理解的模式物种生物量的物种的变化特征和环境变量一对一的方法可能不够,和多项品质multienvironment方法将是必要的。多项品质multienvironment方法,提出了基于混合物种生物量模型。生物随机模型中,环境变量,而特征是固定的,和trait-environment关系是固定的交互。在这种方法中,识别重要的trait-environment关系成为一个模型选择问题。因为混合的固定和随机计算,我们提出一个新颖的分层选择方法。在第一层,选择随机因素;第二,固定效果;在最后一层,不重要的方面被使用修改后的Akaike信息标准。我们补这个分层选择与另一种选择方法,即II型最大似然。mesocosm实验早期社区大会与三个二级湿地环境因素进行分析的新方法。 The results are compared with the fourth corner problem and the linear trait-environment method. Traits related to germination and seedling establishment are selected as being most important in the community assembly in these wetland mesocosms.
理解过程,推动社区大会已经和仍然是一个重大的挑战在社区生态(
使用species-traits物种的身份而不是在社区生态研究有很多优势,后者反映了物种适应环境(
在过去的十年中,植物性状数据变得更加容易,尤其是在西欧(勒达,BIOLFLOR等等)。这进一步加强了生态学家研究的日益增长的兴趣反应植物功能性状的环境条件(
尽管越来越多的利益,我们对植物群落组装仍是阻碍的量化植物性状的影响在社区大会保持一个真正的统计挑战[
特征和环境之间的联系表达不同的在不同的统计模型。在第四个角落皮尔森的相关问题(
混合模型是非常灵活,形成一个计算有吸引力的工具模型复杂,大型数据集。他们在生态有很多潜在的应用。生成的灵活性和模型的复杂性使模型选择更加重要(
模型选择的目标之一是一个贸易
在本文中,我们提供了一个新的模型选择方法称为“分层选择。“方法使用一个修改Akaike信息标准。在第一层,选择随机因素;第二,固定效果;在最后一层,无意义的条款删除。在我们的案例研究中,随机因素是环境因素,而相关的固定效应特征和trait-environment交互。我们补这个分层选择使用另一个只有一次的方法,即II型最大似然(II型毫升)贾米尔和ter Braak [
本文的结构如下。经过短暂的描述mesocosm示例数据和关联数据筛选、线性混合模型,分层提出选择,ⅱ型毫升。接下来,我们描述了两个简单的现有方法检测trait-environment不基于混合模型的关系。这些方法,第四个角法和线性trait-environment法(LTE),使用排列确定统计学意义。呈现的结果后,我们讨论统计问题和解释结果不久在生物条件。
数据从一个户外mesocosm实验调查的早期社区大会从池中泛滥平原物种湿度梯度。mesocosm实验是以80 PVC-containers (W×L×H: 111×91×61厘米),由25厘米的排水层(Argex粘土骨料、Argex NV Zwijndrecht,比利时)覆盖土工布边界,然后25厘米的土壤。土壤由单一化的沼泽泥炭和冲积土的混合物(3:1 v / v)。
实验处理(我)涝(有或没有涝,w /西北),(2)树冠的存在(有或没有树冠,c / nc)在初始接种,和(3)割草(有或没有夏天割草,m /海里)为full-factorial设计(2×2×2)与10复制。
我们选择了34个植物物种在泛滥平原的温带欧洲和中频繁出现的代表整个水分梯度介子的草地和芦苇沼泽(见表
更详细的描述实验装置中可以找到的原因等。
特点是测量(详细信息请参阅[
特征用于分析与代码和描述和数据源(原因等。
| 萌发特性 | 源 | ||
|
|
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| Z1 | 西南 | 种子重量(毫克) | 的原因等。 |
| Z2 | 全科医生 | 总发芽率在光(%) | 的原因等。 |
| Z3 | T50 | 50%的萌发时间光(天) | 的原因等。 |
| Z4 | 水气比 | 湿萌发率(萌发在湿昌盛/发芽干燥昌盛) | 的原因等。 |
| Z5 | DGR | 暗萌发率(暗发芽/光萌发) | 的原因等。 |
|
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|||
| 播种特征 | |||
|
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|||
| Z6 | H7 | 平均身高7天从幼苗的萌发(毫米) | 的原因等。 |
| Z7 | LWR7 | 7天平均叶重比(叶子和子叶) | 的原因等。 |
| Z8 | LAR7 | 平均叶面积比,平均单株总叶面积系数和总重量/工厂在7天(毫米2毫克−1) | 的原因等。 |
| Z9 | AGR | 平均实际增长率之间的幼苗7日和22日天(毫克−1) | 的原因等。 |
| Z10 | RGR | 意味着相对增长率之间的幼苗7日和22日天 | 的原因等。 |
| Z11 | 轻水反应堆 | 意思是叶重比;增加7日和22日天 | 的原因等。 |
| Z12 | LA7 | 意思是幼苗的叶面积7天(毫米2) | 的原因等。 |
|
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| 成人的特点 | |||
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| Z13 | CH | 树冠高度(最大值)(米) | 勒达(仅Rothmaler) |
| Z14 | LDMC | 叶片干物质含量(毫克g−1) | 勒达 |
| Z15 | SLA | 比叶面积(成年植物)(毫米2毫克−1) | 勒达 |
| Z16 | 哼哼 | 沿着茎叶分布(hemirosettes) | Biolflor |
| Z17 | STA | 花期开始(1:1月到4月;2:5月- 6月;3:7 - 9月) | Biolflor |
| Z18 | 大调的 | 开花时间(1:短(1 - 2个月);2:中等(3 - 4个月);3:长(> 4个月)) | Biolflor |
| Z19 | 性 | 生殖类型(性) | Biolflor |
| Z20 | AB0 | BudBank垂直distribution-aboveground: 0(0芽) | CloPla |
| Z21 | AB2 | BudBank垂直distribution-aboveground: 2(> 10芽) | CloPla |
| Z22 | GR2 | BudBank垂直distribution-groundlevel: 2(> 10芽) | CloPla |
| Z23 | BE0 | BudBank垂直distribution-belowground: 0(0芽) | CloPla |
| Z24 | BE1 | BudBank垂直distribution-belowground: 1(1 - 10味蕾) | CloPla |
| Z25 | GRS | BudBank seasonality-groundlevel-seasonal | CloPla |
| Z26 | 东德(BES) | BudBank seasonality-belowground:季节性 | CloPla |
| Z27 | LAT2 | 横向传播(2:0.01 -0.25年−1) | CloPla |
| Z28 | LAT3 | 横向传播(3:> 0.25年−1) | CloPla |
分析之前,特征数据筛选zero-variance预测和预测之间的多重共线性。预测与一个独特的价值(也称为“零方差预测”)和附近zero-variance预测(详细信息请参阅[
特征预测被使直方图检查正常。预测偏离常态(AGR水气比、H7和LA7)对数转换(表
这三个实验因素c所示,w, m,每个编码数值为−1的水平(nc /西北/ nm)和1 (c / w / m)不失一般性。在这个编码c w,和m是正交和正交连续波的相互作用,厘米,wm。
的模型
同时也假设
在社区集会、特征和环境变量不应被视为孤立的影响力和经常互相协调。多元的发展框架,可以与多个特征需要多个环境变量(
当固定效应和随机效应的数量大,在计算上是非常昂贵和耗时的计算所有可能的候选模型(
不同的信息标准,例如AIC (
这些标准的使用有些武断,没有正式的推理可以基于这些价值观。比较值的一组候选模型的标准简单地表明如果一个优越的模型存在于给定的候选模型(
启动或零模型和交叉随机效应模型物种和网站。在R包lme4 [
在lme4,这种模型可以安装一个更新开始模型的声明:
生成所有模型需要在这一层,我们使用的声明
块是一个向量的候选预测因素,即环境因素。所有模型,拟合后的预测,在预测的顺序排列标准。最佳人选模型与零模型。如果最好的候选模型具有统计学意义,为下一步就零模型。重复这个过程,直到增加对数似不再是统计学意义根据LR测试。
这一层后,选择预测被添加作为固定效应。因此,环境变量在模型中现在的组件固定项和随机项。
在我们的案例中,开始为下一阶段的模型有一个规范:
现在特征和trait-environment互动可以添加固定效应模型。重要的是要注意,REML是默认混合模型的估计方法。一般REML组件是首选的ML估计方差的估计。然而,在REML是不合法的比较与不同的固定效应模型的对比用于开发限制极大似然取决于固定效果设计矩阵(
给定一个初始模型和一组评估的变量(块),起始模型更新通过添加每一个特征变量和trait-environment交互。评估特征的重要性,当前模型更新的声明:
一个通用的方法来更新当前模型与任何单一的特征
这里block1特征主要影响和block2 trait-environment交互。模型以这种方式安装然后命令基于所选择的预测标准,这里SigAIC,之后的最佳拟合模型保留了下一步。这个过程将继续,直到添加新的特征,和trait-environment交互作用不显著改善模型。
接下来,三方互动的重复相同的步骤,但是保持一个特征变量的边际效应和双向互动:
Block1特征主要影响,block2和block3双向交互,block4三方互动。这种结构确保了边缘性原则(
在这层无意义的交互顺序删除。声明在本层是一个例子
最终的模型获得的顺序删除无意义的交互。现在我们使用REML改装最终模型估计,这是需要获得协方差参数的无偏估计。作为ML估计会导致偏见的协方差参数估计。这可能导致更小的估计标准误差估计的固定效应模型。REML估计的固定效应和ML版本不尽相同和不同的毫升数增加的固定效应模型。
当一个系统所描述的一个统计模型,模型的复杂性导致了一个非常大的计算时间和可怜的估计,尤其是预测的数量相对于数据量大。作为替代在逐步和改进方法,收缩的方法。其中之一是相关向量机(RVM),在贝叶斯框架(已经得到普及
二型最大似然收缩系数为零,容易设置的一些系数为零,也就是说,如果他们的方差分量估计零贾米尔和ter Braak [
在哪里
在哪里
第四个角的方法,由勒让德et al。
线性trait-environment (LTE)开始于一个两步分析Cormont et al。
在哪里
在哪里
我们应用不同的方法,数据链接功能特征实验环境因素23日漫滩物种在一个阶乘mesocosm实验三个二级因素(c w和m树冠,洪涝灾害,和割草)。我们估计每个trait-environment的一对一交互结合的混合模型,第四个角落方法(
在这项研究中,我们探索了不同的方法,联系的物种对环境因素的特征mesocosm实验。表
分析的结果从不同的方法使用物种生物量、物种特征和环境变量。符号(+ /−)代表积极或消极意义皮尔逊相关/环境变量和物种之间的系数特征。为了便于解释,只显示重要关系。
| 一对一的混合模型 | 线性trait-environment | 第四个角落方法 | 多元混合模型 | ⅱ型毫升 | |||||||||||
| c | w | 连续波 | c | w | 连续波 | c | w | 连续波 | c | w | 连续波 | c | w | 连续波 | |
|
|
|||||||||||||||
| 西南 | − | − | + | − | + | + | − | + | − | + | |||||
| T50 | + | − | − | ||||||||||||
| 水气比 | + | + | − | + | + | ||||||||||
| DGR | − | − | − | + | − | + | |||||||||
| H7 | − | − | + | − | − | + | − | − | + | − | − | ||||
| LWR7 | + | + | − | + | |||||||||||
| AGR | − | − | − | + | + | − | − | ||||||||
| LA7 | − | − | + | ||||||||||||
| SLA | − | ||||||||||||||
| 哼哼 | + | + | |||||||||||||
| STA | + | + | − | ||||||||||||
| 大调的 | − | + | − | − | |||||||||||
| BE0 | + | + | + | + | + | ||||||||||
| BE1 | − | ||||||||||||||
| GRS | + | − | + | + | − | + | − | ||||||||
| 东德(BES) | − | ||||||||||||||
ⅱ型毫升也标识trait-environment交互也被其他方法,但选择乐观。遇到太多的trait-environment交互,其中许多不常见的其他方法ⅱ型毫升是很宽容的允许在模型中预测待贾米尔和ter Braak [
H7和西南出现重要特征与树冠持续显著(表或/和洪涝灾害的方法
使用二型ML估计trait-environment交互作用的影响。
表
多项品质和multienvironment分析结果使用分层模型选择混合模型。以下治疗c:树冠,w:水浸,和连续波:交互c w×总是在固定效应和随机效应模型。
| 第一年 | 第二年 | 三年级 | 所有 | |
|---|---|---|---|---|
| (拦截) | −2.66 | −2.24 | −1.67 | −2.20 |
| c | −3.28 | −1.97 | −1.27 | −2.17 |
| w | 0.45NS | −0.06NS | 0.28NS | 0.22 |
| 连续波 | −0.78 | −1.02 | −0.45NS | −0.75 |
| 西南 | 0.58 | 0.34 | 0.11 | |
| c:西南 | 0.86 | |||
| w:西南 | −0.59 | −1.24 | −0.72 | |
| 水气比 | −0.11NS | −0.12 | ||
| w:水气比 | 0.88 | 0.46 | ||
| H7 | 0.83 | 0.56 | 0.63 | 0.77 |
| c: H7 | −1.53 | −1.49 | −1.16 | −1.47 |
| w: H7 | −0.75 | −0.90 | ||
| 连续波:H7 | 0.60 | 0.63 | ||
| LWR7 | −0.51 | 0.08NS | −0.28 | |
| w: LWR7 | 0.66 | 1.09 | 0.67 | |
| AGR | 0.67 | 0.47 | ||
| c: AGR | −1.26 | −1.38 | ||
| SLA | −0.45 | −0.13 | ||
| w: SLA | −0.44 | −0.29 | ||
| 哼哼 | 0.36 | |||
| BE0 | −0.26NS | 0.38 | 0.08 | |
| w: BE0 | 0.87 | 0.56 | ||
| c: BE0 | 0.99 |
NS是无意义的。
Trait-environment交互从二型不常见的其他方法。
| ⅱ型毫升 | |||
| c | w | 连续波 | |
|
|
|||
| 全科医生 | + | ||
| RGR | − | ||
| 轻水反应堆 | − | ||
| CH | + | ||
| LDMC | − | + | |
| AB0 | + | ||
| AB2 | + | ||
| GR2 | + | + | |
| LAT2 | − | ||
| LAT3 | + | − | |
物种选择实验。
| 介子的栖息地的物种 | F | SM (g) | 湿地物种 | F | SM (g) |
|---|---|---|---|---|---|
|
|
4 | 0.17 |
|
7 | 0.49 |
|
|
4 | 0.87 |
|
7 | 1.90 |
|
|
4 | 0.54 |
|
7 | 0.22 |
|
|
4 | 0.43 |
|
7 | 1.21 |
|
|
5 | 2.46 |
|
8 | 1.11 |
|
|
5 | 2.33 |
|
8 | 0.11 |
|
|
5 | 7.35 |
|
8 | 0.60 |
|
|
5 | 0.80 |
|
8 | 0.06 |
|
|
5 | 0.90 |
|
8 | 0.28 |
|
|
5 | 2.63 |
|
8 | 1.02 |
|
|
5 | 0.31 |
|
8 | 0.24 |
|
|
5 | 0.86 |
|
8 | 0.72 |
|
|
5 | 0.81 |
|
9 | 0.90 |
|
|
6 | 0.71 |
|
9 | 0.16 |
|
|
6 | 1.79 |
|
9 | 0.27 |
|
|
6 | 0.16 |
|
9 | 1.35 |
|
|
6 | 0.07 |
|
10 | 0.04 |
参见[
我们使用三种方法来将每一个特征与每一个环境因素联系起来。两个方法使用显式线性模型的数据(线性混合模型和LTE),而第三个方法使用数据的权重。同时,两个方法使用统计显著性测试由蒙特卡罗置换策略(LTE和第四个角落方法),而混合模型使用LR测试。总的来说,不同的方法产生的结果,研究了整合关于trait-environment关系的关键。
这些理论有什么影响相似与相异的结果吗?一对一的关系发现(表的数量
trait-environment关系的分析,我们提出了多元方法相比,结合三个矩阵(i)物种生物量×网站/块,(ii)网站×环境变量,和(3)物种×特征。
物种之间的关系特征和环境通常是评估间接使用两步方法。物种生物量是第一个与环境条件有关,和物种对环境变化的反应然后相关物种的生物和/或生理特征。在这种分析,环境和物种之间的关系特征因此间接评估。第四个角落方法(
本文开发了一个新的多性状和multi-environmental变量模型选择方法称为分层选择。在第一层,选择随机因素;第二,选择固定效应;在最后一层,不重要的方面被基于预测修改Akaike信息标准。这里,随机因素是环境变量,而相关的固定效应特征和trait-environment交互。这是一个直接的功能方法,保留了所有可用的信息和提供指导选择关键的环境变量,物种的特质,也trait-environment交互。进一步,我们将混合模型的性能与第四个角法、线性trait-environment方法(LTE)和一次性方法,即二型最大似然(ⅱ型毫升)。
混合模型方法可以应用于评估单一物种如何应对环境梯度,也理解的物种生物量的变化模式。第四个角落方法提供特征环境在物种水平的关系,和第四个角落测试过程(
线性trait-environment (LTE)方法Cormont et al。
在这项研究中,我们考虑trait-environment关系。事后看来,或许最重要的原因,很难量化这种关系是特征测量网站上对物种和环境变量。那么这些有关如何呢?他们只能通过网站×物种相关的数据。所以,还有第三个实体,使问题更加复杂。统计学家往往热衷于区分相互作用和相互关系。两个变量是相关的,当一个变量的变化可能与其他的变化。相比之下,交互涉及第三个变量,认为在这第三个变量的影响变量。据说两个变量相互作用,当一个变量修改其他第三变量的影响。在回归建模方面,第三个变量的响应变量,另外两个是预测变量,和可能的交互由预测变量的乘积表示。
现在trait-environment关系最好的表达作为相关问题(LTE)第四个角落或作为一个交互LMM模型?第四个角落问题是能够表达的关系作为一个相关的个人生物统计单位:生物个体的情况。这个技巧给出了第三个变量(网站×物种数据)另一个角色;成为举重的元素。这是逻辑的方法当个人(随机)采样,而不是网站。然而,在许多生态研究的实践,主要网站中取样,然后个人网站。抽样过程分层,分层统计模型是一种自然的方式模型。我们把这种分级方法。通过给第三个变量响应变量的作用,trait-environment关系变得自然交互。与第四个角落问题相比,这种方法不能忽略一些物种的信息没有在网站。 The advantage of the mixed is that it has the potential of predictive use: which species from a species pool are expected to occur under specified environmental conditions when we only know the trait values of the species in the pool. Of course, at the current stage, we are still ignoring any competition and successional processes that must also be important in community assembly, but that does not necessarily invalidate the prediction. It makes it less precise.
本研究的主要目的是比较竞争从树冠和洪涝灾害对组装过程的影响在泛滥平原和植物功能性状是如何成功建立相关的物种。湿润(涝)和光的可用性在初始社区大会(树冠的存在)影响物种发芽在我们的实验中,但只有少数物种直接消除在这个阶段(一个在好氧的,三个在黑暗条件下)(
物种能够成功地在草地上树冠显示高种子重量,加上一个小个体大小和实际增长率相对较低。这些特征与耐压力的策略,让工厂减少资源需求和在次优的生存条件。显然最大的幼苗有困难甚至达到层有足够的光线。这证实了大型种子大小可能导致幼苗建立在树荫下通过各种机制(
因此,所有特征(一个除外)所选择的分层模型选择描述萌发和幼苗。这强调的重要性两个阶段作为主要瓶颈物种招聘(
总之,我们有不同的方法证明链接环境因素(例如,涝和树冠)物种特征在早期在湿地mesocosm装配过程。我们的研究结果清楚地强调特定的选择统计方法分析trait-environment链接将会有后果的生态解读这个链接。的研究方法,多项品质multienvironmental混合模型显然是最适合预测使用。