国科大生态系统原理整理习题

思考题

第六章 何洪林

1.什么是整合分析？请简要介绍整合分析的方法和步骤，以及该方法的优缺点。

整合分析：是指整合一系列独立进行但有相关假设的研究结果的统计方法。它把众多单个研究综合起来，通过统计学分析得出总的结论，找出单个研究之间的差异及其原因。 方法和步骤：

1. 提出问题或假设

2. 最大可能地收集已发表和未发表的文献 3. 整理数据并分类

4. 选择合适的效应值（effect size）和统计模型进行计算和分析 5. 综合分析和解释 优缺点： 优势：

将同类结果进行定量综合 增大样本量，提高统计学检验功效 保证综述结论的客观性、真实性和可靠性 现以往研究的不足，揭示单个研究的不确定性 发现普遍结论和单个研究的差异，提出新的研究方向

不足：

出版偏见 文献筛选的主观性 单个研究之间的非独立性

2.数学模型在生态系统研究中有何作用，还存在哪些问题？生态系统模型构造和应用的一般过程是什么？你认为模型研究今后发展趋势如何？ 作用：

（1）综合考虑各种生态因子的影响，定量化描述生态过程，阐明生态机制和规律，能够动态的模拟和预测自然发展状况。

（2）建造模型的尝试常有助于精确判定所缺乏的知识和数据，对于生物和环境有进一步定量了解。

（3）模型的建立过程能产生新的想法和实验方法，并缩减实验的数量，对选择假设有所取舍，完善实验设计。

（4）与传统的方法相比，模型常能更好地使用越来越精确的数据，从生态的不同方面所取得材料集中在一起，得出统一的概念。 存在的问题：

（1）模型的适用范围：时间尺度、空间距离、海域大小、参数范围。（2）模型的形式是非常重要的，它揭示内在的性质和本质的规律，来解释生态现象的机制和生态环境的内在联系。因此，重要的是要研究模型的形式，而不是参数，参数是说明尺度、大小、范围而已； （3）模型的可靠性，由于模型的参数一般是从实测数据得到的，它的可靠性非常重要，这是通过统计学来检测。只有可靠性得到保证，才能用模型说明实际的生态问题。

（4）解决生态问题时，所提出的观点，不仅从数学模型支持这一观点，还要从生态现象、生态环境等各方面的事实来支持这一观点。

模型构造和应用过程：

趋势：生态系统碳、氮、水循环及其相互关系，是当前生态系统和全球变化科学研究的最前沿，模型也必将沿着这方面发展。

3.简述模型-数据融合的概念、组成和作用，以及当前模型-数据融合方法在碳循环中的应用。 概念：

模型—数据融合” ：充分利用可获得的观测数据，通过数学方法调整模型的参数或状态变量，使模拟结果与观测数据之间达到一种最佳匹配关系，从而更准确地认识和预测系统状态的变化。 组成：观测数据集、循环模型、融合方法。 作用：

? 可以将所有的数据信息充分利用起来，对模型的参数和状态进行优化，从而使模型估计最优。

? 模型-数据融合技术的发展与应用，不仅可以定量表达模拟结果的不确定性，同时可以引导模型的改进，降低不确定性。 ? 可以进行生态系统动态变化预测，引导人们调控和管理生态系统。 应用：

? 反演碳循环模型参数 ? 降低碳循环模型的不确定性 ? 评估模型结构

? 区域及全球尺度的碳通量模拟

4.请举例说明生态系统模型不确定性的来源，以及常用的不确定性分析方法。

自然界本身不确定性、模型不确定性和数据不确定性。 不确定性来源和分析方法： 1．驱动数据误差 2．模型参数误差

3.模型结构误差（温度、水分和物候限制因子的表达）

4.观测误差和代表误差（通量观测的不确定性：野外测定时，由于各种因素的影响，仪器测量的通量数据不能完全代表地-气交换的实际值，我们测量到的数据是通量实际真值与随机误差及系统误差之和） 分析方法：

1.参数敏感性分析方法——OAT方法。通过计算模型的某个参数或初始状态变量增加和减少10%时模型模拟值的变化百分率，从而计算对应的敏感度系数，选择二者的较大值代表模型模拟值对该参数的敏感性

2．参数优化方法——Metropolis模拟退火算法。便于获取每个参数的标准差和置信区间。

3，参数不确定性量化和拆分方法——MC和Sobol方法。可以得到

主效应，总效应和交互效应。

第五章 李胜功

1.什么是同位素分馏效应？主要有哪些分馏效应？其主要特征和区别在哪儿？

见第5页

2.不同的光合作用路径的同位素分馏效应有何异同？影响光合同位素分馏效应的因素主要有哪些？

见第5页

3.如何从叶片尺度评价光合作用分馏效应在生物地球化学循环中的意义？

? 叶片的蒸腾作用导致重同位素在蒸腾位点浓缩，形成与其他部位的浓度差，发生扩散。

? 蒸腾水与茎水的同位素组成一致。叶片中氢氧重同位素比例高于茎水。

? 综合反映集成生物地球化学循环的时空动态 ? 揭示生物地球化学循环的关键过程与功能差异 ? 记录生态系统对环境变化的响应

? 示踪与朔源。区分陆地植物与海洋的贡献，区分大空间尺度不同植物类型（C3草本和C4草本，C3的草本和C3的森林，）的贡献 4.什么是Keeling图？它有哪些用途?

定义：早在50多年以前，Charles David Keeling (1958) 研究了北美太平洋沿岸若干森林生态系统冠层空气CO2的同位素组成，发现它与空气CO2浓度的倒数之间存在线性关系，此即所谓的Keeling

2随机。随机是指一个重复中的某一处理或处理组合被安排在哪一个实验单元(尤其是指空间位置)，应随机而不能靠主观认识；随机与重复相结合，可使实验结果能提供无偏的实验误差

3局部控制。生态学野外受控实验很难将所有非处理因素控制均衡一致，但我们可以将整个样地分解成若干个相对一致的小环境(也可称为区组)，现在区组内设置一套完整的处理，在局部将非因素处理进行控制。主要克服：地形、地势、水文、植被、土壤、风、沙 5.野外控制实验设计的基本步骤？

1)确定科学问题与实验目标。国际生态学前沿；国家重大需求（重要生态环境问题）；区域重大生态问题；特定生态系统结构与功能的重要趋动过程及其内在机理

2)筛选实验变量。根据您所关注的科学问题，选择重要的实验变量（N沉降实验、增温、改变降水格局实验、生物多样性实验）；根据您所选择生态系统确定合适的重要实验变量；选择2-3种变量为宜，不宜过多、也不宜过少

3)确定因素水平。根据科学问题的需要；根据经费情况；根据工作量

4) 设置合适的重复。因生态系统类型而定、因样地情况而言；异质性越强的样地，空间重复要求越高，重复数量越大；

5) 设置合适的样地面积。因生态系统类型而定、因样地情况而言异质性越强的样地，面积也越大根据需要来确定

6) 确定每种控制的准确性与可操作性。技术先进性/可行性（准确度）；经济与成本可行性（经济承受力）；是否可长期稳定运行 7) 选择合适的设计方法。1）将优化实验处理在野外的空间摆放 位置，是降低误差、减少突发事件对野外受控实验干扰的重要途径；2）将使实验处理满足统计学的基本要求，保证我们后期实验结

果的科学性。

8) 精细的本底调查。尽量按您所布置的样地进行全重复调查；揭示样地空间异质性；可直接用于后期数据的分析，尤其是当部分样地数据出现异常情况时，尤其有用。

9) 提前确定测试指标和重复测定区域。在每个样地内提前确定重复测定区域（尤其是破坏性取样区域），不仅将保证您的取样的空间代表性（机械随机），还将使您的样地得到有序的使用，提高样地使用年限。

10) 提前确定备用区组或备用样地。为实验实施过程中受到破坏准备备用区组（1－3）；为实验实施准备备用样地（4-10个） 6.野外控制实验设计的基本方法？

1.对比设计。最简单的试验设计方法，主要适用于单因素试验。在野外受控实验中，对比法排列的特点是每隔两个小区设置一个对照（CK），使每个小区都能与相邻的对照进行比较（保证土壤、水分和气候条件相似），从而能充分反映处理效应。

2.随机区组设计。

A）随机区组设计是根据局部控制和随机原理进行的实验设计； B）在生态学野外受控实验中，它将经各种实验处理的样地按性质不同分成与重复数一样多的组，使区组内环境差异最小而区组间环境差异最大，每个区组内均包括各种处理的一个重复小区。

C）区组内各处理随机排列，各区组独立随机排列。 优点：

1）设计简单，容易掌握

2）富于弹性，单因素、多因素、综合性实验均可用 3）能提供无偏的误差估计，在区域试验中还能有效地减少非试验因素的单向差异，降低误差

4）对试验区要求较低，不同区组可分散布置，适用于各类生态系统

5）同一区组样地相对邻近，使同一区组的非实验因素保持相对一致

不足：

1）处理数不宜太多，也不宜太小

3.拉丁方设计。

1）拉丁方设计的核心：是将K种不同的处理排成K列，使每一种处理在每一行、每一列中均出现一次的方阵，就叫K×K拉丁方

2）应用拉丁方进行生态学野外受控实验时，就是将行和列两个方向上均进行局部控制，使行、列两向皆成完全区组或重复

3）处理数、重复数、行数、列数均相等 优点：

当行间、列间皆有明显差异时，在控制实验误差、提高试验精度方面，应用拉丁方试验将比随机区组试验更有效

不足：

1)拉丁方需保持行、列、处理和重复数完全相等，使实验设计缺乏灵活性；

2)实验处理不能太多、重复也不能太多（5－10个）；当太多时，试验庞大，难以实施，当处理数<4时，误差项自由度不足(正式试验要求df >12，最好大于20）

4.裂区设计。裂区设计是先将第一区组按第一因素的处理数划分成小区，称为主区，在主区内随机安排处理；然后，在主区内引进第二个因素的各个处理（副处理），在主处理的小区内分设与副处理相等的更小的小区，称为副区（又称裂区），在副区内随机排列副处理。依次往下设置三级、四级裂区。

裂区实验设计适用于什么状况：

1）在一个因素的各处理比另一个因素的各处理需要更大区域时，为了实施和管理上的方便而应用裂区设计；

2）试验中某一因素的主效应比另一因素的主要应更为重要，而且要求更精确的比较或两个因素的交互作用比其主效应更为重要时，也宜采用裂区设计；

3）根据以往的研究，知道某些因素的效应比另一些因素的效应更大时也适采用裂区设计；

4）试验设计需要临时改动再加入一个试验因素时，可在原设计中的小区（主区）中再划分小区（副区），增加一个试验因素，就自然形成了裂区设计。

7.野外控制实验设计的基本统计方法和软件？

1参数检验（正态、总体分布已知、方差齐性） 1）均值比较（T-test）

2）方差分析 (ANOVA/Repeated ) 2非参数检验（非正态分布、总体分布未知） 1）卡方检验 2） K-S检验 3相关分析

1）相关系数（Pearson Spearman, Kendall R) 2） 双变量相关分析 3） 偏相关分析 4回归分析分析 1）线性回归 2) 曲线参数估计 统计软件：

EXCEL；SAS；SPSS；MINITAB；Sigmaplot；Statistica；EViews ；

Stata ；R

第二章 张雷明

1.生态系统碳、氮、水循环的基本过程

碳循环基本过程：大气中的二氧化碳(CO2)被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中；包括生物小循环和地质大循环两个过程。

H2O循环基本过程：在太阳能和地球表面热能的作用下，通过地表蒸发和植物蒸腾，经由大气水汽输送、降水、地表径流、下渗和地下径流等环节，在水、气、岩石和生物圈中进行连续运动的过程。包括生物小循环和地质大循环两个过程；

N基本过程：氮在大气、水体、土壤和生物体中迁移和转化的过程；陆地生态系统氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。

2.生态系统碳氮水循环研究的常用方法

同时参照第10页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zf7d.html