东北地区泥炭地有壳变形虫-环境因子转换函数模型研究

在泥炭古环境研究中，有壳变形虫是一种很有潜力的生物指标，但在我国泥炭地分布广泛的东北地区，我们对有壳变形虫的现代生态学特征认识不足。这一方面限制了它们在泥炭古环境重建中的应用，也使泥炭记录的环境信息未充分挖掘。本项目以此为研究对象，在广泛、系统采样的基础上，通过生态排序分析研究我国东北地区泥炭地有壳变形虫与环境因子的数量关系，确定影响有壳变形虫物种组成的主要环境梯度，并以此为目标变量构建转换函数，提出针对不同环境因子的最优转换函数模型，并在预测能力和误差评估基础上对模型进行优化，通过横向国际比较和纵向剖面重建对模型进行验证。本项目旨在解决"将今论古"中"今"的问题，明确我国东北地区泥炭地有壳变形虫生物指标的环境指示意义，为泥炭古环境多指标综合研究提供另外一种有效的技术方法，并有助于揭示更丰富的泥炭古环境信息；基于有壳变形虫的环境因子转换函数为定量地重建东北区域环境变化和泥炭地演化奠定基础。

有壳变形虫目前已渐成为泥炭古环境研究的最常用代用指标之一。建立适合于我国东北地区的有壳变形虫的环境因子转换函数是该区泥炭古环境定量重建的基础。本项目着眼于“将今论古”中对“今”的认识，从东北地区的典型泥炭地采集样品446个（其中长白山6个泥炭地取样188个、大兴安岭5个泥炭地取样167个和小兴安岭3个泥炭地取样91个），分别建立了有壳变形虫物种数据集和环境因子数据集（环境因子包括经度、纬度、海拔高度、水位埋深（depth to water table, DWT）、泥炭湿度、pH值、电导率、容重、烧失量）。排序分析表明容重，DWT, pH值和泥炭湿度对东北地区泥炭地有壳形虫的物种组成有显著影响。因容重的古环境意义不明确，因此我们仅选择DWT，pH值和泥炭湿度作为目标变量进行转换函数构建。转换函数模型包括加权平均模型（Weighted Averaging，WA，包括4个变型），加权平均偏最小二乘模型（Weighted Averaging Partial Least Square，WAPLS），最大似然模型(Maximum Likelihood)。模型验证采用(Leave-one-site-out，LOSO)，预测性能评价依据预测误差（RMSEP）和预测值与实测值相关系数（R2），RMSEP越小R2越大，模型预测性能越好。经优化，DWT以WA.inv.tol模型最优，RMSEPLOSO为6.74cm，R2LOSO为0.65。pH值和泥炭湿度以WA.inv模型最优，pH值的RMSEPLOSO为0.28，R2LOSO为0.42，泥炭湿度的RMSEPLOSO为1.93%；R2LOSO为0.37。本研究构建的转换函数可与世界其它地区的同类研究对比，这不仅为东北地区以有壳变形虫为代用生物指标的古环境定量重建奠定基础，同时也为世界有壳变形虫生物地理、生态学研究提供了我国东北地区的新数据。