本發(fā)明涉及生物與環(huán)境生態(tài)學(xué)研究方法領(lǐng)域，具體涉及一種湖泊、水庫生物生態(tài)容量的研究方法。

背景技術(shù)：

文中，生物生態(tài)容量指的是在不受任何人工干預(yù)的條件下，某一環(huán)境中能自然產(chǎn)出多少生物的生物量。這與目前提出的生物容量K（在某一環(huán)境區(qū)域在人工干預(yù)下能夠容納生物量最大值，超過此值，則生態(tài)環(huán)境會(huì)遭受嚴(yán)重破壞）有著本質(zhì)的區(qū)別。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人工對自然界的干預(yù)越來越嚴(yán)重，而干預(yù)的結(jié)果反應(yīng)在水質(zhì)的惡化、天氣的多變化、某種生物瀕臨滅絕、生態(tài)環(huán)境遭受到破壞、人類發(fā)病的年輕化等多個(gè)方面。為了人類長久的生存，“自然”、“原生態(tài)”、“原貌”等概念被很多人提出。而對于湖泊、水庫而言，未來會(huì)實(shí)行“人放天養(yǎng)”，即在沒有人工干預(yù)的情況下，根據(jù)自然環(huán)境的生態(tài)容量來確定放養(yǎng)多少水產(chǎn)品（魚類）、放養(yǎng)什么品種，然后依靠自然界的力量和資源來放養(yǎng)。但目前，尚未有人提出生物生態(tài)容量的概念，而且也沒有提出一種能研究出湖泊、水庫生物生態(tài)容量的方法，用以指導(dǎo)湖泊、水庫等大水面的漁業(yè)生產(chǎn)與水生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種湖泊、水庫生物生態(tài)容量的研究方法，用以指導(dǎo)未來不依靠人工干預(yù)的大水面漁業(yè)生產(chǎn)與水生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種湖泊、水庫生物生態(tài)容量的研究方法，包括如下步驟：

（1）湖泊、水庫環(huán)境及對應(yīng)水資源的調(diào)查：選定某一湖泊或水庫作為研究對象，調(diào)研并統(tǒng)計(jì)該湖泊或水庫周邊農(nóng)田面積、工廠排污量、居民生活廢水量、水系來源以及年入湖泊或水庫的水量，年排入湖泊或水庫水中的氮、磷元素的含量及其它與該水域相關(guān)的污染物含量，年排出湖泊或水庫水中的氮、磷元素的含量，其中年調(diào)查次數(shù)為4-12次，取年平均值；

（2）水生生物資源的調(diào)查：調(diào)查并統(tǒng)計(jì)待研究的湖泊或水庫中水生植物、水生動(dòng)物及底棲生物的種類、生物量及分布情況；

（3）降水量與蒸發(fā)量調(diào)查：根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T所統(tǒng)計(jì)的近3-5年來的降水量，取年平均值；

（4）湖泊、水庫水體中氮、磷的測定：對待研究的湖泊或水庫中的氮、磷進(jìn)行測定，年測定次數(shù)為4-12次，取年平均值，了解該水域存湖泊或水庫水體中氮、磷的蘊(yùn)藏量；

（5）計(jì)算該水體可供人們使用的氮、磷的量：用外源性氮、磷量，包括排入水量和降雨量，加上湖泊或水庫水體本身氮、磷蘊(yùn)藏量，再減去湖泊或水庫排出水中帶走的氮、磷量和年底湖泊或水庫水中因氮、磷含量過低無法被生物所利用的氮、磷存量，計(jì)算時(shí)，年底湖泊或水庫水中因氮、磷含量過低無法被生物所利用的氮、磷存量應(yīng)取高于國家漁業(yè)用水氮、磷含量的標(biāo)準(zhǔn)，且湖泊、水庫因水蒸發(fā)而帶走的氮、磷不做計(jì)算；

（6）計(jì)算出湖泊或水庫初級(jí)生物生態(tài)容量G₁、次級(jí)生物生態(tài)容量G₂，以及三級(jí)生物生態(tài)容量G₃，其中：

G₁＝E×R×q×(d₁×N+d₂×P)/2，

G₂＝k×G₁，

G₃＝k×G₂，

式中， E為年平均的太陽輻照能量1卡/cm²為基數(shù)的能量值比，即E＝X/1，X為某地的太陽能輻照能量值；R為太陽能的利用率；d為氮、磷對初級(jí)生物生態(tài)容量貢獻(xiàn)效率的權(quán)重分配值d₁+d₂＝1；N為湖泊或水庫中可利用總氮量；P為湖泊或水庫中可利用總磷量；q為單位氮、磷量能產(chǎn)生的初級(jí)生物生態(tài)容量值，取值為350－510之間；k為上一級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化為下一級(jí)生物生態(tài)容量的轉(zhuǎn)化率（參照公知的上一級(jí)能量向下一級(jí)能量傳遞率10%）；

（7）對湖泊或水庫進(jìn)行生態(tài)容量管理：一般把初級(jí)生物生態(tài)容量的60-80%轉(zhuǎn)化為次級(jí)生物生態(tài)容量，把次級(jí)生物生態(tài)容量的30-60%轉(zhuǎn)化為三次生物生態(tài)容量，其轉(zhuǎn)化值用b表示。則其湖泊生物生態(tài)容量管理運(yùn)用計(jì)算公式如下：

湖泊、水庫初級(jí)生物生態(tài)容量管理值(kg)：G₁^’＝(1－b₁)×G₁；

湖泊、水庫次級(jí)生物生態(tài)容量管理值(kg)：G₂^’＝k×b₁×(1－b₂)×G₁；

湖泊、水庫三級(jí)生物生態(tài)容量管理值(kg)：G₃^’＝k²×b₁×b₂×G₁；

b₁、b₂為人為確定上一級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化為下一級(jí)生物生態(tài)容量所占上一級(jí)容量的比率。

本發(fā)明的有益效果：通過本發(fā)明的研究方法，能夠獲知湖泊或水庫的生物生態(tài)容量，確定湖泊或水庫的水產(chǎn)品放養(yǎng)的生態(tài)容量，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)化養(yǎng)殖，保護(hù)水生生態(tài)環(huán)境，為原生態(tài)化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外本發(fā)明的研究方法，結(jié)果可靠，操作性強(qiáng)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例，來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

湖泊、水庫生物生態(tài)容量的研究方法，包括如下步驟：

1、湖泊或水庫環(huán)境及水資源調(diào)查：選定某一湖泊或水庫作為研究對象，調(diào)研并統(tǒng)計(jì)該湖泊或水庫周邊農(nóng)田面積、工廠排污量、居民生活廢水量、水系來源以及年入湖泊或水庫的水量，年排入湖泊或水庫水中的氮、磷元素的含量，年排出湖泊或水庫水中的氮、磷元素的含量，其中年調(diào)查次數(shù)為4-12次，取年平均值。

2、水生生物資源調(diào)查：調(diào)查并統(tǒng)計(jì)湖泊或水庫中水生植物、水生動(dòng)物及底棲生物的種類、生物量及分布狀況。

3、降水量與蒸發(fā)量調(diào)查：根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T調(diào)查與統(tǒng)計(jì)近3－5年來的降水量，并取平均值。

4、湖泊、水庫水體中氮、磷的測定：對待研究的湖泊或水庫中的氮、磷進(jìn)行測定，年測定次數(shù)為4-12次，取年平均值，了解該水域存湖泊或水庫水體中氮、磷的蘊(yùn)藏量。

5、計(jì)算該水體可供人們使用的氮、磷的量：用外源性氮、磷量，包括排入水量和降雨量，加上湖泊或水庫水體本身氮、磷蘊(yùn)藏量，再減去湖泊或水庫排出水中帶走的氮、磷量和年底湖泊或水庫水中因氮、磷含量過低無法被生物所利用的氮、磷存量，計(jì)算時(shí)，年底湖泊或水庫水中因氮、磷含量過低無法被生物所利用的氮、磷存量應(yīng)取高于國家漁業(yè)用水氮、磷含量的標(biāo)準(zhǔn)，且湖泊、水庫因水蒸發(fā)而帶走的氮、磷不做計(jì)算。可用公式表示：

；

；

式中：N為湖、庫中可利用總氮量；P為湖泊、水庫中可利用總磷量：、分別外源性總氮量（含排入水中氮含量及降水中氮含量），湖泊或水庫本身氮的蘊(yùn)藏量；分別為排出湖泊或水庫外和年底湖泊或水庫水中因氮含量過低而無法被生物利用的氮存量；、分別外源性磷的總量（含排入水中磷含量及降水中磷含量），湖泊或水庫內(nèi)本身磷的蘊(yùn)藏量；分別為排出湖泊或水庫外的量，年底湖泊或水庫水中因磷含量過低而無法被生物利用的磷存量。其中：、可以通過人為設(shè)定時(shí)計(jì)算出來的總量，其原因是湖泊、水庫排出的水必須達(dá)到某一規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，我們就以排出水標(biāo)準(zhǔn)作為該值；、

為存湖、庫水中不能被生物所利用的最低氮、磷計(jì)算出來的總量，單位含量一般可取值分別為≤1.0mg/L、≤0.05mg/L。

6、根據(jù)上述數(shù)據(jù)，用下公式計(jì)算：

湖泊、水庫初級(jí)生物生態(tài)容量(kg)：G₁＝E×R×q×(d₁×N+d₂×P)/2，

湖泊、水庫次級(jí)生物生態(tài)容量(kg)：G₂＝k×G₁，

湖泊、水庫三級(jí)生物生態(tài)容量(kg)：G₃＝k×G₂，

式中：G為生物生態(tài)容量；E為年平均的太陽輻照能量1卡/cm²為基數(shù)的能量值比，即E＝X/1（X為某地的太陽能輻照能量值）；R為太陽能的利用率；d為氮（N）、磷（P）對初級(jí)生物生態(tài)容量貢獻(xiàn)效率的權(quán)重分配值（d₁+d₂＝1）；N為湖泊或水庫中可利用總氮量；P為湖泊或水庫中可利用總磷量；q為單位氮（N）、磷（P）量能產(chǎn)生的初級(jí)生物生態(tài)容量值（我們的試驗(yàn)所取得的值為350－510之間）；k為上一級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化為下一級(jí)生物生態(tài)容量的轉(zhuǎn)化率。

通過上述方法計(jì)算出湖泊或水庫的生態(tài)容量。

7、對湖泊或水庫進(jìn)行生態(tài)容量管理：為充分利用水體的生態(tài)容量，對湖泊、水庫進(jìn)行相應(yīng)的合理管理，經(jīng)求得最大的社會(huì)與生態(tài)效益。一般把初級(jí)生物生態(tài)容量的60-80%轉(zhuǎn)化為次級(jí)生物生態(tài)容量，把次級(jí)生物生態(tài)容量的30-60%轉(zhuǎn)化為三次生物生態(tài)容量，其轉(zhuǎn)化值用b表示。則其湖泊生物生態(tài)容量管理運(yùn)用計(jì)算公式如下：

湖泊或水庫初級(jí)生物生態(tài)容量管理值(kg)：G₁^’＝(1－b₁)×G₁；

湖泊或水庫次級(jí)生物生態(tài)容量管理值(kg)：G₂^’＝k×b₁×(1－b₂)×G₁；

湖泊或水庫三級(jí)生物生態(tài)容量管理值(kg)：G₃^’＝k²×b₁×b₂×G₁；

b為人為確定上一級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化為下一級(jí)生物生態(tài)容量所占上一級(jí)容量的比率；

以上單位：水體深度用m，水體面積用m²，水體體積用m³，氮磷含量用mg/L，生物生態(tài)容量值為kg。

具體實(shí)例一

按上述步驟進(jìn)行調(diào)研，得知該湖面積為12.4萬畝，年平均水深為2.0m，年均降水1240.8mm；年均日照1643.3小時(shí)，年均太陽總輻射量105.1卡/cm²，年均排入湖水量為16541.6萬m³，年均排出水量為20511.6m³，年均湖水蒸發(fā)量1000mm。年平均排入湖水的水中總氮（N）、總磷（P）（下同）含量為2.75mg/L、0.3124mg/L，降水中氮、磷含量分別為1.58mg/L、0.0853mg/L，年初湖水中總氮、總磷含量為1.87mg/L、0.2153mg/L，年底湖水中總氮、總磷含量為1.03mg/L、0.06mg/L。年平均排出湖水水中總氮、總磷含量分別為1.0mg/L、0.05 mg/L；如果太陽能的利用率（R）取值1.25%；氮、磷對初級(jí)生物生態(tài)貢獻(xiàn)權(quán)重（d）分別取值0.4、0.6；單位氮（N）、磷（P）量能產(chǎn)生的初級(jí)生物生態(tài)容量值（q）（試驗(yàn)所取得的值為350-510之間），這里取值450；初級(jí)向次級(jí)、次級(jí)向三級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化率（b）分別為0.10、0.10；湖水蒸發(fā)不計(jì)氮、磷含量來計(jì)算：

根據(jù)上述數(shù)據(jù)、依據(jù)公式先計(jì)算出：

＝454894+261357+309328－（205116+170378）＝650085(kg)；

＝51676+17496+35614－10256－9925＝84605(kg)；

該湖其生態(tài)容量：

初級(jí)生物生態(tài)容量：

G₁＝E×R×q×(d₁×N+d₂×P)/2＝105.1×1.15%×450×(0.4×650085+0.6×84605)/2=84520079(kg)；

次級(jí)生物生態(tài)容量：

G₂＝k₁×G₁=8452008(kg)；

三級(jí)生物生態(tài)容量：

G₃＝k₂×G₂=845201(kg)；

該湖生態(tài)容量管理值：

如果假定初級(jí)向次級(jí)、次級(jí)向三級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化比率（b）分別為0.8、0.4，則有：

初級(jí)：G₁^’＝(1－b₁)×G₁＝16902016(kg)；

次級(jí)：G₂^’＝ k×b₁×(1－b₂)×G₁＝4056964(kg)；

三級(jí)：G₃^’＝ k²×b₁×b₂×G₁＝270464(kg)；

由此可得：現(xiàn)有條件下該湖植物類產(chǎn)量可達(dá)1.69萬噸，濾食性水產(chǎn)品可達(dá)4057噸，肉食性水產(chǎn)品可達(dá)270噸。

具體實(shí)例二

某水庫按上述步驟進(jìn)行調(diào)查，得到：面積為2.5萬畝，年平均水深為7.0m，年均降水1352.2mm；年均日照1596.3小時(shí)，年均太陽總輻射量112.4卡/cm²，年均排入庫水量為25680萬m³，年均排出水量為26284m³，年均庫水蒸發(fā)量990mm。年平均排入庫水的水中總氮（N）、總磷（P）（下同）含量為1.70mg/L、0.1124mg/L，降水中氮、磷含量分別為1.47mg/L、0.0750mg/L，年初水庫中總氮、總磷含量為1.43mg/L、0.0915mg/L，年底庫水中總氮、總磷含量為0.97mg/L、0.064mg/L。年平均排出庫水水中總氮、總磷含量分別為1.0mg/L、0.05 mg/L；如果太陽能的利用率（R）取值1.21%；氮、磷對初級(jí)生物生態(tài)貢獻(xiàn)權(quán)重（d）分別取值0.45、0.55；單位氮（N）、磷（P）量能產(chǎn)生的初級(jí)生物生態(tài)容量值（q）（試驗(yàn)所取得的值為350-510之間），這里取值465；初級(jí)向次級(jí)、次級(jí)向三級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化率（b）分別為0.10、0.10；庫水蒸發(fā)不計(jì)氮、磷含量來計(jì)算：

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，依公式先計(jì)算出：

＝436560+33146+166917－（262840+113223）＝260560(kg)；

＝28864+2534+10680－（13142+7470）＝21466 (kg)；

該庫生態(tài)容量：

初級(jí)生物生態(tài)容量：

G₁＝E×R×q×(d₁×N+d₂×P)/2＝112.4×1.21%×465×(0.45×260560+0.55×21466)/2=40809434.7(kg)；

次級(jí)生物生態(tài)容量：

G₂＝k×G₁=4080943(kg)；

三級(jí)生物生態(tài)容量：

G₃＝k×G₂=408094(kg)；

該庫生態(tài)容量管理值：

如果假定初級(jí)向次級(jí)、次級(jí)向三級(jí)生物生態(tài)容量轉(zhuǎn)化比率（b）分別為0.85、0.55，則有：

初級(jí)：G₁^’＝(1－b₁)×G₁＝6121415(kg)；

次級(jí)：G₂^’＝ k×b₁×(1－b₂)×G₁＝1560961(kg)；

三級(jí)：G₃^’＝ k²×b₁×b₂×G₁＝190784(kg)；

由此可得：現(xiàn)有條件下該庫植物類產(chǎn)量可達(dá)6121噸，濾食性水產(chǎn)品可達(dá)1561噸，肉食性水產(chǎn)品可達(dá)191噸。