CN110990751A - 一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法 - Google Patents

一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，属于生物与环境生态学研究方法领域，通过在目标湖泊中分点采集浮游植物，并依次经过筛选和预处理之后进行有机碳含量检测，检测之前通过新型的自显相烧杯对浮游植物干样进行酸处理，大幅降低干样中无机碳的检测影响，由于盐酸的特性在过量处理时会影响到部分较活泼的有机分子，导致后续有机碳含量检测出现偏差，在总量计算中会被无限放大，且盐酸过量容易挥发作用下造成有机碳的部分流失，因此通过自显相烧杯的显相状态来精确控制盐酸处理时间，进而提高有机碳含量的精确测定，使得最终的生态容量计算更加准确，便于对湖泊实现生态保护和捕捞，保护生态环境的同时提高经济效益。

Description

一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法
技术领域
本发明涉及生物与环境生态学研究方法领域，更具体地说，涉及一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法。
背景技术
生态容量指的是在不受任何人工干预的条件下，某一环境中能自然产出多少生物的生物量。这与目前提出的生物容量K(在某一环境区域在人工干预下能够容纳生物量最大值，超过此值，则生态环境会遭受严重破坏)有着本质的区别。
随着经济的发展，人工对自然界的干预越来越严重，而干预的结果反应在水质的恶化、天气的多变化、某种生物濒临灭绝、生态环境遭受到破坏、人类发病的年轻化等多个方面。
种群生态学是研究物种特性的核心，种群数量动态则是预测有益和有害物种兴衰及其应采取对策的基本依据,因此一直受到生态学家的重视。种群动力学是用动力学方法研究种群生态学，关于种群动力学系统的研究主要集中在两个方面:一是系统的动力学性质即种群随时间的演变规律,如种群的持久生存或绝灭、系统正平衡点的性态、正周期解或极限坏的性态等；二是如何实现人工干预，对种群进行保护、开发或控制,如渔业中的经济捕获、传染病控制、以及害虫综合治理等。
历史回顾生物生长的营养动力学是生物科学中正在兴起的一个分支领域,目的是以严密的数学手段来探讨和研究生物的生长过程及其与营养物质的关系，从而获取到精确的湖泊生态容量。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，它可以实现基于营养动力学，建立营养动态模型，通过在目标湖泊中分点采集浮游植物，并依次经过筛选和预处理之后进行有机碳含量检测，检测之前通过新型的自显相烧杯对浮游植物干样进行酸处理，大幅降低干样中无机碳的检测影响，由于盐酸的特性在过量处理时会影响到部分较活泼的有机分子，导致后续有机碳含量检测出现偏差，在总量计算中会被无限放大，且盐酸过量容易挥发作用下造成有机碳的部分流失，因此通过自显相烧杯的显相状态来精确控制盐酸处理时间，进而提高有机碳含量的精确测定，使得最终的生态容量计算更加准确，便于对湖泊实现生态保护和捕捞，保护生态环境的同时提高经济效益。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，包括以下步骤：
S1、浮游植物取样采集：在目标湖泊中选取间隔较远的两点设立测站，并于当年的春季和秋季使用浮游植物网采集样品；
S2、浮游植物筛选：对采集到的样品先用80目的筛网过滤样品中的浮游动物，接着用200目的筛网进一步过滤滤液中的浮游植物，得到鲜样；
S3、浮游植物鲜样预处理：将检测样品进行抽滤和称重，在恒温60℃的干燥箱内连续烘干24h后，采用感量0.001mg的电子分析天平称量；
S4、浮游植物干样有机碳含量分析：在自显相烧杯中对浮游植物干样进行酸处理，采用TOC分析仪对处理后的浮游植物干样进行分析，测得有机碳含量；
S5、生态效率测算：查阅关于目标湖泊生态效率的文献，获取到目标湖泊的夏季和冬季的平均生态效率；
S6、鱼类营养级测算：确定目标湖泊内的鱼群种类和其营养级，计算得出目标湖泊的鱼类平均营养级；
S7、建立营养动态模型：B＝Qn，B为渔业资源年生产量，Q为浮游植物年生产量，E为生态效率，n为鱼类营养级；
S8、目标湖泊生态容量计算：根据目标湖泊的年初级产碳量除以换算得到的浮游植物鲜样有机碳含量备份率，计算得到浮游植物年生产量，代入到营养动态模型最终计算得到目标湖泊生态容量。
进一步的，所述步骤S1中测站选点不宜在湖边，且两点之间的距离不宜小于湖泊最大宽度的3/4，使得采集到的浮游植物样品更具有代表性，提高最终生态容量的计算精确性。
进一步的，所述步骤S1中采集浮游植物的时间具体为春季的4月和秋季的10月，4月和10月是最具代表性的两个月。
进一步的，所述自显相烧杯包括多节烧杯，所述多节烧杯分为上下两节，所述上下两节之间固定连接有玻璃环，所述多节烧杯上端安装有避光杯盖，所述多节烧杯内端固定连接有隔离背景板，所述隔离背景板上端开凿有多个均匀分布的气升孔，所述气升孔顶端固定连接有轻盈形变膜，所述隔离背景板内端开凿有网型流道，所述隔离背景板上端固定连接有一对活塞注射器，且活塞注射器与网型流道相连通，所述避光杯盖上侧设有同步压板，且同步压板与一对活塞注射器的伸缩端之间固定连接，所述隔离背景板下端开凿有多个与网型流道相连通的注液孔，所述注液孔内端固定连接有橡胶塞，所述橡胶塞中心位置开凿有自密封孔，一方面方便均匀添加盐酸促进反应速率，另一方面利用将反应现象进行显化的特点，让技术人员可以直观的知晓反应的发生和停止，方便控制酸处理的合适时间。
进一步的，所述轻盈形变膜采用轻质弹性材质，且内端填充有荧光粉，所述轻盈形变膜中心位置开凿有透气微孔，所述轻盈形变膜正常状态下为平面，且透气微孔在轻盈形变膜正常状态下为封闭状态，在酸处理产生气体后，气体经过轻盈形变膜时会挤压其向上变形，透气微孔在变形后开放气体流走，而填充有荧光粉的轻盈形变膜在向上变形后会在隔离背景板上表面形成亮点，作为酸处理的显相反应，代表反应正在进行，显相消失后则代表反应停止无机碳消耗完了，此时应停止盐酸的加入。
进一步的，所述轻盈形变膜正常状态下上端与隔离背景板上端齐平，所述玻璃环的下端与隔离背景板上端齐平，且玻璃环的高度为1-2mm，方便控制技术人员的视线与隔离背景板上表面保持在同一平面，不易出现倾斜现象，导致显相反应的误判，即轻盈形变膜在气升孔内发光在倾斜的视角下容易被当成在隔离背景板上表面发光。
进一步的，所述隔离背景板上表面和气升孔的内壁上均涂覆有黑色涂层，用来与轻盈形变膜发出的荧光形成鲜明的对比，提高显相效果。
进一步的，所述步骤S4中酸处理步骤如下：
S41、将浮游植物干样平铺添加至自显相烧杯内，逐渐加入1mol/L的盐酸，并采用磁力搅拌器进行搅拌并加热；
S42、技术人员观察自显相烧杯内的反应情况，当反应至无显相时说明反应结束，停止盐酸的添加，并静置24h；
S43、取出反应液后通过去离子水反复多次清洗、离心，倾倒上清液，检测PH直至中性；
S44、烘干12h后，将样品研磨粉碎后放入干燥器，12h后采用TOC分析仪进行分析。
进一步的，所述步骤S5中生态效率为夏季和冬季的算数平均值。
进一步的，所述S6中鱼类营养级为各类鱼群在生物量中的百分比加权平均值。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以实现基于营养动力学，建立营养动态模型，通过在目标湖泊中分点采集浮游植物，并依次经过筛选和预处理之后进行有机碳含量检测，检测之前通过新型的自显相烧杯对浮游植物干样进行酸处理，大幅降低干样中无机碳的检测影响，由于盐酸的特性在过量处理时会影响到部分较活泼的有机分子，导致后续有机碳含量检测出现偏差，在总量计算中会被无限放大，且盐酸过量容易挥发作用下造成有机碳的部分流失，因此通过自显相烧杯的显相状态来精确控制盐酸处理时间，进而提高有机碳含量的精确测定，使得最终的生态容量计算更加准确，便于对湖泊实现生态保护和捕捞，保护生态环境的同时提高经济效益。
(2)自显相烧杯一方面方便均匀添加盐酸促进反应速率，另一方面利用将反应现象进行显化的特点，让技术人员可以直观的知晓反应的发生和停止，方便控制酸处理的合适时间。
(3)轻盈形变膜采用轻质弹性材质，且内端填充有荧光粉，轻盈形变膜中心位置开凿有透气微孔，轻盈形变膜正常状态下为平面，且透气微孔在轻盈形变膜正常状态下为封闭状态，在酸处理产生气体后，气体经过轻盈形变膜时会挤压其向上变形，透气微孔在变形后开放气体流走，而填充有荧光粉的轻盈形变膜在向上变形后会在隔离背景板上表面形成亮点，作为酸处理的显相反应，代表反应正在进行，显相消失后则代表反应停止无机碳消耗完了，此时应停止盐酸的加入。
(4)轻盈形变膜正常状态下上端与隔离背景板上端齐平，玻璃环的下端与隔离背景板上端齐平，且玻璃环的高度为1-2mm，方便控制技术人员的视线与隔离背景板上表面保持在同一平面，不易出现倾斜现象，导致显相反应的误判，即轻盈形变膜在气升孔内发光在倾斜的视角下容易被当成在隔离背景板上表面发光。
(5)隔离背景板上表面和气升孔的内壁上均涂覆有黑色涂层，用来与轻盈形变膜发出的荧光形成鲜明的对比，提高显相效果。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明自显相烧杯的结构示意图；
图3为本发明自显相烧杯的剖视图；
图4为图3中A处的结构示意图；
图5为本发明自显相烧杯显相状态下的结构示意图。
图中标号说明：
1多节烧杯、2玻璃环、3避光杯盖、4隔离背景板、5轻盈形变膜、6活塞注射器、7同步压板、8网型流道、9注液孔、10橡胶塞、11气升孔、12荧光粉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，包括以下步骤：
S1、浮游植物取样采集：在目标湖泊中选取间隔较远的两点设立测站，并于当年的春季和秋季使用浮游植物网采集样品；
S2、浮游植物筛选：对采集到的样品先用80目的筛网过滤样品中的浮游动物，接着用200目的筛网进一步过滤滤液中的浮游植物，得到鲜样；
S3、浮游植物鲜样预处理：将检测样品进行抽滤和称重，在恒温60℃的干燥箱内连续烘干24h后，采用感量0.001mg的电子分析天平称量；
S4、浮游植物干样有机碳含量分析：在自显相烧杯中对浮游植物干样进行酸处理，采用TOC分析仪对处理后的浮游植物干样进行分析，测得有机碳含量；
S5、生态效率测算：查阅关于目标湖泊生态效率的文献，获取到目标湖泊的夏季和冬季的平均生态效率，生态效率为夏季和冬季的算数平均值；
S6、鱼类营养级测算：确定目标湖泊内的鱼群种类和其营养级，鱼类营养级为各类鱼群在生物量中的百分比加权平均值，计算得出目标湖泊的鱼类平均营养级；
S7、建立营养动态模型：B＝QEn，B为渔业资源年生产量，Q为浮游植物年生产量，E为生态效率，n为鱼类营养级；
S8、目标湖泊生态容量计算：根据目标湖泊的年初级产碳量除以换算得到的浮游植物鲜样有机碳含量备份率，计算得到浮游植物年生产量，代入到营养动态模型最终计算得到目标湖泊生态容量。
值得注意的是，鱼类营养级为各类鱼群在生物量中的百分比可以通过采样或者是根据往年的鱼类捕捞量进行测算。
步骤S1中测站选点不宜在湖边，且两点之间的距离不宜小于湖泊最大宽度的3/4，使得采集到的浮游植物样品更具有代表性，提高最终生态容量的计算精确性，步骤S1中采集浮游植物的时间具体为春季的4月和秋季的10月，4月和10月是最具代表性的两个月。
请参阅图2-3，自显相烧杯包括多节烧杯1，多节烧杯1分为上下两节，上下两节之间固定连接有玻璃环2，多节烧杯1上端安装有避光杯盖3，多节烧杯1内端固定连接有隔离背景板4，多节烧杯1、避光杯盖3和隔离背景板4均采用避光材质，降低对显相的干扰，隔离背景板4上表面和气升孔11的内壁上均涂覆有黑色涂层，用来与轻盈形变膜5发出的荧光形成鲜明的对比，提高显相效果，隔离背景板4上端开凿有多个均匀分布的气升孔11，气升孔11顶端固定连接有轻盈形变膜5，隔离背景板4内端开凿有网型流道8，隔离背景板4上端固定连接有一对活塞注射器6，且活塞注射器6与网型流道8相连通，避光杯盖3上侧设有同步压板7，且同步压板7与一对活塞注射器6的伸缩端之间固定连接，隔离背景板4下端开凿有多个与网型流道8相连通的注液孔9，注液孔9内端固定连接有橡胶塞10，橡胶塞10中心位置开凿有自密封孔，一方面方便均匀添加盐酸促进反应速率，另一方面利用将反应现象进行显化的特点，让技术人员可以直观的知晓反应的发生和停止，方便控制酸处理的合适时间，轻盈形变膜5采用轻质弹性材质，且内端填充有荧光粉12，轻盈形变膜5中心位置开凿有透气微孔，轻盈形变膜5正常状态下为平面，且透气微孔在轻盈形变膜5正常状态下为封闭状态，在酸处理产生气体后，气体经过轻盈形变膜5时会挤压其向上变形，透气微孔在变形后开放气体流走，而填充有荧光粉12的轻盈形变膜5在向上变形后会在隔离背景板4上表面形成亮点，作为酸处理的显相反应，代表反应正在进行，显相消失后则代表反应停止无机碳消耗完了，此时应停止盐酸的加入，注液孔9采用遇水膨胀橡胶材质，只有在活塞注射器6工作时利用压力迫使注液孔9发生变形后自密封孔才会开放，盐酸得以添加，在正常状态下为密封状态，气体无法从自密封孔中逃逸导致显相消失。
请参阅图5，轻盈形变膜5正常状态下上端与隔离背景板4上端齐平，玻璃环2的下端与隔离背景板4上端齐平，且玻璃环2的高度为1-2mm，方便控制技术人员的视线与隔离背景板4上表面保持在同一平面，不易出现倾斜现象，导致显相反应的误判，即轻盈形变膜5在气升孔11内发光在倾斜的视角下容易被当成在隔离背景板4上表面发光。
步骤S4中酸处理步骤如下：
S41、将浮游植物干样平铺添加至自显相烧杯内，逐渐加入1mol/L的盐酸，并采用磁力搅拌器进行搅拌并加热；
S42、技术人员观察自显相烧杯内的反应情况，当反应至无显相时说明反应结束，停止盐酸的添加，并静置24h；
S43、取出反应液后通过去离子水反复多次清洗、离心，倾倒上清液，检测PH直至中性；
S44、烘干12h后，将样品研磨粉碎后放入干燥器，12h后采用TOC分析仪进行分析。
本发明可以实现基于营养动力学，建立营养动态模型，通过在目标湖泊中分点采集浮游植物，并依次经过筛选和预处理之后进行有机碳含量检测，检测之前通过新型的自显相烧杯对浮游植物干样进行酸处理，大幅降低干样中无机碳的检测影响，由于盐酸的特性在过量处理时会影响到部分较活泼的有机分子，导致后续有机碳含量检测出现偏差，在总量计算中会被无限放大，且盐酸过量容易挥发作用下造成有机碳的部分流失，因此通过自显相烧杯的显相状态来精确控制盐酸处理时间，进而提高有机碳含量的精确测定，使得最终的生态容量计算更加准确，便于对湖泊实现生态保护和捕捞，保护生态环境的同时提高经济效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、浮游植物取样采集：在目标湖泊中选取间隔较远的两点设立测站，并于当年的春季和秋季使用浮游植物网采集样品；
S2、浮游植物筛选：对采集到的样品先用80目的筛网过滤样品中的浮游动物，接着用200目的筛网进一步过滤滤液中的浮游植物，得到鲜样；
S3、浮游植物鲜样预处理：将检测样品进行抽滤和称重，在恒温60℃的干燥箱内连续烘干24h后，采用感量0.001mg的电子分析天平称量；
S4、浮游植物干样有机碳含量分析：在自显相烧杯中对浮游植物干样进行酸处理，采用TOC分析仪对处理后的浮游植物干样进行分析，测得有机碳含量；
S5、生态效率测算：查阅关于目标湖泊生态效率的文献，获取到目标湖泊的夏季和冬季的平均生态效率；
S6、鱼类营养级测算：确定目标湖泊内的鱼群种类和其营养级，计算得出目标湖泊的鱼类平均营养级；
S7、建立营养动态模型：B＝Q(E)n，B为渔业资源年生产量，Q为浮游植物年生产量，E为生态效率，n为鱼类营养级；
S8、目标湖泊生态容量计算：根据目标湖泊的年初级产碳量除以换算得到的浮游植物鲜样有机碳含量备份率，计算得到浮游植物年生产量，代入到营养动态模型最终计算得到目标湖泊生态容量。
2.根据权利要求1所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述步骤S1中测站选点不宜在湖边，且两点之间的距离不宜小于湖泊最大宽度的3/4。
3.根据权利要求1所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述步骤S1中采集浮游植物的时间具体为春季的4月和秋季的10月。
4.根据权利要求1所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述自显相烧杯包括多节烧杯(1)，所述多节烧杯(1)分为上下两节，所述上下两节之间固定连接有玻璃环(2)，所述多节烧杯(1)上端安装有避光杯盖(3)，所述多节烧杯(1)内端固定连接有隔离背景板(4)，所述隔离背景板(4)上端开凿有多个均匀分布的气升孔(11)，所述气升孔(11)顶端固定连接有轻盈形变膜(5)，所述隔离背景板(4)内端开凿有网型流道(8)，所述隔离背景板(4)上端固定连接有一对活塞注射器(6)，且活塞注射器(6)与网型流道(8)相连通，所述避光杯盖(3)上侧设有同步压板(7)，且同步压板(7)与一对活塞注射器(6)的伸缩端之间固定连接，所述隔离背景板(4)下端开凿有多个与网型流道(8)相连通的注液孔(9)，所述注液孔(9)内端固定连接有橡胶塞(10)，所述橡胶塞(10)中心位置开凿有自密封孔。
5.根据权利要求4所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述轻盈形变膜(5)采用轻质弹性材质，且内端填充有荧光粉(12)，所述轻盈形变膜(5)中心位置开凿有透气微孔，所述轻盈形变膜(5)正常状态下为平面，且透气微孔在轻盈形变膜(5)正常状态下为封闭状态。
6.根据权利要求4所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述轻盈形变膜(5)正常状态下上端与隔离背景板(4)上端齐平，所述玻璃环(2)的下端与隔离背景板(4)上端齐平，且玻璃环(2)的高度为1-2mm。
7.根据权利要求4所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述隔离背景板(4)上表面和气升孔(11)的内壁上均涂覆有黑色涂层。
8.根据权利要求1所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述步骤S4中酸处理步骤如下：
S41、将浮游植物干样平铺添加至自显相烧杯内，逐渐加入1mol/L的盐酸，并采用磁力搅拌器进行搅拌并加热；
S42、技术人员观察自显相烧杯内的反应情况，当反应至无显相时说明反应结束，停止盐酸的添加，并静置24h；
S43、取出反应液后通过去离子水反复多次清洗、离心，倾倒上清液，检测PH直至中性；
S44、烘干12h后，将样品研磨粉碎后放入干燥器，12h后采用TOC分析仪进行分析。
9.根据权利要求1所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述步骤S5中生态效率为夏季和冬季的算数平均值。
10.根据权利要求1所述的一种基于营养动力学的湖泊生态容量计算方法，其特征在于：所述S6中鱼类营养级为各类鱼群在生物量中的百分比加权平均值。
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杨品红;王志陶;: "湖泊主要生态因子及富营养化治理研究展望" *

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