Joint species distribution models (JSDM) are among the most important statistical tools in community ecology. They are routinely used for inference and various prediction tasks, such as to build species distribution maps or biomass estimation over spatial areas. Existing JSDM's cannot, however, model mutual exclusion between species, which may happen in some species groups, such as mosses in the bottom layer of a peatland site. We tackle this deficiency in the context of modeling plant percentage cover data, where mutual exclusion arises from limited growing space and competition for light. We propose a hierarchical JSDM where multivariate latent Gaussian variable model describes species' niche preferences and Dirichlet-Multinomial distribution models the observation process and exclusive competition for space between species. We use both stationary and non-stationary multivariate Gaussian processes to model residual phenomena. We also propose a decision theoretic model comparison and validation approach to assess the goodness of JSDMs in four different types of predictive tasks. We apply our models and methods to a case study on modeling vegetation cover in a boreal peatland. Our results show that ignoring the interspecific interactions and competition for space significantly reduces models' predictive performance and leads to biased estimates for total percentage cover both for individual species and over all species combined. A model's relative predictive performance also depends on the model comparison methods highlighting that model comparison and assessment should resemble the true predictive task. Our results also demonstrate that the proposed joint species distribution model can be used to simultaneously infer interspecific correlations in niche preference as well as mutual exclusive competition for space and through that provide novel insight into ecological research.


翻译:联合物种分布模型(JSDM)是社区生态中最重要的统计工具之一,通常用于推断和各种预测任务,例如建立物种分布分布图或空间区域的生物量估计。但是,现有的JSDM模型不能模拟物种之间的相互排斥,这在某些物种组中可能发生,如泥炭地地底层的苔丝,在泥炭地底层的藻类中可能出现。我们还提出一个决定性模型比较和验证办法,以在四种不同模型的预测性任务模型中评估JSDM的好坏。我们用我们的模式和方法来进行一项实验性研究,即多变潜潜高斯变变变量模型描述物种的特有偏好和Drichlet-Mulite-Mulitemomical分布模型,以及物种间空间的专有竞争模型。我们提出的结果显示,对于不同物种间对比性能的预测性能和性能的相对性能,我们提出的比较性比性研究结果还表明,在四种不同模型的预测性模型中,通过新模型和方法,我们采用模型和新颖的细的比性研究,可以提供植被植被覆盖的比。我们提出的总结果显示,用来预测性研究,用来预测性比较性研究,用以预测性地分析,用来预测性地预测性地分析,用以预测性地预测性地分析,还用来预测性地分析各种性比性地分析。

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