基于最大熵原理的多尺度毛竹胸径分布统一模型构建及应用

在生态学中,尺度问题一直是重点也是难点,多尺度胸径分布问题经常遇到且至今没有很好的解决方法,建立多尺度胸径分布统一模型是解决问题的关键;多尺度胸径分布统一模型的建立包括2方面的内容:第一,选择合适的概率分布函数,应用最大熵原理推出胸径分布统一模型,它具有明确的解析表达式,既能克服常用方法无法解释测树因子服从某种概率分布的真正原因,也能克服常用方法无法区分测树因子服从多种概率分布的不足,从而可以作为林分尺度测树因子概率分布的统一模型.第二,尺度与尺度转换,常用研究尺度问题的方法具有2个不足:(1)研究大尺度时损失了样地(林分尺度)资料的宝贵信息;(2)研究林分尺度时无法进行尺度转换.提出的联合最大熵概率密度函数可以克服常用研究尺度方法的以上2个不足,该函数的每一个组成部分都是最大熵函数;联合最大熵概率密度函数可以作为多尺度胸径分布统一模型,既可以最大限度的利用每个样地的信息,又可以进行多尺度的自由转换,从而为测树因子统计分布建模提供了一种有效方法;用森林资源连续清查样地中属于安吉的22个毛竹样地对文中提出的方法进行了验证,结果表明方法可行且对每个样地的拟合精度都很高.     

混交林测树因子概率分布模型的构建及应用

基于最大熵原理,针对目前对混交林测树因子概率分布模型研究的不足,提出了联合最大熵概率密度函数,该函数具有如下特点：1）函数的每一组成部分都是相互联系的最大熵函数,故可以综合混交林各主要组成树种测树因子的概率分布信息;2）函数是具有双权重的概率表达式,能体现混交林结构复杂的特点,在最大限度地利用混交林每一主要树种测树因子概率分布信息的同时,还能精确地全面反映混交林测树因子概率分布规律;3）函数的结构简洁、性能优良.用天目山自然保护区的混交林样地对混交林测树因子概率分布模型进行了应用与检验,结果表明：模型的拟合精度(R²=0.9655)与检验精度(R²=
0.9772)都较高.说明联合最大熵概率密度函数可以作为混交林测树因子概率分布模型,为全面了解混交林林分结构提供了一种可行的方法.     

最大熵原理及其在生态学研究中的应用

最大熵原理(the principle of maximum entropy)起源于信息论和统计力学,是基于有限的已知信息对未知分布进行无偏推断的一种数学方法.这一方法在很多领域都有成功应用,但只是近几年才被应用到生态学研究中,并且还存在很多争论.我们从基本概念和方法出发,用掷骰子的例子阐明了最大熵原理的概念,并提出运用最大熵原理解决问题需要遵从的步骤.最大熵原理在生态学中的应用主要包括以下方面:(1)用群落水平功能性状的平均值作为约束条件来预测群落物种相对多度的模型;(2)基于气候、海拔、植被等环境因子构建物种地理分布的生态位模型;(3)对物种多度分布、种一面积关系等宏生态学格局的推断;(4)对物种相互作用的推断;(5)对食物网度分布的研究等等.最后我们综合分析了最大熵原理在生态学应用中所存在的争议,包括相应模型的有效性、可靠性等方面,介绍了一些对最大熵原理预测能力及其局限性的检验结果,强调了生态学家应用最大熵原理需要注意的问题,比如先验分布的选择、约束条件的设置等等.在物种相互作用、宏生态学格局等方面对最大熵原理更广泛的讨论与应用可能会给生态学带来新的发展机会.     

基于广义线性模型和最大熵模型的黑龙江省林火空间分布模拟

林火分布模型是在较大区域上描述林火空间分布的强有力工具,并可以确定影响林火分布的控制因子.本研究基于黑龙江省1996-2006年的历史火烧记录数据,分别采用广义线性模型和最大熵模型分析了地形、人类活动和土地覆被类型等环境控制因子对黑龙江省林火空间分布的影响,并比较了模型预测精度、评价环境变量重要性及预测火点概率分布图等.结果表明:两个模型的预测精度达中等水平,而最大熵模型的预测精度要略高于广义线性模型.总体而言,与人类活动相关的变量是林火分布模型最佳的环境变量,地形变量次之.尽管两个模型在预测精度和环境变量重要性方面都有很大的相似性,但最大熵模型产生的火点概率图空间格局与广义线性模型产生的明显不同.本研究说明,为了更加精确地确定森林火灾发生的热点地区,应该采用不同模型进行比较,或者有选择性地进行组合以产生综合的预测结果,从而为森林防火工作提供更加合理高效的建议.     

大明山云贵山茉莉群落物种多度分布的Weibull模型

物种多度分布的分析对于了解群落物种多样性具有重要意义。Weibull模型是拟合物种多度分布的重要模型之一。在采用倍程对物种多度分组的基础上,用Weibull模型分别拟合广西大明山保护区云贵山茉莉群落乔木层、灌木层以及乔木+灌木物种的多度分布,结果三者均符合Weibull分布。由此表明所提出的方法应用于物种多度分布研究是理想的,从而完善了Weibull模型在物种多度分布上的应用。     

福建万木林保护区观光木群落物种相对多度模型的拟合研究

应用群落物种相对多度分布的几何级数分布模型,对数级数分布模型,对数正态分布模型,分割线段模型和Weibull模型,对观光木群落物种相对多度分布进行了对比研究,结果表明,对于乔木层物种,其相对多度分布可用对数级数分布,对数正态分布,Weibull分布,几何级数分布和分割线段模型来拟合,而对于灌木层物种相对多度分布则可用对数级数分布,对数正态分布和Weibull分布加以拟合,研究结果为观光木群落物种多样性保护提供了理论基础。     

基于多尺度快速样本熵与随机森林的心电图分析

目的:探讨基于多尺度快速样本熵与随机森林的心电图分析方法对常见心律失常(房性早搏、室性早搏)的自动诊断的可行性和有效性。方法:利用不同心律失常疾病的心电信号存在复杂性差异的特点,通过多尺度熵计算心电信号在不同尺度下的样本熵值以组成特征向量;利用kd树提高多尺度熵的计算效率,增强算法的实时性。利用训练样本的特征向量构建随机森林分类器,再根据众多决策树的分类结果结合投票原则确定测试样本心律失常疾病的类型。结果:本文提出的心电图分析方法能够有效地识别正常心律、房性早搏(APB)及室性早搏(VPB),平均识别准确率达到91.60%。结论:本文提出的心电图分析方法对常见心律失常(APB,VPB)具有较高的识别准确率及临床实用价值。     

基于枝条木材密度分级的鼎湖山南亚热带常绿阔叶林树高曲线模型

如何便捷准确地测量树高一直是林学及群落生态学所关心的问题。由于木材密度与树木生长密切相关, 因此基于木材密度建立树高曲线模型能够为测量树高提供新的方法。本文以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林1.44 ha塔吊样地内119个物种的4,032个个体为研究对象, 利用树高、胸径和木材密度数据来探究基于枝条木材密度分级的树高曲线模型。首先, 对个体进行随机抽样, 将其划分为建模样本(占总样本量的70%)和检验样本(占总样本量的30%), 并通过聚类分析将所有个体的木材密度划分为4级。其次, 基于建模样本利用常见的5种理论生长方程(Richards、Korf、Logistic、Gompertz和Weibull方程)对不同分级建立树高-胸径模型; 基于检验样本检验模型精度, 并确定各分级的最适模型。最后, 构建基于物种分类的树高曲线模型, 并比较其与木材密度分级模型的差异。结果表明: 基于木材密度分级的模型, 各分级小组检验样本的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最小值所对应的模型类型与建模样本结果一致, 确定Gompertz模型和Weibull模型为鼎湖山南亚热带常绿阔叶林最适树高模型类型。比较基于木材密度分级的模型与基于物种分类的模型, 发现二者的MAE、RMSE指数差异小。综上, 基于木材密度分级的树高曲线模型对树高估测精度高, 使用方便, 为树高预测提供了新方法, 可以更好服务森林调查等生产实践。     

闽北地区森林群落物种多样性的测定

采用8个物种多样性指数对闽北地区的8个森林群落类型物种多样性进行测定,并选用4个种一多度关系模型(对数正态分布、Weibull分布、对数级数分布、生态位优先占领模型)分析其物种-多度关系,把多样性指数与对数正态分布、Weibull分布和生态位优先占领模型的有关参数进行线性回归,以分析多度模型参数描述物种多样性的可行性。结果表明：(1)多数物种多样性指数对群落的测度是一致的,(2)对数正态分布、Weibull分布和生态位优先占领模型对8个群落的物种多度拟合效果很好;(3)对数正态分布、Weibull分布和生态位优先占领模型有关模型参数与部分物种多样性指数的线性关系达显著或极显著水平。通过闽北地区8个类型森林群落物种多样性指数测定,使生物多样性较准确地数量化,同时还说明采用改进单纯形法进行非线性分布函数的拟合是简单有效的,可推广应用。     

基于最大信息熵模型的能源物种麻疯树潜在适宜区

麻疯树(Jatropha curcas L.)为传统能源植物,是作为生物柴油最具希望的植物资源之一。本研究通过收集麻疯树分布点的经纬度数据,基于气候、土壤和地形等37个相关生态因子,采用最大信息熵模型,预测麻疯树的潜在适宜区域,分析影响其生长的主要生态因子特征。结果显示,麻疯树生长最适宜区域主要分布在我国华南地区的广东、海南、香港、台湾和西南地区的广西、云南、四川;对麻疯树分布贡献率较大的主要生态因子为:最暖季度降水量(53.5%)、温度季节性变化标准差(15.8%)、降水量变异系数(9.3%)、年均温变化范围(5.8%)、最湿季度降水量(3.6%)、最干月降水量(3.2%);Maxent模型预测的AUC值大于0.9,表明对麻疯树潜在分布的预测结果较准确。本文对麻疯树潜在分布区域以及影响其分布的主要生态条件的研究结果,可为麻疯树的种植栽培提供科学依据。     

On a property of the exponential distribution

If t is an independent exponentially distributed random variable, the distribution p = [t - x] is a modified geometric distribution, similar to the result of HAWKINS and KOTZ (1976), x is uniform.     

Reconstructing the Pleistocene geography of the Aphelocoma jays (Corvidae)

Understanding historical distributions of species and evolving lineages has been a topic of considerable interest, yet methods used to date have not provided detailed, quantitative distributional hypotheses. Here, we present a technique based on models of species’ ecological niches and Pleistocene climate reconstructions that provides such hypotheses, providing the example of reconstructions for the Aphelocoma jays. We demonstrate in general a greater degree than expected of stability in jay species’ distributional areas back through at least the most recent glaciation event, and that existing patterns of genetic differentiation may date to before the Late Pleistocene glaciations. More generally, the method offers the potential for reconstructing historical distributions of species or lineages, and providing a detailed geographic framework for addressing many biogeographic and systematic questions.     

Evaluation of the spatial distribution of Anoplophora glabripennis (Motschulsky) (Coleoptera: Cerambycidae) in South Korea combining climate and host plant distribution

Anoplophora glabripennis (Motschulsky) (Coleoptera: Cerambycidae), a global forest pest, has a potential to damage forests in South Korea, requiring an effective tool for evaluating its potential distribution. This study aimed to evaluate the spatial distribution of A. glabripennis in South Korea by simultaneously considering climate and host plants. Climatic suitability was firstly evaluated using a CLIMEX model; then, it was combined with the areal distribution of host plants using a simple mathematical formulation. We finally projected the spatial distribution of A. glabripennis onto the map of administrative districts to identify hazardous areas to watch. As a result, the developed model predicted that over 40% of areas in South Korea could be exposed to A. glabripennis damage, and most of them were located in mountainous areas with abundant host plants. In addition, climatic suitability was higher in coastal areas, which was different than a previous record of A. glabripennis occurrence, while the prediction by a comprehensive model was consistent with the record. In conclusion, the model including both climate and host plant occurrence was more reliable than the model which only included climate, and could provide useful data for determining areas for monitoring and control.     

科尔沁沙地盐生草甸主要植物群落种群格局的研究

本文采用方差/均值法,Greig-Smith格局分析法及Hill格局分析法,探讨了科尔沁沙地盐生草甸主要植物群落种群格局及其成因。结果表明,羊草群落和野古草群落中的大部分种为聚集分布,羊草与野古草群落交错区中所有种为聚集分布,其最小面积为0.01m~2,最大面积为6.4×6.4m~2。邻接格子最小取样面积应小于0.05×0.05m~2,最适取样面积为40.96m~2,小规模格局是种子扩散和营养繁殖的结果,中规模起因于匍匐和长根茎的扩散,大规模则取决于土壤总盐分及pH值。     

Limits to the estimation of species richness: The use of relative abundance distributions

The present study demonstrates the possibility of estimating species numbers of animal or plant communities from samples using relative abundance distributions. We use log‐abundance–species‐rank order plots and derive two new estimators that are based on log‐series and lognormal distributions. At small to moderate sample sizes these estimators appear to be more precise than previous parametric and nonparametric estimators. We test our estimators using samples from 171 published medium‐sized to large animal and plant communities taken from the literature. By this we show that our new estimators define also limits of precision.     

Spatial distribution of brood-bearing females of limnetic species of Cladocera

In this study, the spatial distribution of brood-bearing females of five species of limnetic cladocerans (Daphnia cucullata, D. longispina, Bosmina coregoni, B. longirostris, Diaphanosoma brachyurum) in the deep mesotrophic lake in relation to the predation pressure of planktivorous fish (roach Rutilus rutilus, perch Perca fluviatilis, catfish Ictalurus nebulosus, white fish Coregonus albula, bleak Alburnus alburnus), and planktonic invertebrates (cyclopoids Mesocyclops leuckartii, Thermocyclops oithonoides, T. crassus, and cladoceran Leptodora kindtii) as well as some environmental variables was estimated. Most cladocerans showed apparent differences in horizontal distribution (ANOVA F = 0.2–0.45, P < 0.05) in the littoral zone and lack of such differences in the pelagic zone (F = 0.07–0.13, P > 0.05). Vertical distribution of most species, in turn, showed a clear pattern in the pelagic zone (F = 0.31–0.39, P < 0.05) and less regularities in the littoral zone (F = 0.15–029, P > 0.05). The differences in spatial distribution of non-predated and predated species suggest that predation pressure, but not predatory type, was an important factor structuring their distribution. Other factors that affected their distribution were conductivity, dissolved oxygen, TOC and macrophyte biomass; however, most of those variables better explained the distribution of brood-bearing cladocerans in the vertical than horizontal aspect.