北美乔木物种丰富度格局水热能量模型的统计学研究

作     者：王捷儒 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：张化永;王雷扬

授予年度：2020年

学科分类：02[经济学] 0202[经济学-应用经济学] 020208[经济学-统计学] 07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 070103[理学-概率论与数理统计] 0701[理学-数学] 

主      题：物种丰富度格局 水热能量假说 尺度 

摘      要：物种丰富度分布格局及其与环境因子的关系是生物多样性研究的热点问题。本文选取北美洲美国以及加拿大部分地区为研究对象,根据美国USGS网站发布的北美地区679个乔木物种的地理分布图以及WorldClim全球气候数据集提供的气候栅格数据,对三种重要的能量假说模型(Currie生产力假说,PHC;生态学代谢假说,MTE;水能量动力学假说,WED)在小、中、大三个尺度下的拟合效果进行比较。具体地,对2km×2km、200km×200km、1000km×1000km三种不同分辨率尺度,分别利用最小二乘法得到各个模型的最佳拟合函数,比较通过拟合所得函数的拟合优度R2。研究得到的结论如下:(1)无论是生产力假说、生态学代谢理论假说还是水能量动力学假说,其模型拟合优度均随着尺度增大而增大。(2)PHC模型在各尺度下均具备较好的解释效果,小、中、大三个尺度下模型拟合优度分别为0.676、0.703和0.782。在200km × 200km尺度比较接近其1987年文献中的各项结果,包括参数取值,以及解释方差R2。(3)MTE模型在大尺度下解释效果最好,拟合优度R2高达0.92,很好地反映了物种丰富度的地理格局,且反映生物活化能的回归模型斜率E也与文献中假设相吻合,介于-0.7至-0.6。在中尺度情况下,模型吻合程度次之,拟合优度R2为0.69。而在小尺度情况下,R2仅仅只有0.22,拟合效果很不理想。(4)WED模型加上地形起伏因素后的模型IGM-2拟合效果在小尺度和大尺度下较IGM-1略好,但中尺度下没有提高模型解释率。对这两个模型而言,随着尺度的增大,模型的拟合效果都是越来越好,即研究区域的采样分辨率越大,模型的拟合效果越好。这也说明水能量动力学模型在大尺度分辨率下更适用。在研究尺度较大时,利用最低月均温来代替大多数情况下取值为零的最冷月潜在蒸散量是合适的,它更加贴近真实的物种丰富度格局。本文利用北美乔木植被分布信息,从小、中、大三个尺度的角度,分别比较物种丰富度的三个经典水热能量假说模型的拟合效果,得出了各模型在解释物种丰富度格局时的最适用尺度,对物种丰富度在不同尺度下的地理分布格局进行研究,这将为植被物种多样性格局的能量假说提供理论验证。