长白山泥炭藓泥炭地有壳变形虫—环境因子转换函数模型研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jhl1989
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古环境研究是目前地球科学研究的热点问题,通过定量化重建古环境来研究过去全球环境变化,能够对预测未来环境变化做出一定贡献。转换函数模型作为一种方法应用于古环境定量重建。目前有壳变形虫作为指示水文状况的生物指标,在国外泥炭地古环境研究中成果丰富,而国内这些年来越来越关注有壳变形虫在古环境中的应用。本文选取长白山区露水河(LSH)、老里克(LLK)、东方红(DFH)、横山(HS)和安北(AB)五个泥炭藓泥炭地。根据水文梯度设置剖面线,沿剖面线均匀设置采样点,每个采样点选择泥炭藓丘顶、丘中、丘下等不同生境进行采样,并获取采样点纬度、经度、海拔高度、水位埋深(DWT)、pH和泥炭湿度。通过建立长白山泥炭地有壳变形虫物种和环境因子数据库,确定影响有壳变形虫物种组成的主要环境因子,探讨有壳变形虫的生态指示意义,建立有壳变形虫与主要环境因子的转换函数模型,对模型进行优化和性能评估,并将其应用到该地区东方红泥炭地剖面中。主要结论如下:1.长白山区五个泥炭地共计133个有效样本,鉴定有壳变形虫65种,共计壳体23696个,其中相对丰度大于2%的种类有针苔藓鳞盖虫(Assulina muscorum)、巧茄壳虫(Hyalosphenia elegans)、长圆鳞壳虫(Euglypha rotunda type)、表壳圆壳虫(Cyclopyxis arcelloides type)、染色梨壳虫(Nebela tincta)、泥炭藓截口虫(Heleopera sphagni)、凤蝶茄壳虫(Hyalosphenia papilio)、卵圆隐砂壳虫(Cryptodifflugia oviformis)、针棘匣壳虫类(Centropyxis aculeate type)、结节鳞壳虫(Euglypha tuberculata type)、顶足法帽虫(Phryganella acropodia)等。同时发现长白山区未曾出现的四种有壳变形虫:Amphitrema wrightianum、反唇泡壳虫(Bullinularia indica)、Wailesella eboracencis和九湖梨壳虫(Nebala jiuhuensis)。2.本文采用冗余分析(RDA)来分析有壳变形虫物种组成与环境变量之间的关系。RDA分析中6个变量共解释了37.9%的有壳变形虫物种变化信息,水位埋深和pH对物种变化的贡献率分别为21.8%和12.4%。Monte Carlo显著性检验(999次置换)两个均量的p值均小于0.001,RDA分析表明泥炭地水位埋深(DWT)和pH是影响有壳变形虫组成的主要环境因子,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。3.首先使用加权平均(WA)、加权平均偏最小二乘法(WA-PLS)和最大似然(ML)模型进行有壳变形虫-水位埋深和pH的转换函数的构建。使用未经过滤的133个现代训练样本集构建转换函数,但模型的预测性能相对较低;剔除残差值大于20%的环境梯度宽度异常样本后,模型预测性能显著提升。WA.inv在预测水位埋深(DWT)优于其他模型(RMSEPLOO=5.32,R2LOO=0.82),而ML是预测pH的最佳模型(RMSEPLOO=0.17,R2LOO=0.74)。4.使用Leave-one-site-out交叉检验方法测试了集聚采样的影响,剔除异常样本后多数模型的性能都比之前降低一些,RMSEPLOO和RMSEPLOSO在各模型之中差异并不大。不同模型产生的RMSEPseg(Segment-wise RMSEP)通常遵循某样本数越高,RMSEPseg越低的趋势,均低于标准偏差,表明转换函数具有预测水位埋深(DWT)和pH的能力。对所有模型进行空间自相关性的测试,结果表明所有模型具有相似的反应,当删除随机样本增加时,模型性能下降,在一定程度上存在空间自相关性。5.将构建的模型应用到东方红(DFH)剖面,重建剖面水位埋深(DWT)和pH(1005-2018A D)。重建结果表明:过去1000年以来,东方红泥炭地环境有逐渐变干旱,弱酸性向酸性转变的趋势。泥炭地环境变化过程划分为3个阶段:(1)53cm-28cm(1005-1959A D)平均水位埋深值为11.35±5.45cm;平均pH值为5.60±0.22;(2)28cm-19cm(1959-1995A D)平均水位埋深值为12.47±5.63cm;与上一阶段相比,泥炭地环境趋向干旱,平均pH值为5.32±0.16;(3)19cm-0cm(1995-2018A D)平均水位埋深值为16.55±5.38cm,平均pH值为5.04±0.15,处于整个剖面pH值最小的阶段,此阶段泥炭地环境较酸。
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