生态系统原理整理习题详解

思考题

第六章

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

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。

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

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

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？

定义：由于不同的稳定性同位素之间质量上的差异，其理化性质和生物、物理和化学反应过程中的表现不尽相同，从而导致反应物和生成物在同位素组成上的差异的现象。

分类主要特征和区别：

动力学和热力学的分馏效应两种，区别在于前者指非平衡态时的效应，后者指平衡态时的情形。

热力学同位素分馏效应：是一种量子力学现象，是由于含有质量数不同的原子或分子或晶体振动能不同引起的。

动力学同位素分馏效应:由于质量数不同的原子或分子的反应速度不同引起的，存在于单向反应、不完全反应或分支反应中。

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？

异同：

植物可以分为3种主要光合类型或途径：

– Calvin循环(C3)；

– Hatch-Slack循环(C4)；

–景天酸代谢(CAM) 。

1.使用不同光合途径植物的稳定13C同位素组成

(δ13C)存在明显差异。这主要是因为CO2经气孔向叶内扩散、在叶内溶解和羧化各个阶段所发生的同位素分馏效应在不同的植物光合类型的表现不同。

2.C4植物的分布随CO2浓度的减小而增加

3.C3植物的碳同位素判别随着光照的增强、可接触水的增加、干旱程度增加而降低。

4.光合原料CO2与水中的18O交换，因而其18O也被富集，光合产物的18O较富集，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

主要因素：

•植物属性：–功能型：如C3、C4、CAM

–个体(遗传)特征：年龄、性别、生态型、发育阶段等•环境条件：–辐射、温度、湿度、CO2浓度、水分供给、干旱胁迫等