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在全球面临水资源短缺的背景下，湖泊生态系统受到严重影响，不同发育阶段湖泊及附近开采后水体中甲虫群落生态网络关系尚不明确。研究人员通过创建网络模型并分析，发现不同水体中甲虫群落网络结构差异显著，还明确了物种迁移规律。这为理解生态系统功能提供依据，对生物多样性保护意义重大。
在全球水资源短缺的大环境下，年轻的冰川后景观也未能幸免，尤其是其中星罗棋布的湖泊。这些湖泊不仅是众多生物的栖息地，还对维持区域生态平衡起着关键作用。然而，随着环境变化和人类活动的加剧，湖泊生态系统正面临着前所未有的挑战，许多栖息地遭到破坏，生物多样性也随之减少。更令人担忧的是，目前人们对于不同发育阶段湖泊以及附近开采后水体中物种在生态网络中的关系，了解还十分有限。为了深入探究这些问题，来自波兰奥尔什丁瓦尔米亚 - 马祖里大学（University of Warmia and Mazury in Olsztyn）的研究人员开展了一项极具意义的研究。
研究人员收集了波兰北部马祖里湖区 25 个湖泊（包括中营养湖、富营养湖、贫营养湖）和 31 个开采后水体（粘土坑和砾石坑）中的甲虫样本，共计 169 种。他们创建了五个网络模型，并运用图分析（graph analysis）和可解释机器学习（如 XGBoost - SHAP）等方法，深入分析了网络属性、节点属性、边属性，以确定每个物种在网络中的作用以及物种之间的关系，同时评估了甲虫在不同水体间的迁移方向和强度。
研究结果显示，不同水体类型中甲虫群落的物种丰富度、数量和生物量存在显著差异。富营养湖的物种丰富度最高，而贫营养湖的物种丰富度最低。在网络结构方面，粘土坑的网络具有较高的节点数量和平均邻居数，表明物种间的相互作用较为频繁；砾石坑的网络凝聚力最强，但密度最低；中营养湖的网络密度和集中化程度最高；富营养湖的网络具有较多的物种和较高的相关性；贫营养湖的网络凝聚力和密度则最低。
在物种关系方面，研究人员通过节点度中心性（NDC）、节点接近中心性（NCC）、节点中介中心性（NBC）和边中介中心性（EBC）等指标，发现不同水体中重要物种及其相互关系存在差异。例如，在富营养湖中，Hydrobius fuscipes、Haliplus confinis 等物种的 NDC 值较高；在中营养湖中，Noterus crassicornis 的 NCC 和 NBC 值较高，对网络凝聚力贡献较大。
关于甲虫的迁移，研究表明，不同生态类型的甲虫在不同水体间的迁移存在明显差异。如 Laccobius minutus 等嗜泥性物种，频繁从湖泊迁移到砾石坑；Noterus crassicornis 则从砾石坑迁移到贫营养湖。此外，研究还发现，一些物种的迁移与水体的生态特征密切相关，如嗜流性物种更倾向于迁移到水质较好的湖泊。
该研究的意义重大。一方面，它揭示了不同水体中甲虫群落生态网络的差异和物种迁移规律，为理解生态系统的功能和稳定性提供了重要依据；另一方面，研究结果表明，开采后水体可以作为自然湖泊物种的替代栖息地，这对于生物多样性的保护具有重要的指导意义。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是通过多年（1998 - 2014 年）的野外采样，在不同季节从不同深度采集甲虫样本，并测量相关环境参数；二是运用图论（graph theory），借助 Cytoscape 软件及其相关应用，对基于甲虫物种湿生物量部分相关性构建的网络进行分析；三是利用机器学习算法，如极端梯度提升（XGBoost）和 Shapley 值加性解释（SHAP）算法，预测甲虫物种在不同水体间的迁移趋势。
研究结果部分：
- 样本总体特征：共收集到 19,923 只甲虫，分属 167 种，不同水体类型的物种丰富度和甲虫数量差异显著。富营养湖的物种丰富度和甲虫数量最多，贫营养湖最少。生态类群方面，广适性物种（eurybionts）在数量和物种多样性上占优势，不同生态类群在不同水体中的分布也有所不同。
- 网络结构差异：不同水体的甲虫群落网络在聚类系数、网络密度、中心性系数等方面存在显著差异。这些差异反映了不同水体中物种间相互作用的复杂程度和网络的稳定性。
- 种间关系分析：通过多种中心性指标分析种间关系，发现不同水体中具有高中心性值的物种不同，且物种间的相关性和相互作用也存在差异。一些物种对网络的凝聚力和稳定性起着关键作用。
- 甲虫迁移规律：机器学习模型显示，甲虫在不同水体间的迁移存在明显的方向性和强度差异。部分物种在特定水体间的迁移频繁，且迁移趋势与物种的生态类型和水体特征相关。
研究结论和讨论部分强调，该研究通过创新方法，深入分析了甲虫群落生态网络和物种迁移，明确了不同物种在网络中的重要性。研究结果表明，所有网络中甲虫物种间大多为正相关关系，且网络可分为由具有相似栖息地和食物偏好的物种组成的子网络。此外，频繁迁移且网络属性值高的物种对生态景观中关系网络的稳定至关重要。这一研究不仅拓展了人们对自然和人为变化背景下甲虫群落物种关系的认识，也为生态保护和管理提供了重要的科学依据。
