生態網路

在生態網路當中，我們選擇了七種不同的食物鏈網路(Williams & Martinez, 2000)，其中有河川或湖泊棲息地，包含了三種食物鏈網路：Skipwith Pond、Little Rock Lake 以及 Bridge Brook Lake；河口棲息地，包含了兩種食物鏈網路：

Chesapeake Bay 和 Ythan Estuary；陸生動植物，包含了兩種食物鏈網路：

Coachella Valley 和 the island of St Martin(其拓樸性質見表 2)。已經有許多研 究指出，生態網路中的弱連結能夠幫助生態平衡遭到破壞或是攻擊時，能夠抑制 這些破壞對於網路所造成的損害(McCann et al., 1998; Bascopte, Melian & Sala, 2005; Berlow, 1999)；生態網路中的強連結則容易使得營養瀑布(trophic cascades) 所產生的影響變大；然而以往在研究生態網路的動態時，都是利用獵食者-獵物 之間的消費關係來定義或量化連結強度，我們的研究則是以拓樸的角度來分析生 態網路的網路架構和網路動態的關係。

Dunne 等人指出在大部分的食物鏈網路有類似於小世界網路的低分隔度，

但是卻具有異於小世界網路的低群聚度(Dunne, Williams & Martinez, 2002)。

圖 23 是七種食物鏈網路經過判斷演算法之後的結果統計圖。可以很清楚的發現，

強鍵式連結所佔有的比例都偏低，這將會使得食物鏈網路的群聚性降低，這樣的 結果和 Dunne 等人的實驗結果不謀而合。

接著我們考慮食物鏈網路的拓樸架構，藉由 Bascompte(2005)等人的研究中 提出在食物鏈網路中的結構要素(Tritrophic food chain, TFC)(Bascopte et al., 2005)，如圖 24。生態網路中的雜食性獵食者的存在會使得拓樸架構產生封閉三 角形，會讓群聚度上升。在 Dunne 等人的實驗中證實 Coachella Valley 和 Skipwith Pond 這兩種食物鏈網路的性質被網路中的雜食性物種所影響，因此具 有相似性。這些雜食性物種的連結數較多，能夠造成較高的群聚度(Dunne, 2002)。

此外，Chesapeake bay 這個食物鏈網路的分隔度相較於其他六種食物鏈網路的 分隔度高，在經過演算法之後，我們可以發現這個食物鏈網路沒有全域橋接式連 結，這也說明了全域橋接式連結的存在對於整體複雜網路的分隔度有顯著的影 響。

藉由實驗結果顯示，在七種食物鏈網路當中「一階橋接式連結」所佔有的比 例是最多的，我們可以藉由圖 25 來分析這樣的結果。食物鏈網路具有明顯的階 層性，也就是所謂的營養層級(Trophic levels)，上層物種以下層物種為食物，最 上層的物種稱之為高級消費者，最下層的物種稱之為生產者。圖 25 是 Bridge Brook Lake 的食物鏈網路經過演算法判斷之後的結果，我們可以發現雖然食物 鏈網路具有明顯的階層性，能夠使得網路的群聚度降低，連結兩端節點的共同朋 友數較少；但是在次級消費者的物種之中的同一階層的物種互相獵食或是跨階層 獵食的狀況較為明顯，會使得連結出現的較緊密，造成連結兩端的共同朋友數較 多。因此在這兩種情況的交互作用之下，連結的類型不會是強鍵式連結也不會是 全域橋接式連結，而是介於其中的 n 階橋接式連結。由圖 25 可以發現大部分的 一階橋接式連結(藍色線段)都出現在介於最高級消費者與生產者之間的次級消 費者之間。

表 2：七種食物鏈網路的拓樸資訊

網路名稱網路名稱網路名稱

網路名稱 節點數節點數節點數節點數 連結數連結數連結數連結數 對應隨機網路的平均對應隨機網路的平均對應隨機網路的平均對應隨機網路的平均網路直徑網路直徑網路直徑網路直徑 分隔度分隔度分隔度分隔度 群聚度群聚度群聚度群聚度 Bridge brook lake 25 104 2 3.92 0.31

Chesapeake bay 31 67 4 5.32 0.21 Coachella valley 29 243 2 2.31 0.69 Little rock lake 92 984 3 3.30 0.47 Skipwith pond 25 189 2 2.08 0.61 St. Martin 42 205 3 3.25 0.32 Ythan estuary 83 391 3 3.32 0.24

圖 23：七種食物鏈網路連結種類分佈結果統計圖

圖 24：Trophic food chain(TFC)

R 表示生產者(Resource)。A)

此外，若是網路中的某物種只捕食同一階層的物種或是被同一階層的物種所

77.00% 40.30%

5.00%

B.brook Chesapeake

Br id g e /Bo n d lin k

Sink link

2-degree of bridge link

七種食物鏈網路連結種類分佈結果統計圖。

Trophic food chain(TFC)。P 表示獵食者(Predator)，S 表示消費者 A)表示一般 TFC。B)表示 TFC 中擁有雜食性獵食者

12.29% 12.20%

40.30%

0.31% 0.49%

Chesapeake Coachella littlt rock Skipwith St Martin

Bond link 1-degree of bridge link 3-degree of bridge link Global bridge link

。

2.93% 4.36%

12.20%

0.49% 1.03%

St Martin Ythan91 degree of bridge link Global bridge link

圖 25： Bridge Brook Lake 的食物鏈網路示意圖。紅色連結代表全域橋接式連結。藍 色連結代表一階橋接式連結。黑色連結代表強鍵式連結。淡藍色連結代表沉沒式連結。