计算模拟方法提高深时食物网稳定性演变的时间分辨率:以煤山剖面二叠纪-三叠纪生态记录为例

摘要

约2.52亿年前发生的二叠纪-三叠纪（P-Tr）之交生物大灭绝是地质历史上规模最大的生态危机事件，被认为是当代生态危机参照案例.不过，整合多个门类、系统刻画生物群落食物网结构整体演变过程的研究仍然匮乏.特别是，化石记录的不完备性及其在地层记录的低时间分辨率成为人们“以古鉴今”的卡点.本研究基于浙江煤山P-Tr界线金钉子剖面丰富的化石物种出现记录，利用PyRate贝叶斯模拟方法对所有物种在剖面上真实首现与末现时间进行了重新估算.结果显示，物种多样性的下降分为3个阶段，第1和第3阶段迅速下降，第2阶段缓慢下降.在此基础上，探讨以不同时间分辨率划分古群落的方案，从50 ka每个群落，不断提高时间分辨率，到1 ka每群落，分析各种划分方案下相邻群落物种组成的相似度.随着时间分辨率的提高，煤山剖面相邻群落的物种组成越来越像，对于1～4 ka每群落的方案，5%以上相邻群落在物种组成上完全一样.因此选取5 ka每群落的时间分辨率，构建了连续的古群落序列，量化评估了群落组成和模拟食物网稳定性/抗灾能力在P-Tr之交的演变过程.结果表明，生态结构以及群落稳定性在第1和第2阶段的变化不大，在第3阶段骤然变化.古群落在第1和第2阶段尚具备较强的抗灾能力，可能因为这两个阶段消失的主要为冗余物种，群落的生态结构和功能维持了完整，随着第3阶段多种功能群的消失，生态结构才完全崩溃重组.本文探讨了煤山古群落划分的不同时间分辨率方案，重建了5 ka分辨率下的古生态结构演变过程，为开展高分辨率深时生态系统演化及古今对比研究提供了新思路.

关键词

大灭绝 / 生态结构 / 古群落 / 食物网 / 稳定性 / 生态系统 / 地层学