[發明專利]一種構建歷史時期湖泊浮游植物群落的方法

無效

• 申請號: 201110366683.9
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102567621A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 楊志峰;郭通;陳賀
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于水生態系統監測領域，涉及一種以湖泊表水理化因子、表水浮游植物群落及表層沉積物理化因子為依據，利用數學模型構建歷史時期湖泊浮游植物群落的方法。

背景技術

浮游植物是植物群落的重要組成部分，通常浮游植物就是指浮游藻類。浮游植物是湖泊生態系統中重要的初級生產者，它啟動了湖泊中的食物網，在湖泊生態系統的能量流動、物質循環和信息傳遞中起著至關重要的作用。浮游植物的群落結構和多樣性變化可以敏感的反映出環境因子對生態系統的影響。不同浮游植物群落的細胞壁結構有所差異，在沉積過程中，硅藻以其硅質細胞壁抵御了酸堿的腐蝕，而綠藻、藍藻等浮游植物群落會被逐漸分解，導致大部分浮游植物群落無法以生物化石的形式保存下來，即不能通過常規的生物實驗鑒別浮游植物物種。綠藻、藍藻群落可以有效指示湖泊的營養程度，甲藻群落可以反映湖泊溶解氧濃度的波動，硅藻群落對湖泊的水位水量有著較強的響應，因此構建歷史時期湖泊浮游植物群落對理解湖泊生態系統變化和環境演變有著重要的意義。

近十幾年來對浮游植物群落的研究逐步深入。國內，有學者利用多維尺度分析對不同季節浮游植物的豐度、生物量和群落關系進行了研究，由于硅藻的生長溫度較綠藻和藍藻低，同時春季是硅藻繁殖的高峰季節，因此浮游植物的生物量和豐度在春季較其他季節明顯增加(王建國等，2011)；有學者利用Pearson相關分析和典范對應分析對浮游植物數量消長與環境因子的關系進行了探討，結果表明水溫、溶解氧和透明度是浮游植物數量消長的主要影響因子(王麗卿等，2011)；有學者發現水體中的pH和總磷濃度是影響浮游植物分布格局的重要因素(沈會濤等，2008)。國外，研究更重視對浮游植物群落和環境因子的連續觀測，首先確定區域的主要浮游植物物種，通過長期監測發現溫度是限制浮游植物體態的決定因子(Alam?et?al，2001)，基于食物網的動態模型被應用于預測湖泊浮游植物的生物量和生產量(et?al.)，同時長序列時間和大尺度空間的結合是研究浮游植物群落和環境因子作用的一個趨向(Popovich?et?al.)。檢索發現浮游植物群落測定的發明專利，申請號為200910119854.0，名稱為一種浮游植物群落組成快速測定方法，公開號為CN101561395，該方法包括3個步驟：獲得浮游植物熒光光譜原始譜庫；構建高維正交空間，提取浮游植物熒光光譜特征；對浮游植物樣品熒光光譜進行識別分析，最終確定浮游植物群落組成。

檢索發現浮游植物群落檢測的發明專利，申請號為201010184785.4，名稱為一種浮游植物群落結構的檢測方法，公開號為CN101838700A，該方法包括4個步驟：浮游植物水樣采集；DNA提取；使用變性梯凝膠電泳技術進行浮游植物群落結構分析；圖形處理及數據分析，最終確定浮游植物群落的結構組成，有利于浮游植物赤潮的爆發預警。

由此可見，我們可以借助數學模型構建歷史時期湖泊浮游植物群落，了解湖泊歷史時期的環境狀況及演變過程，對于維持現代湖泊生態系統的健康具有重要的指導意義。

發明內容

歷史時期湖泊浮游植物群落的構建包括三部分：篩選部分，分析部分和構建部分。篩選部分是運用小波分析選出關鍵的表水理化因子和表層沉積物理化因子；分析部分是利用基于遺傳算法的回歸方程建立兩種關鍵理化因子的定量關系，同時運用典范對應分析探索表水關鍵理化因子與浮游植物群落的響應關系；構建部分是借助推算出的對應歷史時期表水關鍵理化因子值，建構歷史時期湖泊浮游植物群落，用沉積柱各剖面層的硅藻物種對模型進行驗證。

附圖說明

歷史時期湖泊浮游植物群落構建流程圖

具體實施方式

1)篩選關鍵理化因子

運用Haar小波分解模式分析理化因子的變化趨勢，Haar小波的光滑性較差，但具有很好的局部性，可以對波動信號的總體趨勢進行分析，局部振蕩較大的理化因子表明其變化具有顯著性，理化因子的變化梯度大有助于分析浮游植物群落的結構變化

Haar小波：

其中，θ(t)表示一個基小波