广义加性混合模型(GAMMs)应用于东海浮游植物群落动态研究

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本研究以东海2006~2012年11个航次的浮游植物类群组成数据,结合相应环境参数,将广义加性混合模型(Generalized Additive Mixed Models,GAMMs)应用于模拟东海浮游植物类群组成对环境因子的响应动态。根据GAMMs的特点,将采样站位作为随机效应,以采样季节、总叶绿素a、温度和盐度为固定效应,充分考虑固定效应之间的交互作用,突出允许残差异质性在模型优化中的重要性,取得以下主要结果:   相对于其它模型,GAMMs的优势主要在于将站位作为随机效应能体现站位间的变化,使模型结果推广到总体的变化,并具实际意义,其模型效果仅稍弱于固定效应模型。另外,应用GAMMs不考虑异质性,模型残差都违背同质性原则,允许残差异质性,所有模型都明显改善。   从模型构建的结果来看,所有类群的最优模型都允许残差随季节变化。除此之外,硅藻的最优模型同时允许残差随总叶绿素a变化;甲藻和隐藻的最优模型同时允许残差随总叶绿素a变化,且允许不同季节的变化程度不同;金藻和青绿藻的最优模型同时允许残差随盐度变化。甲藻和青绿藻最优模型的固定结构倾向于不考虑总叶绿素a与季节的交互作用,其它类群以考虑二者的交互作用效果更佳。所有模型中效果最好的是硅藻、金藻、隐藻和青绿藻,分别可解释方差98.3%、95.7%、98.5%和97.3%的变化。蓝藻、甲藻和原绿球藻的模型效果也较好,分别可解释方差82.3%、77.5%和63.6%的变化。模型效果较差的是绿藻和定鞭金藻,方差的解释能力不到50%。   浮游植物所有类群与总叶绿素a的关系都呈现出一个类似的特征。以总叶绿素a约1800 ng/L作为生物量水平高低的分界线,当总叶绿素a处于低生物量水平时,所有类群和所有季节基本都随总叶绿素a的升高而升高,而当叶绿素a处于高生物量水平时,各类群之间的差异较大,季节之间也开始出现差异。硅藻和甲藻是主导高生物量水平下浮游植物类群动态的重要类群。夏季,硅藻是高生物量的最主要的贡献者,而春季则主要由甲藻贡献,但硅藻也是重要的贡献者。   温度与盐度的交互作用对特异性较强的类群动态具有很好的指示作用。隐藻稳定分布在温度低于20℃的水体,原绿球藻主要分布在高温高盐的水体,蓝藻在温度高于20℃的高盐水体出现高值,而在低盐区随温度变化不明显。硅藻和甲藻的演替通过温盐关系也能体现出来,除高温高盐区共同的低值区外,二者基本呈此高彼低的格局。   对硅藻与甲藻模型的比较表明,硅藻模型的预测能力相对较好,甲藻模型的预测整体偏低,但趋势较一致。模型的偏差主要出现在春季和夏季的长江口及邻近海域,以春季最为明显,模型高估了硅藻的贡献,低估了甲藻的贡献。在今后的研究中,可能需要获取更多环境参数继续优化模型。
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