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有壳变形虫(testate amoebae)和有孔虫一样是一组成壳单细胞原生动物,不同的是它们生活在陆地淡水湖泊、湿地以及潮湿的土壤等生境中,体外被覆的壳体能够在沉积物中长期保存并具有分类意义。泥炭地中有壳变形虫的种类组合主要受泥炭地表面湿润程度(surface wetness)和泥炭水pH值的影响。由于数量丰富、种类多样且环境意义明确,目前在国外泥炭古环境研究中常作为指示水文状况的生物代用指标,国内缺乏对泥炭地有壳变形虫与环境因子关系的现代生态学认识。本文首次较系统地研究了长白山区泥炭地有壳变形虫的现代生态学特征,并且构建了有壳变形虫-环境因子转换函数模型,为未来本区泥炭古环境研究提供一种新的技术方法,也有利于揭示更丰富的环境变化信息。
本研究样品取自长白山区金川、哈泥、圆池和赤池四个泥炭地,环境因子包括取样点地理坐标(纬度、经度、高度)、泥炭地表面湿润程度(用水位埋深(depth to watertable)和泥炭湿度表示)、泥炭水的pH值和电导率等。所有取样点均以泥炭藓(Sphagnum)为优势植被,根据水文梯度,选择泥炭藓丘顶、丘中、丘下等不同生境,共采集样品81个,通过显微镜观察鉴定,6个样品由于壳体数过少被剔除,这样获得有效样品75个,共计33种,壳体总数12984个。
除趋势对应分析(DCA)表明四个泥炭地有相似的有壳变形虫物种组成。采用直接梯度分析的线性模型冗余分析(RDA)和单峰模型典范对应分析(CCA)研究有壳变形虫与环境因子的数量关系。由于DCA分析的排序轴梯度长度较短,因此在数值上RDA模型略优于CCA模型,但CCA分析结果也是合理并且可接受的。RDA分析中7个环境变量共解释了31.8%的有壳变形虫物种变化,水位埋深、pH和泥炭湿度对物种变化的贡献率分别为lO%、9%、8%,累计贡献率达17.2%,Monte Carlo显著性检验(999次置换)三个变量均达到p<0.00l,而且三者都与第一排序轴显著相关。RDA分析和CCA分析一致表明水位埋深、pH和泥炭湿度是影响长白山区泥炭地有壳变形虫种类组成变化的主要环境因子,它们可以作为目标变量进行有壳变形虫.环境因子转换函数的构建。
利用偏最小二乘(PLS),加权平均(WA),加权平均偏最小二乘(WA-PLS),最大似然(ML),现代模拟技术(MAT)和局部加权加权平均(LWWA)等模型分别构建了有壳变形虫-水位埋深、pH和泥炭湿度的转换函数。未经过滤的所有75个样品作为训练样本时,模型的预测性能相对较差。水位埋深以LWWA_inv模型最佳,RMSEPjack=10.595cm,r2jack=0.595。pH值以WATOL_inv模型最佳,RMSEPjack=0.2834,r2jack=0.5053。泥炭湿度以WA_inv模型最佳,RMSEPjack=3.4032%,r2jack=0.3427。经去异常值、20%过滤、15%过滤等不同优化方法,模型预测性能逐步提高。15%过滤后,水位埋深以WA-PLS模型最优,RMSEPjack=5.506cm,r2jack=0.818。pH值和泥炭湿度都以WA_inv模型最优:pa值的RMSEPjack=0.1553,r2jack=0.7939;泥炭湿度的RMSEPjack=1.3838%,r2jack=0.7507。假设泥炭剖面的有壳变形虫种类组成与本研究现代训练样本集相同,水位埋深、pH和泥炭湿度可以分别以±5.506cm、±0.1553和±1.3838%的平均误差进行重建。
与国外同类研究对比,本研究中记录到的有壳变形虫种类均为世界地区的常见种类,而且具有相似生态偏好特征,这说明本研究结果是合理的,根据国外许多成功的经验,有壳变形虫可以作为有效的生物指标用于未来本区的泥炭地古环境定量重建中。