加权森林景观斑块耦合网络节点特性研究

摘要

复杂网络属于新型的综合性很强的一门学科，越来越多的学者关注到利用复杂科学的原理和方法来研究有关进化和生态学的问题。到目前为止，有关于网络的研究中大都是针对于无权网络，但在大多数的实际网络当中，网络的节点间是通过权值不同的边来连接的，也可以认为是节点之间具有不同的耦合作用强度。因此，利用网络节点具有不同的边权的加权网络模型来对现实网络进行描述更为合适。
　　本文以西洞庭湖区为研究对象，对该区域的景观类型进行分类，并将景观斑块抽象为节点，斑块间的边缘效应作为节点间的边权，构建了加权森林景观斑块耦合网络，分析了加权森林景观斑块耦合网络节点的异质性、连通性及其景观特性，并提出提高节点间连通性的改造措施，即提高斑块间信息传播效率的措施。主要研究内容和研究结论如下:
　　(1)加权森林景观斑块耦合网络的构建。本文根据研究区域内森林景观分布格局及结合项目组已有的研究方法、成果，将森林景观类型划分为11类，分别为:松木类景观（分幼、中、成）、杉木类景观（分幼、中、成）、阔叶类景观（分幼、中、成）、竹类景观、灌木类景观;构建并筛选出符合本研究的加权森林景观斑块耦合网络10个，从边缘效应结果以及网络模型可知，森林景观斑块之间的边缘效应以正效应居多，说明相邻的两个不同类型的景观斑块大多有助于相邻斑块间边缘地带乔木林的生长以及灌木、草本物种多样性的提高。
　　(2)节点的异质性分析。通过Cubic模型和Logistic模型来描述并模拟网络节点度、斑块形状指数与点强度分布的关系，当节点度和形状指数在一定范围内变化时，节点的点强度分布集中在某一区域内变化，当节点度、形状指数达到某一域值后，点强度分布呈现较强的离散性，极个别节点具有较大的点强度分布，成为整个网络的核心，即整个耦合体的核心。
　　(3)节点异质性的景观特性分析。通过对10个网络节点的点强度以及异质性大小量化的分布情况统计分析可知，节点的异质性大小与斑块的形状指数及节点度相关，面积越大、形状越不规则的斑块或者节点度越大的节点的点强度越大，对应的节点的异质性也越大;反之，面积越小、形状越接近于圆形的斑块或节点度越小的节点的点强度越小，异质性越小;而点强度和异质性最大的节点的优势树种基本上是阔叶幼龄林，最小的节点是龄组为中龄林的景观类型以及灌木林和竹林。
　　(4)直接相连的节点间的连通性及其景观特性分析。通过对直接相连的节点间的最大和最小效率值的节点对进行统计分析，结果显示:景观类型为杉木中龄林与阔叶幼龄林的两节点相连，节点间的效率值最大，连通性也最好，该节点对所对应的景观斑块之间的边缘效应也最大，斑块之间乔、灌、草的生长的相互促进效果越好，这类景观类型对越多，对整个耦合体内的林分生长越有利;而景观类型为阔叶中龄林与阔叶成熟林、阔叶中龄林与灌木林、松木中龄林与杉木中龄林、阔叶中龄林与杉木成熟林的两节点相连时，节点间的效率值最小，连通性也最差，该节点对所对应的景观斑块之间的边缘效应也最小，斑块之间乔、灌、草生长的抑制效果也是最大的，这四类景观类型对越多，对整个耦合体内的林分生长越不利。
　　(5)间接相连的节点间的连通性及其景观特性分析。本文研究间接相连的节点间的连通性时，分别以两节点中间经过1、2个节点的节点对进行研究，通过对间接相连的节点间的最大和最小效率值的节点对进行统计分析，结果表明:间接相连的节点对的效率值等于该节点对经过的节点直接相连的节点对的效率值之和，节点对中相连的节点之间景观类型为松木中龄林与杉木中龄林的越多，则节点对的效率值越低，连通性越差，相应的斑块之间的信息传播效率越低，并通过对中间斑块的优势树种重新造林来提高斑块之间的连通性，增加斑块间的信息传播效率，提高整个耦合体内林分的生长。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究目的与意义

1．3 研究综述

1．3．1 森林景观空间格局研究进展

1．3．2 森林景观斑块间边缘效应的研究综述

1．3．3 复杂网络研究进展

1．4 研究内容

1．4．1 加权森林景观斑块耦合网络的构建

1．4．2 加权森林景观斑块耦合网络中节点的异质性分析

1．4．3 加权森林景观斑块耦合网络中节点的连通性分析

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 研究区概况

2．1．1 自然地理概况

2．1．2 社会经济条件

2．1．3 森林景观现状

2．2 数据来源

2．3 研究方法

2．3．1 加权森林景观斑块耦合网络的构建方法

2．3．2 节点的异质性分析方法

2．3．3 节点的连通性分析方法

3 加权森林景观斑块耦合网络的构建

3．1 景观类型划分结果

3．2 景观斑块耦合体的提取

3．3 加权森林景观斑块耦合网络边权的确定

3．4 加权森林景观斑块耦合网络的构建

4 加权森林景观斑块耦合网络节点的异质性分析

4．1 节点的异质性分析

4．2 节点异质性的景观特性分析

5 加权森林景观斑块耦合网络节点的连通性分析

5．1 直接相连的节点间的连通性及其景观特性分析

5．2 间接相连的节点间的连通性及其景观特性分析

6 结论与讨论

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 讨论

参考文献

附录

致谢