近年来,生态系统中多物种、多类型生物相互作用的复杂性正日益受到生态学界关注。传统生态网络研究多聚焦于单一互作关系(如捕食、寄生或传粉),然而在自然生态系统中,物种往往同时参与多种类型的相互作用,其交织形成的多类型杂合生态互作网络决定着生态系统的功能与稳定性。近期,兰州大学生态学院、草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室的严川研究团队在国际生态学期刊Ecology发表研究论文“Architecture and stability of tripartite ecological networks with two interaction types”,系统揭示了杂合生态网络的复杂结构如何影响生态群落的持续力与局部稳定性,为生态网络结构–稳定性关系提供了新的见解。
该研究聚焦于生态系统中常见的两类三方多营养级互作网络:植物–植食者/宿主–拟寄生物(PHP网络)和传粉者–植物–植食者(PPH网络),分别代表对抗–对抗互作与互惠–对抗复合互作的典型杂合网络形式。研究团队基于大量文献数据整理与图像数据重构,共收集构建了132个三方网络,系统评估了子网络结构(网络大小、连接度、嵌套性和模块化)与子网间连接物种的互连结构特性(如连接种比例、度相关性等)对整体网络持续力和局部稳定性的影响。

图1三方杂合互作网络的示意图与子网络的结构分析。
研究结果显示,子网络的大小和连接度呈显著负相关,且在PHP与PPH两类网络中表现出一致性。经大规模模拟分析发现,在PHP网络中,高模块化结构增强了网络的持续力与稳定性,而高嵌套性则产生负面影响;而在PPH网络中,植物–植食者子网络的结构对整体持续力起主导作用。值得注意的是,在互连结构特性方面,相互作用相似度的相关性破坏了PHP网络的稳定性,而度相关性促进了PPH网络的局部稳定性。

图2 子网内与子网间互连结构对植物-植食者/寄主-拟寄生物(a, b)和传粉者-植物-植食者(c, d)三方杂合网络的整体持续力和局部稳定性的影响。
此外,研究进一步探讨了网络结构对不同功能群(如植物、传粉者、植食者和拟寄生物)持续力的影响。结果发现,同一结构因子对不同功能群的影响方向可能相反。例如,在PHP网络中,宿主-拟寄生物子网络的连接度促进了宿主和拟寄生物的持续力,但降低了植物的持续力。该发现强调了网络结构–稳定性关系不仅存在于整体网络层面,更在功能群层面呈现出复杂而关键的异质性。

图3 植物-植食者/寄主-拟寄生物(a-c)和传粉者-植物-植食者(d-f)三方杂合网络中不同功能群持续力的影响通路。
该研究指出,在生态系统面临全球变化干扰日益加剧的当下,理解多互作类型共存的复杂网络结构如何影响生态系统稳定性,对于预测生态系统响应、指导生物多样性保护及生态管理具有重要现实意义。
本研究由兰州大学生态学院严川教授主持,博士研究生赵洋洋为论文第一作者,研究生张志成、郝希阳、张永俊及华东师范大学斯幸峰教授等参与了本研究的工作。特别感谢南京大学习新强教授对本文提供的数据支持与宝贵建议。论文的研究工作得到了国家自然科学基金(32222050)、青海省“帅才科学家”负责制项目(2024-SF-102)及西藏自治区科技计划(XZ202501ZY0018)等项目的资助。
文章链接:Architecture and stability of tripartite ecological networks with two interaction types