食物网的结构动力学和鲁棒性

Structural dynamics and robustness of food webs

Phillip P. A. Staniczenko, Owen T. Lewis, Nick S. Jones and Felix Reed-Tsochas

Abstract

食物网的结构扮演了重要的角色在确定级联二次灭绝的鲁棒性。然而，现有的食物链模型没有考虑到物种损失之后，营养间可能的相互作用 (重连机制rewiring) 后物种的损失。我们调查了12种经验整理的食物网的结构动态，使用三种真实的去除标准模拟主要物种的丧失，并且测量在随后的二次灭绝上的鲁棒性。在我们的模型里，可以从捕食者和食物项目中建立新的营养相互作用机制，这在之前的捕食者物种竞争损失后的消耗上从没出现过。通过考虑重连授予的增加的鲁棒性，我们识别一类新的物种 — — 重叠物种 — — 促进了鲁棒性，体现在通过比较结合了结构动力学的模拟和静态拓扑结构的模拟。在食物网中的重叠物种的占比与鲁棒性的增加高度相关；而物种丰富度和连接性与提高鲁棒性无关。我们的研究结果强调了补偿机制的重要性，它可能缓冲了生态系统受环境变化的影响，并强调了这些特定物种的作用，将促进这种缓冲。

Introduction

我们扩展了静态食物网模型，通过引入营养交互对生态系统中物种损失的反应——结构动力学——量化二次灭绝之后结果的鲁邦性
补偿机制——尤其是物种——可以在面对环境改变时强化食物网的鲁棒性

Materials and Methods

我们研究目前被刻画的最有效的12个食物网，其中有些之前被研究过primary species loss
对每个食物网，我们仿真物种消失，通过持续的删除：（1）随机选择的物种；（2）优先删除链接最少的物种；（3）在高营养级上的物种。
每种情况，1000个删除的序列被仿真出来
情况（2），每个物种的营养链接总数（total trophic connections）degree被计算，包括捕食者链接和猎物链接
物种ii被选中删除的概率为：

pi=(ki)−1/∑(kj)−1

p_i=(k_i)^{-1}/\sum (k_j)^{-1}
情况（3），物种ii被选中删除的概率为：
pi=TLi/∑TLj

p_i=TL_i/\sum TL_j
TLiTL_i是营养级trophic level

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