2025年大學《生物統(tǒng)計學》專業(yè)題庫——生態(tài)統(tǒng)計學在物種保護區(qū)劃中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在物種保護區(qū)劃中，用于描述物種個體在空間上分布均勻程度的指標通常是？A.樣地平均蓋度B.空間自相關系數(shù)C.標記重捕成功率D.遺傳多樣性指數(shù)2.當需要評估多個環(huán)境因子對物種棲息地選擇的影響，且因子間可能存在交互作用時，最適合使用的統(tǒng)計模型是？A.簡單線性回歸B.多元線性回歸C.廣義線性模型（GLM）D.主成分回歸（PCR）3.在使用標記重捕法估計封閉種群大小（N）時，Lincoln-Peterman指數(shù)的計算依賴于？A.樣方大小B.重復調查次數(shù)C.重捕個體中標記個體的比例D.種群密度4.為了確定一個能代表目標物種整個分布范圍的關鍵棲息地，進行物種分布格局分析時，應重點考察？A.樣本方差B.聚集指數(shù)（如Moran'sI）C.標準化離差（Z-score）D.樣本量大小5.在保護區(qū)劃中，利用地理加權回歸（GWR）分析物種分布與環(huán)境因子的關系，其主要優(yōu)勢在于？A.可以處理大量分類變量B.能夠識別環(huán)境因子影響的局部空間異質性C.自動選擇最優(yōu)模型D.無需對數(shù)據(jù)進行標準化6.如果一個統(tǒng)計模型的目的是預測物種在未調查區(qū)域的潛在分布，那么最可能使用的模型是？A.多元方差分析（MANOVA）B.邏輯回歸（用于分類）C.空間回歸模型D.相關性分析7.在進行保護區(qū)選址時，若要綜合評估多個保護目標（如物種豐度、棲息地面積、保護成本），常用的數(shù)學方法不包括？A.層次分析法（AHP）B.多目標線性規(guī)劃C.灰色關聯(lián)分析D.廣義可加模型（GAM）8.某研究使用廣義線性模型（GLM）分析鳥類繁殖成功率與環(huán)境溫度的關系，其因變量最可能是？A.溫度（°C）B.鳥巢數(shù)量C.孵化率（比例）D.鳥類體重（克）9.對一個候選保護區(qū)進行評估時，除了物種分布數(shù)據(jù)，還應考慮的關鍵信息是？A.模擬的種群增長趨勢B.保護區(qū)邊界的美觀程度C.當?shù)厣鐓^(qū)居民的反對意見D.區(qū)域內的交通網(wǎng)絡密度10.生態(tài)統(tǒng)計模型在保護區(qū)劃中的應用，其最終目的是？A.獲得最復雜的數(shù)學方程B.為科學合理的保護決策提供依據(jù)C.證明某個環(huán)境因子對物種影響顯著D.最大化保護區(qū)面積二、填空題（每空2分，共20分）1.樣地調查是獲取物種__________和__________信息的基本方法。2.評估一個統(tǒng)計模型擬合優(yōu)度時，常用的指標包括決定系數(shù)（R2）和__________。3.在進行多元統(tǒng)計分析（如PCA或CA）之前，通常需要對數(shù)據(jù)進行__________處理。4.保護遺傳學統(tǒng)計中，用于衡量種群間遺傳差異的指標是__________。5.根據(jù)保護現(xiàn)狀和未來威脅，將一個區(qū)域劃分為不同的保護等級，屬于__________策略。6.在使用資源選擇函數(shù)（RSF）評估棲息地選擇時，模型預測值通常表示為相對于基礎水平的__________。7.假設檢驗中，第一類錯誤（α）指的是__________的概率。8.空間統(tǒng)計方法能夠分析數(shù)據(jù)點之間的__________關系。9.在保護區(qū)邊界設計中，考慮保護成本最小化或效率最大化，屬于__________優(yōu)化問題。10.對統(tǒng)計結果進行解釋時，應充分說明模型的__________和局限性。三、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述簡單線性回歸模型在物種棲息地選擇分析中的應用原理及其局限性。2.解釋什么是“保護優(yōu)先區(qū)”，并簡述其在保護區(qū)劃中的作用。3.描述使用標記重捕法估計種群大小需要滿足的基本假設條件。4.簡要說明在進行多元統(tǒng)計分析（如聚類分析）之前，數(shù)據(jù)標準化的重要性。5.闡述生態(tài)統(tǒng)計學在評估保護區(qū)建立后保護成效中的應用途徑。四、計算題（每題10分，共30分）1.假設在一個鳥類研究中，記錄了以下數(shù)據(jù)：在10個20x20米的樣方中，觀察到某種雀類的數(shù)量分別為：5,7,4,6,8,3,5,7,9,6。請計算該雀類在樣地中的平均密度，并估計其95%的置信區(qū)間。（假設數(shù)據(jù)服從泊松分布）2.某研究欲分析地形坡度（X1，度）和海拔（X2，米）對某種灌木蓋度（Y，百分比）的影響，收集了15個樣本點的數(shù)據(jù)，使用GLM（假設分布為正態(tài)，鏈接函數(shù)為恒等）進行分析，得到模型參數(shù)估計值：β0=10,β1=-0.5,β2=0.02。請解釋β1和β2的實際生態(tài)學意義。3.在一個標記重捕實驗中，第一次捕獲并標記了50只動物，第二次捕獲了100只動物，其中有10只是標記過的。請使用林肯-彼得曼公式估計該種群的近似大小。五、分析題（15分）一個保護生物學家想要為一個瀕危的蛙類建立保護區(qū)。他收集了該蛙類的歷史分布數(shù)據(jù)、當前樣地調查數(shù)據(jù)以及樣地所在位置的環(huán)境因子數(shù)據(jù)（包括海拔、溫度、降雨量、植被類型等）。請詳細說明該生物學家可以運用哪些生態(tài)統(tǒng)計學方法來：（1）確定該蛙類的潛在適宜棲息地范圍；（2）評估不同候選保護區(qū)的保護價值；（3）為最終確定保護區(qū)邊界提供科學依據(jù)。在闡述每種方法時，簡要說明其原理和優(yōu)缺點。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.B6.C7.D8.C9.A10.B二、填空題1.種類；數(shù)量2.均方根誤差（RMSE）或調整決定系數(shù)（R2adj）3.標準化4.Fst（或GST、He）5.多重6.選擇指數(shù)7.拒絕真零假設8.距離或相關性9.整體或全局10.適用范圍三、簡答題1.原理：簡單線性回歸通過建立因變量（如物種豐度）與一個自變量（如某個環(huán)境因子）之間的線性關系模型（Y=β0+β1X+ε），來描述和預測環(huán)境因子對物種分布的影響。其中β0是截距，β1是斜率，代表自變量每變化一個單位，因變量平均變化的量。局限性包括：僅能分析單一自變量的影響，假設自變量與因變量之間存在線性關系，假設誤差項ε服從正態(tài)分布且方差恒定，對異常值敏感，且存在多重共線性問題。2.定義：保護優(yōu)先區(qū)是指根據(jù)物種的瀕危程度、分布范圍、保護現(xiàn)狀、生態(tài)需求以及威脅因素等指標，經(jīng)過綜合評估后被確定為具有最高保護價值、最需要優(yōu)先進行保護行動的區(qū)域。作用：明確資源投入的重點區(qū)域，提高保護工作的針對性和效率；為制定保護策略和規(guī)劃提供科學依據(jù)；有助于集中力量應對最緊迫的保護需求，提升保護成效。3.假設條件：*種群在調查期間是封閉的，沒有個體遷入或遷出。*標記過程不影響個體的存活率、捕獲概率或行為。*捕獲概率在所有調查期間和對于所有標記與未標記個體都是恒定的。*標記是永久性的，且不會引起標記個體被優(yōu)先捕獲。*重捕樣本量相對于總體大小足夠小，以避免捕獲行為改變總體結構。4.重要性：多元統(tǒng)計分析（如聚類分析、主成分分析）通常處理多個變量，而不同變量的量綱和取值范圍可能差異很大。數(shù)據(jù)標準化（如Z-score轉換）將所有變量縮放到相同的尺度（均值為0，標準差為1），消除了量綱的影響，使得在分析過程中各個變量具有同等的權重，避免了數(shù)值范圍較大的變量主導分析結果，保證了結果的穩(wěn)定性和可比性，是進行有效多元統(tǒng)計分析的必要預處理步驟。5.應用途徑：*監(jiān)測指標變化：通過統(tǒng)計比較保護區(qū)建立前后，目標物種的種群數(shù)量、豐度、多樣性、遺傳多樣性等指標的變化趨勢。*棲息地質量評估：評估保護區(qū)內的棲息地條件是否得到改善，利用統(tǒng)計模型分析環(huán)境因子對物種的影響變化。*威脅因素分析：統(tǒng)計分析保護區(qū)外的威脅因素（如人類活動、棲息地破壞）對保護區(qū)內物種的影響程度。*模型驗證：若使用了預測模型，可通過保護區(qū)實際狀況驗證模型的準確性和適用性。*效益量化：嘗試使用統(tǒng)計方法估算保護措施帶來的生態(tài)效益（如種群恢復量、棲息地保育面積）和經(jīng)濟/社會效益（如果可量化）。四、計算題1.平均密度：Mean=Σx/n=(5+7+4+6+8+3+5+7+9+6)/10=61/10=6.1個/樣方。方差（s2）：s2=Σ(x-Mean)2/(n-1)=[(5-6.1)2+(7-6.1)2+...+(6-6.1)2]/9=(1.21+0.81+4.41+0.01+3.61+9.61+1.21+0.81+8.41+0.01)/9=40.9/9≈4.533。標準誤（SE）：SE=√(s2/n)=√(4.533/10)≈√0.4533≈0.673。置信區(qū)間：對于泊松分布，95%CI常使用正態(tài)近似：Mean±1.96*SE。CI=6.1±1.96*0.673≈6.1±1.322=[4.778,7.422]。約等于[4.78,7.42]個/樣方。2.β1意義：模型參數(shù)β1=-0.5表示，在控制海拔（X2）不變的情況下，地形坡度（X1）每增加1度，該灌木的平均蓋度（Y）預計會下降0.5個百分點。這表明坡度與灌木蓋度呈負相關關系。β2意義：模型參數(shù)β2=0.02表示，在控制坡度（X1）不變的情況下，海拔（X2）每增加1米，該灌木的平均蓋度（Y）預計會增加0.02個百分點。這表明海拔與灌木蓋度呈正相關關系。3.種群大小估計：使用林肯-彼得曼指數(shù)公式：N=(Mn/Mr)*n。*Mn=第一次標記數(shù)=50。*Mr=第二次重捕中標記數(shù)=10。*n=第二次捕獲總數(shù)=100。*N=(50/10)*100=5*100=500。估計該種群的近似大小為500只。五、分析題（1）確定潛在適宜棲息地范圍：*方法一：多元統(tǒng)計分析（如廣義可加模型GAM或多元環(huán)境模型MEM）：可以同時考慮多個環(huán)境因子，并估計每個因子對物種適宜性的邊際效應，繪制環(huán)境因子與適宜性的關系曲線。通過計算綜合適宜度指數(shù)（如將各因子得分加權求和），識別環(huán)境條件符合物種需求的空間區(qū)域。*方法二：物種分布模型（如MaxEnt）：利用歷史和當前樣地的物種occurrence數(shù)據(jù)以及相應的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，訓練一個預測模型，該模型能夠根據(jù)環(huán)境變量預測物種在整個研究區(qū)域內可能存在的概率或適宜度。模型的輸出圖可以直觀展示潛在適宜棲息地的范圍和強度。*原理與優(yōu)缺點：*GAM/MEM：原理是估計單個環(huán)境變量的非線性影響，并能處理不同類型的數(shù)據(jù)。優(yōu)點是能揭示環(huán)境因子與物種響應的具體關系形態(tài)，結果直觀。缺點是對環(huán)境變量選擇敏感，模型解釋可能較復雜。*MaxEnt：原理是基于物種occurrence數(shù)據(jù)尋找最能區(qū)分物種有分布和無分布的環(huán)境梯度。優(yōu)點是預測能力較強，對數(shù)據(jù)稀疏性相對不敏感，輸出結果清晰。缺點是假設物種分布僅受當前環(huán)境驅動，可能忽略歷史因素或斑塊化影響。（2）評估候選保護區(qū)保護價值：*方法一：適宜度指數(shù)加權求和：基于上述GAM/MEM或MaxEnt模型得到的適宜度圖，計算每個候選保護區(qū)內部的平均適宜度得分，并可根據(jù)需要加入其他保護價值指標（如連接性、邊緣效應、保護現(xiàn)狀等）進行加權，得到綜合保護價值得分。*方法二：最小累積阻力模型（MCR）：如果考慮物種在空間上的移動和擴散，可以構建MCR模型，模擬物種在不同路徑上的阻力，識別連接關鍵棲息地的走廊或需要優(yōu)先保護的區(qū)域，并結合適宜度信息評估候選保護區(qū)對維持種群連通性的貢獻。*原理與優(yōu)缺點：*加權求和：原理是將多個評估維度量化后綜合起來。優(yōu)點簡單直觀，易于比較。缺點是指標選擇和權重確定主觀性強。*MCR：原理是模擬最易行的移動路徑。優(yōu)點能考慮空間連通性，更符合生態(tài)學過程。缺點模型構建復雜，對數(shù)據(jù)要求高，解釋需要專業(yè)知識。（3）確定保護區(qū)邊界：*方法一：基于價值圖譜的優(yōu)化：將上一步得到的綜合保護價值地圖作為目標圖層，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析工具（如緩沖區(qū)分析、坡度分析等）生成候選邊界方案，然后使用優(yōu)化算法（如拉格朗日乘數(shù)法、多目標優(yōu)化算法）在滿足一定保護目標（如覆蓋最大價值區(qū)域、最小化破碎化、考慮社會經(jīng)