基于结构熵的加权森林景观斑块耦合网络结构稳定性研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xudatui
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森林系统的稳定性对森林健康、可持续的发展起着至关重要的作用,而对森林生态系统稳定性的评价一直以来都是研究的难点,尤其对于区域较大的整个森林系统稳定性的研究,目前并没有一个较为统一且系统的方法。本研究以西洞庭湖区为研究对象,从森林景观的尺度,基于复杂系统和熵理论,利用结构熵的方法对加权森林景观斑块耦合网络结构稳定性进行评估与分析,并提出了优化加权森林景观斑块耦合网络结构稳定性的措施,为森林健康、稳定、可持续的经营提供新的思路。主要研究内容与结果如下:(1)以节点在加权森林景观斑块耦合网络中所处的位置,结合自身所特有的属性,定义了基于介数和点强度的节点重要度评估方法,并以此为基础,构建出基于节点重要度的结构熵,以达到快速且准确的评估加权森林景观斑块耦合网络结构的稳定性。为研究森林景观斑块耦合网络规模以及度分布分别对网络结构稳定性的影响,共选取40个网络,并根据后续研究分为A、B两组(各20个网络)。对40个加权森林景观斑块耦合网络的节点重要度进行计算,发现所有网络中均有部分节点的重要度呈现出负值,反映出在自然状态下的森林景观斑块耦合网络的结构存在不合理的地方,需要及时调整。(2)选取A组网络研究网络规模对稳定性的影响。经过对A组各网络结构熵计算,并将结构熵按网络节点数从小到大顺序排列依次为:3.4884、3.8622、4.1303、4.5779、4.7668、4.9646、4.9844、5.1061、5.5131、5.6805、5.7354、5.7754、5.9142、6.0345、6.1036、6.4261、6.5478、6.6261、6.5844、6.7513,结果显示结构熵随着网络规模的加大而增加,通过网络节点数与结构熵进行回归分析,结果显示随着节点数的增加,网络结构熵的增长速率逐渐减缓。(3)选取B组网络研究网络度分布对稳定性的影响。为避免节点数的差异对网络稳定性造成影响,对原网络的结构熵进行标准化。将度分布与标准结构熵做回归分析,结果为标准结构熵与度分布呈正相关,且随着度分布的增加,标准结构熵的增长速率逐渐减缓。(4)依据网络规模和度分布分别对加权森林景观斑块耦合网络稳定性的影响,采取增加边缘节点数、重新划分耦合体内部大斑块以及减少“桥梁”型节点三种方式分别对三个加权森林景观斑块耦合网络进行模拟优化调控,通过对比分析,第一种方法使得网络结构熵从1.9465增加到2.1353,提高了 9.70%;第二种方法使得网络标准化结构熵从0.7876增加到0.7918,提高了 0.53%;第三种方式使得网络标准化结构熵从0.4528增加到0.7598,提高了 67.82%。结果显示三种方式都能有效的提高加权森林景观斑块耦合网络的稳定性。
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