2025年大學(xué)《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——統(tǒng)計(jì)學(xué)在生物多樣性研究中的作用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在生物多樣性研究中，衡量群落物種豐富度的常用指標(biāo)不包括：(A)Shannon-Wiener指數(shù)(B)Simpson指數(shù)(C)Pielou均勻度指數(shù)(D)樣方格中物種數(shù)2.當(dāng)需要將多個(gè)環(huán)境因子綜合起來(lái)解釋物種群落格局時(shí)，常用的多元統(tǒng)計(jì)分析方法是：(A)主成分分析（PCA）(B)簡(jiǎn)單線性回歸(C)方差分析（ANOVA）(D)替換檢驗(yàn)（PermutationTest）3.對(duì)于來(lái)自不同群落的物種組成數(shù)據(jù)，若要比較兩組群落之間的相似程度，常使用的統(tǒng)計(jì)量是：(A)標(biāo)準(zhǔn)差(B)變異系數(shù)(C)Jaccard相似性系數(shù)(D)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量4.在分析物種地理分布與環(huán)境因子關(guān)系時(shí)，如果因變量是分類數(shù)據(jù)（如物種有/無(wú)），自變量是連續(xù)環(huán)境變量，且需考慮環(huán)境因子間的相互作用，最適合的統(tǒng)計(jì)方法是：(A)線性回歸(B)多元逐步回歸(C)典范對(duì)應(yīng)分析（CCA）(D)線性判別分析（LDA）5.生態(tài)位寬度（B）的計(jì)算公式通常涉及以下哪個(gè)參數(shù)？(A)物種總數(shù)（S）(B)特定物種i的相對(duì)多度（ni/N）(C)環(huán)境梯度總長(zhǎng)度(D)樣本數(shù)量（n）6.估計(jì)一個(gè)未知總體的比例或均值時(shí)，抽樣方法的選擇對(duì)于結(jié)果的精確性至關(guān)重要。在資源有限且總體分布未知的情況下，以下哪種抽樣方法通常更優(yōu)？(A)系統(tǒng)抽樣(B)分層隨機(jī)抽樣(C)空白抽樣(D)便利抽樣7.在進(jìn)行多樣性與環(huán)境關(guān)系分析時(shí)，若分析結(jié)果顯示環(huán)境因子與物種組成呈顯著正相關(guān)，以下哪種解釋是合理的？(A)物種多樣性高的區(qū)域必然意味著環(huán)境條件更惡劣。(B)可能存在某些物種特別偏好該環(huán)境因子，而其他物種則不適應(yīng)。(C)環(huán)境因子對(duì)物種組成沒有實(shí)際影響，相關(guān)性是偶然的。(D)該結(jié)果說(shuō)明物種多樣性是環(huán)境因子變化的原因。8.為了檢驗(yàn)不同處理（如不同恢復(fù)措施）對(duì)群落物種多樣性是否有顯著影響，應(yīng)選擇的統(tǒng)計(jì)方法通常是：(A)相關(guān)分析(B)回歸分析(C)單因素方差分析（ANOVA）(D)Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)9.在設(shè)計(jì)一項(xiàng)比較兩個(gè)樣地（樣地A和樣地B）物種多樣性的研究時(shí)，為了確保比較的公平性和結(jié)果的可重復(fù)性，最關(guān)鍵的原則是：(A)樣地面積必須完全相同。(B)樣地必須位于同一海拔高度。(C)抽樣方法應(yīng)相同，且樣本量應(yīng)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(D)必須同時(shí)調(diào)查所有物種。10.對(duì)一組生物多樣性數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，若要比較兩組（例如，干擾與未干擾）的多樣性指數(shù)均值差異，可以考慮使用：(A)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(B)Wilcoxon秩和檢驗(yàn)(C)Mann-WhitneyU檢驗(yàn)(D)單因素方差分析（ANOVA）二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述Shannon-Wiener指數(shù)（H'）的計(jì)算原理及其在衡量群落多樣性時(shí)與其他指數(shù)（如Simpson指數(shù)）的主要區(qū)別。2.解釋什么是生態(tài)位重疊，并說(shuō)明在生物多樣性研究中研究生態(tài)位重疊有何意義。3.簡(jiǎn)述在生物多樣性研究中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵統(tǒng)計(jì)原則。4.什么是置換檢驗(yàn)（PermutationTest）？它在生物多樣性研究中處理非參數(shù)數(shù)據(jù)或小樣本數(shù)據(jù)時(shí)有哪些優(yōu)勢(shì)？5.簡(jiǎn)述使用RDA（冗余分析）分析物種與環(huán)境數(shù)據(jù)的基本步驟和原理。三、計(jì)算題（共15分）假設(shè)在一個(gè)森林生態(tài)調(diào)查中，你在一個(gè)20mx20m的樣方內(nèi)記錄了以下四種優(yōu)勢(shì)喬木物種的個(gè)體數(shù)：物種A：50株物種B：30株物種C：20株物種D：100株請(qǐng)計(jì)算該樣方的：(1)物種豐富度（S）。（3分）(2)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H'）。（5分）(3)假設(shè)該群落總個(gè)體數(shù)為200株，請(qǐng)計(jì)算物種D的相對(duì)多度（ni/N）及其生態(tài)位寬度（B）。（注：此處使用簡(jiǎn)單的相對(duì)多度計(jì)算，實(shí)際生態(tài)位寬度計(jì)算更復(fù)雜，此處按B=ni/N簡(jiǎn)化處理）。（7分）四、分析題（共40分）某研究小組調(diào)查了某河流沿線的三個(gè)不同生境（生境1：開闊河岸；生境2：岸邊灌木叢；生境3：河岸密林）的底棲動(dòng)物多樣性。他們?cè)诿總€(gè)生境隨機(jī)設(shè)置了5個(gè)樣點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)采樣方法（如定性樣方或定量采樣）收集底棲動(dòng)物樣本，并記錄了每個(gè)樣點(diǎn)中主要功能群（如附著類、掘穴類、游泳類）的個(gè)體數(shù)量。研究假設(shè)是：不同的河岸生境會(huì)導(dǎo)致底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)（物種組成和功能群分布）的差異。請(qǐng)基于上述研究背景，回答以下問(wèn)題：(1)如果研究者主要關(guān)心不同生境之間總物種豐富度的差異，他們應(yīng)如何組織數(shù)據(jù)并選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行檢驗(yàn)？（10分）(2)假設(shè)研究者發(fā)現(xiàn)不同生境中各功能群的相對(duì)比例存在差異（例如，開闊河岸游泳類比例高，密林河岸附著類比例高）。他們想使用多元統(tǒng)計(jì)分析方法來(lái)探究功能群組成與環(huán)境因子（如水流速度、水深、底質(zhì)類型）的關(guān)系，請(qǐng)?zhí)岢鲆粋€(gè)可能的統(tǒng)計(jì)分析方案，并簡(jiǎn)述其原理。（15分）(3)某同學(xué)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了如下解釋：“CCA分析結(jié)果顯示水流速度與游泳類功能群呈顯著正相關(guān)，這意味著水流速度是決定游泳類動(dòng)物分布的主要因素?！边@種解釋是否合理？為什么？請(qǐng)?zhí)岢鲋辽僖环N更全面或需要進(jìn)一步考慮的解釋。（15分）試卷答案一、選擇題1.D2.A3.C4.C5.B6.B7.B8.C9.C10.B二、簡(jiǎn)答題1.Shannon-Wiener指數(shù)（H'）計(jì)算原理：H'=-∑(pi*lnpi)，其中pi為物種i的相對(duì)多度。該指數(shù)基于信息論，認(rèn)為物種多樣性是物種相對(duì)多度不確定性的量度。指數(shù)值越大，表示群落中物種相對(duì)多度分布越均勻，不確定性越高，群落多樣性越高。區(qū)別：與Simpson指數(shù)相比，H'更側(cè)重于衡量物種個(gè)體數(shù)分布的均勻程度，均勻度高的群落即使物種數(shù)不多，H'值也可能很高。Simpson指數(shù)（通常指Simpson優(yōu)勢(shì)度1-λ或其倒數(shù)）則更側(cè)重于衡量某個(gè)物種在群落中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的可能性，該指數(shù)值越低（或倒數(shù)越高），表示群落多樣性越高。在物種個(gè)體數(shù)相近的情況下，Simpson指數(shù)值通常高于H'值。2.生態(tài)位重疊定義：生態(tài)位重疊是指兩個(gè)或多個(gè)物種在生態(tài)位維度（如資源利用、空間分布、時(shí)間活動(dòng)等）上存在部分重疊的現(xiàn)象。即它們?cè)跐M足生存和發(fā)展需求的環(huán)境條件或資源利用方式上有部分相同之處。研究意義：研究生態(tài)位重疊有助于理解物種共存機(jī)制（如生態(tài)位分化、資源利用補(bǔ)償）、競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系強(qiáng)度、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性與功能、物種對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)以及保護(hù)生物多樣性（識(shí)別關(guān)鍵物種或脆弱生態(tài)位）。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵統(tǒng)計(jì)原則：(1)對(duì)照原則：設(shè)置對(duì)照組以排除其他因素的干擾。(2)隨機(jī)原則：隨機(jī)抽樣和隨機(jī)分配處理，以減少系統(tǒng)偏差。(3)重復(fù)原則：設(shè)置足夠多的重復(fù)次數(shù)，以增強(qiáng)結(jié)果的可靠性和統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(4)區(qū)組原則（配對(duì)原則）：將條件相似的個(gè)體劃歸同一區(qū)組，并在區(qū)組內(nèi)隨機(jī)分配處理，以控制混雜因素的影響。(5)明確性原則：精確定義研究問(wèn)題、變量、測(cè)量方法和數(shù)據(jù)收集流程。4.置換檢驗(yàn)（PermutationTest）定義：置換檢驗(yàn)是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)反復(fù)重新排列數(shù)據(jù)標(biāo)簽（或稱為“置換”）來(lái)構(gòu)建一個(gè)零分布（或稱為“置換分布”），從而在不依賴特定數(shù)據(jù)分布假設(shè)的情況下，推斷觀察到的統(tǒng)計(jì)量是否顯著偏離隨機(jī)狀態(tài)。其核心思想是用數(shù)據(jù)的隨機(jī)排列結(jié)果來(lái)模擬在零假設(shè)成立時(shí)統(tǒng)計(jì)量的行為。優(yōu)勢(shì)：(1)適用性廣：不需要滿足參數(shù)檢驗(yàn)（如t檢驗(yàn)、ANOVA）的正態(tài)性、方差齊性等假設(shè)。(2)處理非參數(shù)數(shù)據(jù)：可直接用于定序數(shù)據(jù)或分布偏態(tài)嚴(yán)重的數(shù)據(jù)。(3)處理小樣本：尤其適用于樣本量較小，難以滿足參數(shù)檢驗(yàn)條件的情況。(4)可用于任何統(tǒng)計(jì)量：只要能計(jì)算統(tǒng)計(jì)量，即可用置換法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。5.RDA分析步驟與原理：(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：準(zhǔn)備物種數(shù)據(jù)矩陣（通常是物種出現(xiàn)/豐度數(shù)據(jù)，行代表樣點(diǎn)，列代表物種）和環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣（行代表樣點(diǎn)，列代表環(huán)境變量）。物種數(shù)據(jù)通常需要先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化（如中心化、標(biāo)準(zhǔn)化）。(2)數(shù)據(jù)整合：使用環(huán)境變量對(duì)物種數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（PCA），將環(huán)境變量和物種數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換到相同的低維空間（通常是前幾個(gè)主成分）。(3)回歸分析：類似于多元線性回歸，計(jì)算每個(gè)環(huán)境主成分與每個(gè)物種得分（或物種數(shù)據(jù)的主成分得分）的回歸系數(shù)。(4)顯著性檢驗(yàn)：使用置換檢驗(yàn)（PermutationTest）對(duì)整個(gè)模型或單個(gè)環(huán)境主成分與物種的關(guān)系進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。(5)結(jié)果解釋：分析環(huán)境主成分與環(huán)境變量之間的關(guān)系（解釋環(huán)境梯度），以及物種得分在這些主成分上的分布（物種如何響應(yīng)環(huán)境梯度）。RDA的核心原理是尋找能夠最佳解釋物種分布與環(huán)境因子協(xié)變性的環(huán)境主分量，揭示環(huán)境因子對(duì)群落結(jié)構(gòu)的整體影響。三、計(jì)算題(1)物種豐富度（S）=4（共有4個(gè)物種）(2)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H'）：總個(gè)體數(shù)N=50+30+20+100=200物種A相對(duì)多度pA=50/200=0.25物種B相對(duì)多度pB=30/200=0.15物種C相對(duì)多度pC=20/200=0.10物種D相對(duì)多度pD=100/200=0.50H'=-[(0.25*ln0.25)+(0.15*ln0.15)+(0.10*ln0.10)+(0.50*ln0.50)]H'=-[(-0.3466)+(-0.2314)+(-0.2303)+(-0.3466)]H'=-[-1.1549]=1.1549（注：ln為自然對(duì)數(shù)）(3)物種D的相對(duì)多度（ni/N）和生態(tài)位寬度（B）：物種D的相對(duì)多度pD=100/200=0.50按照簡(jiǎn)化公式B=ni/N，物種D的生態(tài)位寬度B=0.50四、分析題(1)數(shù)據(jù)組織與統(tǒng)計(jì)方法：數(shù)據(jù)組織：需要一個(gè)包含樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)矩陣，每行代表一個(gè)樣點(diǎn)，至少包含兩列：一列是樣點(diǎn)編號(hào)，另一列是記錄的物種總數(shù)（或某個(gè)指定衡量豐富度的指標(biāo)，如指示物種的數(shù)量）。如果比較多個(gè)功能群的總豐富度，則需為每個(gè)功能群設(shè)置一列。統(tǒng)計(jì)方法：由于是比較多組（三個(gè)生境）的單一數(shù)值變量（總物種豐富度），且可能不滿足正態(tài)性或方差齊性假設(shè)，應(yīng)選擇非參數(shù)檢驗(yàn)方法。合適的統(tǒng)計(jì)方法是Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)。該檢驗(yàn)可以比較三個(gè)或更多獨(dú)立樣本的中位數(shù)是否存在顯著差異。(2)統(tǒng)計(jì)分析方案與原理：方案：可以使用冗余分析（RDA）或其變種典范對(duì)應(yīng)分析（CCA）。選擇RDA是因?yàn)榄h(huán)境數(shù)據(jù)通常包含多個(gè)連續(xù)變量（水流速度、水深等），RDA能同時(shí)考慮這些變量的協(xié)方差。步驟如下：1.準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：物種數(shù)據(jù)矩陣（行=樣點(diǎn)，列=物種，需標(biāo)準(zhǔn)化，如中心化或去均值再標(biāo)準(zhǔn)化）和環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣（行=樣點(diǎn)，列=環(huán)境變量，需標(biāo)準(zhǔn)化）。2.運(yùn)行RDA：使用統(tǒng)計(jì)軟件（如R語(yǔ)言中的vegan包）進(jìn)行RDA分析。3.結(jié)果解釋：主要關(guān)注物種得分與環(huán)境主成分的關(guān)系，以及環(huán)境變量對(duì)物種得分矩陣的解釋率（如慣量解釋百分比）。分析哪些環(huán)境變量對(duì)物種組成差異貢獻(xiàn)最大，以及物種如何沿環(huán)境梯度排列。原理：RDA是一種基于主成分分析的多元統(tǒng)計(jì)分析方法，用于探究多個(gè)環(huán)境變量與多個(gè)物種變量之間的相關(guān)性。它通過(guò)線性回歸模型，尋找能夠最好地解釋物種數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)協(xié)變性的環(huán)境主分量（環(huán)境軸），并將物種和環(huán)境數(shù)據(jù)投影到由這些主分量構(gòu)成的新坐標(biāo)系中。如果物種組成與環(huán)境因子顯著相關(guān)，物種點(diǎn)會(huì)沿代表環(huán)境梯度的主要環(huán)境軸呈聚集或有序排列。(3)解釋合理性分析：合理性評(píng)估：該解釋部分合理，指出了相關(guān)性，但不夠全面。相關(guān)性確實(shí)表明水流速度是影響游泳類動(dòng)物分布的一個(gè)因素，且可能是重要因素之一。不足之處與更全面解釋：1.相關(guān)性不等于因果性：CCA/RLQ分析顯示的是協(xié)變量關(guān)系，雖然水流速度與游泳類呈正相關(guān)，但這并不一定意味著水流速度是決定游泳類動(dòng)物分布的“唯一”或“主要”因素。其他環(huán)境因子（如水深、底質(zhì)、餌料供應(yīng)）可能同樣重要，甚至相互作用。2.遺漏變量偏誤：可能存在未測(cè)量的重要環(huán)境因子（遺漏變量）影響了游泳類動(dòng)物的分布，這些因子與水流速度可能存在相關(guān)性，導(dǎo)致水流速度被錯(cuò)誤地歸因?yàn)橹饕?qū)動(dòng)因子。3.多重影響：水流速度可能通過(guò)影響棲息地結(jié)構(gòu)（如產(chǎn)卵場(chǎng)、避難所）或食物資源（如浮游動(dòng)物濃度）來(lái)間接影響游泳類動(dòng)物的分布。4.物種特異性：不同游泳類群可能對(duì)水流速度的響應(yīng)策略不同，CCA結(jié)果可能反映了該功能群內(nèi)部對(duì)不