示了人类活动强度是生物群落远离自组织状态的事实（图：Empirical test）。这一结论在时间序列和空间湖泊中同时存在。结果同时表明，群落生物多样性由于忽略了物种间的关系，在表征生态系统响应外界压力时存在着诸多不足。

　　该研究为群落生态学、生态系统稳定性研究提供了新思路和新方法，发展了群落结构定量研究的新手段，拓展了古生态数据的应用范畴。研究得出的指标体系有望成为湖泊生态质量和生态健康评价指标体系的一部分，填补目前指标体系的不足。

图：生物群落结构：构建理论、应用以及中国硅藻网络结构结果的验证