基于最大熵模型的食物网度和碳通量分布研究

发布时间：2020-12-12 20:04

　　生态系统的稳定性一直是生态学家关注的焦点,食物网是生态系统最重要的组成部分,是物质循环和能量流动的表现形式,同时反应出群落间复杂的种间关系。本研究将从食物网的拓扑结构和能量流动两个方面探索生态系统的稳定性,通过将最大熵模型应用到食物网物质能量分布中,从而估计合理的模型系数,探索新的方法来研究自然界的物种分布,对保护全球生态系统的多样性具有重要的指导意义。本文使用了来源于同一个数据集的20个食物网。该数据集由北卡罗来纳州大学威明顿分校的Stuart Borrett教授整理并提供,并已被前人广泛研究。本研究基于最大熵原理,建立了食物网的度分布和碳通量分布,并对分布进行了检验,研究结果表明:(1)在20个食物网中,基于最大熵模型的度分布有80%的最大熵模型与经验分布没有显著不同,拟合效果良好。在置信区间宽度的检验中,近70%的食物网置信区间宽度与最大熵模型有明显不同。这表明,虽然分布曲线以及数据增长趋势与经验分布是一致的,但是大部分食物网中每个数据点的预测度呈现偏高或偏低的趋势。(2)在研究S、C对度分布最大熵模型的影响发现,物种数S对拟合优度fG与相对宽度W95有正相关影响,而连接度C在较... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

食物网中度分布的最大嫡模型

?ｂ分别显示了物种数Ｓ对ｆＧ和Ｗ９５的影响，随着Ｓ的增多，ｆＧ有逐渐??增高的趋势，即度分布的最大熵模型拟合逐渐变差，而图３－３ｂ也显示了在Ｓ较少的??部分，模型的宽度比较适中。在图３－３ｃ中可以看到，连接度Ｃ在数量级中等的部??分拟合效果较差，图３－３ｄ中，Ｃ对Ｗ９５的影响也说明了，连接度在极大或极小值的??时候，模型拟合的宽度较为良好。??３．４食物网拓扑结构对最大熵模型的影响??本小节采用随机模型、级联模型和生态位模型来生成人工食物网的拓扑结构，??通过输入物种数ｓ和连接度ｃ，产生大量重复的完整食物网结构。本小节根据经验??数据Ｓ、Ｃ将人工食物网中输入数据物种数Ｓ设置为｛２０，５０，８０，１００，１２０｝五个等级，??连接度（：设置为｛０．０５，０．１，０．１５，０．２，０．２５，０．３｝六个等级，每个食物网模型有３０个不同??的Ｓ、Ｃ，共生成３０个食物网，重复三次共计９０个食物网，计算每个食物网度分??布的最大熵拟合模型中ｆｃ和Ｗ９５的数值，并通过控制变量法来观察Ｓ、Ｃ对食物网??度分布的影响。如图３－４、３－５所示。??

Ｓ：物种数??图３－４物种数Ｓ、连接度Ｃ对ｆｃ的影响??图３－４显示了在三个不同复杂度的食物网中Ｓ、Ｃ对ｆｂ的影响，其中，３－４?（ａ）??是随机模型，３－４?（ｂ）是级联模型，３－４?（ｃ）是生态位模型，横坐标代表物种数Ｓ，??纵坐标代表ｆｃ，不同的颜色代表连接度Ｃ。图中可以看出，当Ｃ不变的情况下，Ｓ??越大，ｆｃ越大，两者呈正相关；当Ｓ不变的情况下，Ｃ值首先随ｆｃ增大，而后减小。??ｆＧ展示了有关食物网度分布拟合优度检验的情况，当ｆｃ＜０．９５时，意味着最大??熵分布的拟合优度良好。从图中我们发现，当Ｓ逐渐变大时，最大熵模型对食物网??度分布的拟合效果逐渐变差，而当Ｃ改变时，最大熵模型的拟合效果会在Ｃ较小或??较大的情况下拟合优度趋于良好。有关Ｓ、Ｃ与Ｗ９５的关系图也呈现出这一点。??２５??

【参考文献】：
期刊论文
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[3]全球生态系统的状况与趋势[J]. 张永民,赵士洞.  地球科学进展. 2007(04)
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博士论文
[1]基于能量平衡模型的食物网关键种识别研究[D]. 赵磊.华北电力大学(北京) 2017
[2]三峡库区大宁河鱼类食物网的结构及能量流动研究[D]. 邓华堂.西南大学 2015
[3]基于稳定同位素技术的长江中游干流生态系统食物网结构及能量来源研究[D]. 巴家文.西南大学 2015

硕士论文
[1]食物网模块中物种共存的温度依赖性研究[D]. 赵芳.华北电力大学(北京) 2016
[2]基于最大熵原理的确定概率分布的方法研究[D]. 李宪东.华北电力大学（北京） 2008



本文编号：2913190