[发明专利]一种判定食物网关键种的方法

说明书

本发明涉及用于判定食物网中关键种的方法，属于生态学领域。采取的技术方案是构建食物网中物种相互作用矩阵；计算物种2种以上的中心度特征；利用中心度特征对物种进行无需预先指定分类数目的聚类分析；统计各个类别中的物种数目；在不同类别中去除物种，分别计算去除物种后的食物网稳健性；比较食物网稳健性变化程度；选择变化程度最剧烈的一类物种作为关键种。该发明有助于人们及时、准确地判定食物网中物种哪些属于关键种，提高物种保护的准确性与时效性，在众多物种中优先保护关键物种，避免因保护不当造成关键物种灭绝，以及后续可能引起的次生物种灭绝与食物网崩溃。

技术领域

本发明涉及生态学领域，用于定量地确定食物网中的关键种。

背景技术

物种之间发生相互作用构成食物网。食物网中顶端营养级或者低营养级中发挥重要作用的物种称为关键种。关键种去除后会导致食物网急剧变化甚至崩溃。保护关键种是维持食物网乃至生态系统稳定的重要方面，因为关键种丧失不仅意味着单个物种灭绝而且会引起食物网的次生灭绝，即与关键种直接或者间接联系的物种也将灭绝。

关键种是开展物种保护工作时优先保护的重要目标。如何确定食物网中哪些物种是关键种是需要解决的基础问题。当前较为常见的方法是开展去除实验，即将食物网中的物种去除后，观察食物网变化。如果食物网发生剧烈变化甚至崩溃，则去除的物种为关键种。这一方法强烈依赖实验，不仅受到自然界实验条件限制而且受实验时间、去除目标物种种类等限制，并非所有食物网在现实中均能开展去除实验。

因此，一种确定食物网关键种的定量方法，不仅对于解决如何确定哪些物种是关键种具有重要实践价值，而且对理解食物网关键种如何调控食物网结构及演化具有重要理论意义。

发明内容

本发明的目的是针对目前尚未存在除实验方法以外的定量确定食物网关键种的方法，提出一种判定食物网关键种的方法，用于确定哪些物种是食物网中的关键物种，为精准开展物种保护，研究食物网稳定机制研究提供依据与支撑。

为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一种判定食物网关键种的方法，其特征在于，其步骤为：

1)构建食物网中物种相互作用矩阵：相互作用矩阵中的元素为0或1，当矩阵元素为1时，表示物种i和物种j之间存在直接相互作用，当矩阵元素为0时，表示物种i和物种j之间不存在直接相互作用；

2)计算物种的中心度特征：将物种作为节点，当矩阵元素为1时，对应的节点间存在边；当矩阵元素为0时，节点间不存在边；根据点和边的关系，计算点度中心度DC_V、紧密中心度CC_V、中介中心度BC_V；

3)利用中心度特征对物种进行聚类分析：以步骤2)得到的点度中心度DC_V、紧密中心度CC_V、中介中心度BC_V的值为指标，对食物网节点利用基于模型的聚类方法进行聚类，得到分类信息；

4)统计各个类别中的物种数目；

5)在不同类别中去除物种，分别计算去除物种后的食物网稳健性；

6)比较食物网稳健性变化程度；

7)选择变化程度最剧烈的一类物种作为关键种。

所述的步骤2)中，点度中心度DC_V、紧密中心度CC_V、中介中心度BC_V，通过下述公式进行计算：

其中：

l_iv表示节点i和节点j间的边的条数；