2025年大學《生物科學》專業(yè)題庫——生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務功能間關系的模型分析及評價研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述生物多樣性的三個主要層次及其常用的衡量指標。2.列舉生態(tài)系統(tǒng)服務的四大類，并分別給出一個具體的例子。3.解釋什么是生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)服務功能的權(quán)衡關系，并簡述其可能出現(xiàn)的生態(tài)學原因。4.簡述選擇用于分析生物多樣性與環(huán)境因子關系的統(tǒng)計模型時，需要考慮的主要因素。5.在評價一項研究生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響的研究時，應關注哪些關鍵方面？二、論述題（每題15分，共45分）1.深入論述生物多樣性的哪些方面（如物種組成、功能性狀、遺傳多樣性等）會影響生態(tài)系統(tǒng)的過程，并進而影響其提供生態(tài)系統(tǒng)服務功能的能力。2.比較功能群模型和基于過程的生態(tài)系統(tǒng)模型在分析生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響時的主要區(qū)別、優(yōu)勢與局限性。3.假設一項研究旨在探究森林砍伐對區(qū)域碳匯服務功能的影響，請論述在運用模型進行分析時，可能需要考慮的關鍵變量、潛在的模型選擇以及進行模型評價時必須關注的問題。試卷答案一、簡答題（每題6分，共30分）1.生物多樣性的三個主要層次及其常用的衡量指標：*遺傳多樣性：指種內(nèi)基因的變異程度。衡量指標常用等位基因頻率、遺傳多樣性指數(shù)（如He指數(shù)）。*物種多樣性：指一定區(qū)域內(nèi)物種的豐富程度和均勻程度。衡量指標常用物種豐富度指數(shù)（如S、Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)）、均勻度指數(shù)（如Pielou指數(shù)）。*生態(tài)系統(tǒng)多樣性：指生物群落及其生境的多樣性。衡量指標常用生態(tài)系統(tǒng)類型多樣性、景觀格局指數(shù)（如斑塊數(shù)量、面積、形狀指數(shù)等）。2.生態(tài)系統(tǒng)服務的四大類及具體例子：*供給服務：人類直接從生態(tài)系統(tǒng)獲得的資源。例子：提供水源、木材、食物（農(nóng)產(chǎn)品、漁業(yè)）。*調(diào)節(jié)服務：生態(tài)系統(tǒng)過程對人類福祉產(chǎn)生的調(diào)節(jié)效應。例子：氣候調(diào)節(jié)（吸收CO2、影響局部氣候）、水質(zhì)凈化、授粉、生物控制（昆蟲防治害蟲）。*支持服務：維系其他所有生態(tài)系統(tǒng)服務的基礎過程。例子：土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)、光合作用、初級生產(chǎn)。*文化服務：人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的精神和非物質(zhì)利益。例子：休閑娛樂（公園游覽）、美學價值（自然景觀欣賞）、靈感來源、傳統(tǒng)醫(yī)藥。3.生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)服務功能的權(quán)衡關系及其原因：*定義：指隨著生物多樣性增加，某些生態(tài)系統(tǒng)服務功能增加的同時，另一些生態(tài)系統(tǒng)服務功能反而下降的現(xiàn)象。*原因：可能源于資源利用效率的限制（如光、水、養(yǎng)分有限，增加一種功能可能削弱另一種）、生態(tài)位重疊與競爭加劇、系統(tǒng)承載力的飽和、或者存在復雜的間接效應網(wǎng)絡。例如，增加捕食者可能提高生物控制服務，但若過度可能降低初級生產(chǎn)力（如果捕食者攻擊植物）。4.選擇分析生物多樣性與環(huán)境關系的統(tǒng)計模型時需考慮的因素：*研究目標：是探索性關聯(lián)分析還是預測性建模？是分析驅(qū)動因素還是機制？*數(shù)據(jù)類型和性質(zhì)：數(shù)據(jù)是連續(xù)變量、分類變量還是時空序列？數(shù)據(jù)量大??？是否存在空間自相關？*模型假設：所選模型（如線性回歸）是否滿足數(shù)據(jù)的基本假設（正態(tài)性、方差齊性、線性關系）？*模型復雜度：模型是否能有效捕捉生物多樣性與環(huán)境關系的復雜性，同時避免過度擬合？*生態(tài)學意義：模型是否能產(chǎn)生符合生態(tài)學理論和直覺的解釋？*計算可行性：模型所需的計算資源和時間是否在可接受范圍內(nèi)。5.評價生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)服務功能研究的關鍵方面：*研究問題的明確性和重要性。*研究設計（實驗、觀測、模型）的科學性和嚴謹性。*數(shù)據(jù)的質(zhì)量和代表性。*模型選擇的合理性和適用性（理論基礎、參數(shù)化、驗證）。*關系解釋的邏輯性和生態(tài)學一致性。*研究的局限性說明（模型、數(shù)據(jù)、結(jié)論的適用范圍）。*研究結(jié)論的可靠性和對實踐（管理、保護）的指導意義。二、論述題（每題15分，共45分）1.生物多樣性影響生態(tài)系統(tǒng)服務功能的方面及其機制：*物種組成：不同物種對環(huán)境資源的利用方式和生態(tài)功能不同。物種多樣性和功能多樣性高的群落，往往能更全面地利用資源，執(zhí)行更多樣的生態(tài)過程。例如，多種植食動物可以更均勻地利用植物資源，避免單一物種被過度啃食；多種植花植物能吸引更多樣的傳粉昆蟲，提高授粉效率。關鍵物種（如頂級捕食者、關鍵生產(chǎn)者、關鍵分解者）的存在或缺失會顯著改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)和功能，進而影響服務功能。*功能性狀：物種的功能性狀（如體型大小、食性、繁殖策略、生長速率等）決定了它們在生態(tài)系統(tǒng)中的角色和功能。一個群落中具有特定功能性狀組合的物種（功能多樣性），能更有效地執(zhí)行關鍵生態(tài)過程，如氮固定、土壤改良、能量流動等。例如，根系深度和形態(tài)不同的植物有助于在不同土壤層次吸收水分和養(yǎng)分，維持土壤結(jié)構(gòu)。*遺傳多樣性：種內(nèi)遺傳多樣性高的物種能更好地適應環(huán)境變化（如氣候變化、病蟲害），維持種群生存和生態(tài)功能。當環(huán)境壓力導致部分遺傳變異的個體死亡時，遺傳多樣性低的物種可能失去適應能力，影響其生態(tài)系統(tǒng)功能（如授粉、捕食）。遺傳多樣性也可能影響物種的競爭力、抗病性等，間接影響群落結(jié)構(gòu)和功能。*生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與過程：生物多樣性通過影響種間相互作用（競爭、捕食、互利共生等）、營養(yǎng)循環(huán)、能量流動等生態(tài)系統(tǒng)過程，最終影響生態(tài)系統(tǒng)服務功能。例如，復雜的食物網(wǎng)和功能群結(jié)構(gòu)通常能提供更穩(wěn)定的服務輸出，因為系統(tǒng)有更強的緩沖能力（冗余、替代）。*空間格局：生物多樣性的空間分布格局（集群、隨機、均勻）也會影響物種間相互作用和資源利用效率，進而影響局部生態(tài)過程和服務功能。*綜上，生物多樣性的不同層次（遺傳、物種、功能、空間）通過影響生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和動態(tài)過程，共同決定了生態(tài)系統(tǒng)服務功能的種類、數(shù)量和質(zhì)量。2.功能群模型與基于過程的生態(tài)系統(tǒng)模型在分析生物多樣性影響服務功能時的區(qū)別、優(yōu)勢與局限性：*功能群模型：*區(qū)別與機制：將物種聚合成功能群（基于相似的功能性狀，如食性、體型、繁殖策略），關注功能群的豐度、多樣性和相對豐度對生態(tài)系統(tǒng)過程和服務功能的整體影響。它簡化了物種間的具體交互，著眼于功能性狀的宏觀效應。*優(yōu)勢：計算效率高，易于處理大規(guī)模數(shù)據(jù)；能快速評估不同生物多樣性情景（如物種丟失、功能群變化）對服務功能的影響，適合進行宏觀比較和預測；能揭示功能多樣性與服務功能之間的普遍關系模式。*局限性：高度簡化，可能忽略物種間的細微差異和關鍵物種的作用；難以解釋復雜的種間相互作用和間接效應；對具體過程的理解有限。*基于過程的生態(tài)系統(tǒng)模型：*區(qū)別與機制：模擬生態(tài)系統(tǒng)中具體的物理、化學和生物過程（如光合作用、蒸騰、養(yǎng)分uptake、分解、物種競爭、捕食等），通常包含詳細的物種生理生態(tài)參數(shù)。通過模擬這些過程來預測生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和服務功能。*優(yōu)勢：能更詳細、更精確地模擬生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化和物種間的具體交互作用；能提供對生態(tài)系統(tǒng)過程背后機制的理解；可以整合多種生物多樣性信息（如物種組成、功能性狀）到模型中。*局限性：模型復雜，計算量大，需要大量詳細的物種和環(huán)境參數(shù)，數(shù)據(jù)需求高；模型驗證困難，特別是對于長期和宏觀尺度；參數(shù)化過程可能存在很大不確定性；可能需要較長時間才能運行。*比較：功能群模型側(cè)重于“功能”的宏觀效應和計算效率，適合大尺度、快速評估；基于過程的模型側(cè)重于“過程”的詳細模擬和機制理解，但計算成本高、數(shù)據(jù)需求大。選擇哪種模型取決于研究目標、數(shù)據(jù)可用性和計算資源。3.研究森林砍伐對碳匯服務影響的模型分析（變量、模型選擇、評價）：*關鍵變量：需要考慮的變量包括：*生物多樣性相關：林分物種組成（樹種、灌木、草本）、物種多樣性指數(shù)、功能多樣性指數(shù)、關鍵物種（如大型木本植物、快速生長樹種）豐度或蓋度、遺傳多樣性（如通過樹種組成間接反映）、林下生物多樣性（如土壤微生物、菌根）。*結(jié)構(gòu)相關：林分密度、樹高、冠層覆蓋度、林齡、林分垂直結(jié)構(gòu)（多層林）、土壤碳儲量、凋落物量。*環(huán)境相關：氣候因子（溫度、降水）、土壤類型、坡度、坡向、地形。*砍伐相關：砍伐強度（去除木材的百分比）、砍伐方式（選擇性、皆伐）、保留林窗的大小和形狀、火燒等繼發(fā)性干擾。*碳匯相關：總初級生產(chǎn)力（GPP）、生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）、凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP，即碳吸收量）、土壤有機碳儲量變化、生物量碳儲量變化。*模型選擇：可能的選擇包括：*相關/回歸模型：分析砍伐相關的變量（如砍伐強度、保留結(jié)構(gòu)指標）與碳匯指標（如NEP、土壤碳儲量變化）之間的統(tǒng)計關系?？捎糜诔醪教剿骱土炕绊憽?生態(tài)過程模型（如Biome-BGC,Forest-DNDC）：輸入土地利用變化（砍伐）、氣候、土壤數(shù)據(jù)，模擬森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程（光合作用、呼吸作用、分解），預測碳收支變化。能提供更機制性的理解。*功能群模型：將樹種聚合成功能群（如根據(jù)生長速率、木材質(zhì)地），模擬不同功能群的響應差異，評估功能多樣性損失對碳匯的影響。*景觀模型：模擬砍伐導致的空間格局變化（林窗、邊緣化）對局部微氣候、物種分布、碳流動的影響。*模型評價：評價時需關注：*內(nèi)部有效性：模型對歷史數(shù)據(jù)或觀測數(shù)據(jù)的擬合程度如何？參數(shù)是否合理？*外部有效性：模型預測結(jié)果是否能應用于其他相似區(qū)域或不同砍伐情景？泛化能力如何？*穩(wěn)健性：改變關鍵參數(shù)或輸入數(shù)據(jù)時，模型輸出結(jié)果是否穩(wěn)定？*不確定性分析：評估模型預測結(jié)果的不確定性來源（參