專利名稱：一種構(gòu)建歷史時期湖泊浮游植物群落的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測領(lǐng)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(jù)，利用數(shù)學(xué)模型構(gòu)建歷史時期湖泊浮游植物群落的方法。
背景技術(shù)：
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(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者，它啟動了湖泊中的食物網(wǎng)，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞中起著至關(guān)重要的作用。浮游植物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性變化可以敏感的反映出環(huán)境因子對生態(tài)系統(tǒng)的影響。不同浮游植物群落的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)有所差異， 在沉積過程中，硅藻以其硅質(zhì)細(xì)胞壁抵御了酸堿的腐蝕，而綠藻、藍(lán)藻等浮游植物群落會被逐漸分解，導(dǎo)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(guī)的生物實驗鑒別浮游植物物種。綠藻、藍(lán)藻群落可以有效指示湖泊的營養(yǎng)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(qiáng)的響應(yīng)，因此構(gòu)建歷史時期湖泊浮游植物群落對理解湖泊生態(tài)系統(tǒng)變化和環(huán)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(nèi)，有學(xué)者利用多維尺度分析對不同季節(jié)浮游植物的豐度、生物量和群落關(guān)系進(jìn)行了研究，由于硅藻的生長溫度較綠藻和藍(lán)藻低，同時春季是硅藻繁殖的高峰季節(jié)，因此浮游植物的生物量和豐度在春季較其他季節(jié)明顯增加(王建國等，2011)；有學(xué)者利用Pearson相關(guān)分析和典范對應(yīng)分析對浮游植物數(shù)量消長與環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行了探討，結(jié)果表明水溫、溶解氧和透明度是浮游植物數(shù)量消長的主要影響因子(王麗卿等，2011)；有學(xué)者發(fā)現(xiàn)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(huán)境因子的連續(xù)觀測，首先確定區(qū)域的主要浮游植物物種，通過長期監(jiān)測發(fā)現(xiàn)溫度是限制浮游植物體態(tài)的決定因子(Alam et al，2001)，基于食物網(wǎng)的動態(tài)模型被應(yīng)用于預(yù)測湖泊浮游植物的生物量和生產(chǎn)量(HSkanson et al.)，同時長序列時間和大尺度空間的結(jié)合是研究浮游植物群落和環(huán)境因子作用的一個趨向(Popovich et al.)。檢索發(fā)現(xiàn)浮游植物群落測定的發(fā)明專利，申請?zhí)枮?009101198M. 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(gòu)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(jìn)行識別分析，最終確定浮游植物群落組成。檢索發(fā)現(xiàn)浮游植物群落檢測的發(fā)明專利，申請?zhí)枮?01010184785. 4，名稱為一種浮游植物群落結(jié)構(gòu)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??；使用變性梯凝膠電泳技術(shù)進(jìn)行浮游植物群落結(jié)構(gòu)分析；圖形處理及數(shù)據(jù)分析，最終確定浮游植物群落的結(jié)構(gòu)組成，有利于浮游植物赤潮的爆發(fā)預(yù)警。由此可見，我們可以借助數(shù)學(xué)模型構(gòu)建歷史時期湖泊浮游植物群落，了解湖泊歷史時期的環(huán)境狀況及演變過程，對于維持現(xiàn)代湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康具有重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容
歷史時期湖泊浮游植物群落的構(gòu)建包括三部分篩選部分，分析部分和構(gòu)建部分。 篩選部分是運用小波分析選出關(guān)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(guān)鍵理化因子的定量關(guān)系，同時運用典范對應(yīng)分析探索表水關(guān)鍵理化因子與浮游植物群落的響應(yīng)關(guān)系；構(gòu)建部分是借助推算出的對應(yīng)歷史時期表水關(guān)鍵理化因子值，建構(gòu)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(jìn)行驗證。


歷史時期湖泊浮游植物群落構(gòu)建流程圖
具體實施例方式1)篩選關(guān)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(jìn)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(jié)構(gòu)變化
權(quán)利要求
1. 一種利用湖泊表水理化因子、表水浮游植物群落及表層沉積物理化因子構(gòu)建歷史時期浮游植物群落的方法，其特征在于運用小波分析選出表水中及表層沉積物中的關(guān)鍵理化因子，借助遺傳算法確定兩種關(guān)鍵理化因子的定量關(guān)系，從而推算出對應(yīng)歷史時期表水中關(guān)鍵理化因子值，通過典范對應(yīng)分析探索表水理化因子與浮游植物群落的響應(yīng)關(guān)系，基于歷史時期表水中關(guān)鍵理化因子值及響應(yīng)關(guān)系，從而構(gòu)建歷史時期湖泊浮游植物群落，具體步驟如下1)篩選關(guān)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(jìn)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(jié)構(gòu)變化Haar 小波
全文摘要
本發(fā)明針對湖泊歷史時期生物物種數(shù)據(jù)短缺的問題，發(fā)明了一種以湖泊表水理化因子、水中浮游植物群落及表層沉積物理化因子為依據(jù)，運用小波分析、遺傳算法、典范對應(yīng)分析的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建歷史時期浮游植物群落的方法，從而了解歷史時期湖泊浮游植物群落與理化因子的作用關(guān)系，對理解歷史時期湖泊環(huán)境演變及生態(tài)系統(tǒng)狀況起著重要作用。
文檔編號G06F19/00GK102567621SQ20111036668
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者楊志峰, 郭通, 陳賀 申請人:北京師范大學(xué)