基于R语言森林生态系统结构、功能与稳定性分析与可视化实践高级应用;涵盖群落多样性、机器学习、SEM与时间序列建模等

在生态学研究中,森林生态系统的结构、功能与稳定性是核心研究内容之一。这些方面不仅关系到森林动态变化和物种多样性,还直接影响森林提供的生态服务功能及其应对环境变化的能力。森林生态系统的结构主要包括物种组成、树种多样性、树木的空间分布与密度等。这些结构特征是决定森林功能的基础,例如能量流动、物质循环、生物多样性的维持等生态过程。功能的完整性和效率决定了森林生态系统为人类和其他生物提供的生态服务质量。与此同时,生态系统的稳定性,即其抵御外部干扰和恢复能力,也是当前生态学家关注的重点。稳定性的高低不仅反映森林应对极端气候事件或人类活动干扰的能力,也影响到全球生态平衡。

R语言因其强大的统计分析和数据可视化能力,已成为生态学领域的重要工具。通过R语言的多种分析包,研究者可以对森林生态系统的结构、功能与稳定性进行系统研究。例如,通过多样性指数(如Shannon-Wiener指数、Simpson指数)可以量化物种多样性,通过非度量多维尺度分析(NMDS)、主成分分析(PCA)等方法揭示群落的组成和生态位特征。此外,R语言强大的空间数据分析能力也为研究森林的空间分布模式提供了便利,例如通过莫兰指数(Moran's I)或Ripley's K函数,可以分析树木分布的聚集性、随机性或均匀性。R语言的机器学习模块(如随机森林算法)和结构方程模型(SEM)等先进工具使研究者能够更精确地预测森林生态系统的响应,并量化不同环境变量间的复杂关系。通过时间序列分析(如ARMA模型),研究者可以动态追踪森林群落的稳定性变化,为生态保护和可持续管理提供数据支持。这种方法的整合为森林生态系统的结构、功能与稳定性研究提供了全新的解决方案,也为未来的生态学研究开辟了更多可能性。

夯实基础:专题1:R/Rstudio简介及入门【课前学习、提供学习资料】

1)R及Rstudio介绍:背景、软件及程序包安装、基本设置等

2) R语言基本操作,包括向量、矩阵、数据框及数据列表等生成和数据提取等

3) R语言数据文件读取、整理(清洗)、结果存储等**(含tidverse)**

4) R语言基础绘图**(含ggplot)** :基本绘图、排版、发表质量绘图输出存储

专题2:群落生态学及数据统计分析概述

1)群落生态学发展和研究趋势简介

2) 群落形成机制及物种装配规则(Species Assemble Rules)

3) 群落生态数据类型、特点及准备

4) 群落生态数据与群落生态学主要科学问题关联

专题3:联合物种分布模型Hmsc及群落数据贝叶斯统计

1)联合物种分布模型Hmsc贝叶斯统计简介

2) 联合物种分布模型Hmsc参数估计MCMC

3) 联合物种分布模型Hmsc参数及对应群落生态假说

专题4:单物种(物种水平)/单变量Hmsc贝叶斯统计

1)Hmsc程序包基本语法、参数选择、固定效应和随机效应设置、模型诊断等

2)Hmsc单变量贝叶斯估计VS 单变量brms包贝叶斯估计异同

3)Hmsc物种属性数据单变量贝叶斯估计案例

4)Hmsc物种有无(0,1)数据单变量贝叶斯估计案例

5)Hmsc计数数据(多度)单变量贝叶斯估计案例(泊松分布、过度离散、零膨胀等)

6)Hmsc混合效应模型:固定效应+混合效应+空间自相关

专题5:多物种(群落水平)Hmsc贝叶斯统计模型

1)Hmsc多物种(群落水平)贝叶斯统计模型构建介绍

2)Hmsc低维多物种联合分布模型构建

(1)模型构建、物种分布设置

(2)解释变量引入(环境筛)

(3)物种关联关系确定(生物筛)

(4)模型诊断及性能评估

3)Hmsc高维多物种联合分布模型构建

(1)模型构建、物种分布设置

(2)物种性状、系统发育信息及环境变量引入

(3)模型诊断及性能评估

(4)模型调整(先验分布、解释变量等)、拟合和重评估

(5)结果展示,包括参数热图、种间关联、变差分解(Variation Partitioning)及排序(潜变量)等

专题6:Hmsc包群落生态数据分析高阶应用经典案例

1)Hmsc包开展群落数据联合物种分布模型分析通用流程(Pipelines)

2)Hmsc分析物种属性与环境关系案例

3)Hmsc分析响应变量为不同分布类型案例

4)Hmsc空间数据分析案例

5)Hmsc时间数据分析案例

6)Hmsc模型中环境变量、物种属性、系统发育、数据分层设置综合案例

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