本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于p-ibi的陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法。

背景技術(shù)：

陽澄湖在江蘇省的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)揮著重大作用。然而，由于經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和不適當(dāng)?shù)暮促Y源開發(fā)利用，陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)面臨巨大壓力，水環(huán)境問題日益突出，健康狀況不斷下降。湖泊水環(huán)境惡化與富營養(yǎng)問題正在嚴(yán)重制約著該地區(qū)社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。然而，如何從生態(tài)系統(tǒng)健康角度去對已經(jīng)開展的優(yōu)化行動實施效果進(jìn)行評估？怎樣建立一套有效反映該湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的綜合評價方法？

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于p-ibi的陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于p-ibi的陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法，具體方法如下：

步驟一：通過兩種方式獲取環(huán)境因子數(shù)據(jù)，一種方式是通過在陽澄湖布設(shè)生態(tài)監(jiān)測點進(jìn)行野外監(jiān)測得到數(shù)據(jù)，另一種方式是對采集到的水樣進(jìn)行分析得到數(shù)據(jù)；

步驟二：建立p-ibi評價體系，包括p-ibi評價體系指標(biāo)篩選和p-ibi評價體系指標(biāo)訓(xùn)練；

p-ibi評價體系指標(biāo)篩選：收集有關(guān)豐度、生物量和多樣性指數(shù)等備選參數(shù)，建立備選參數(shù)庫，依據(jù)備選參數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性，對備選參數(shù)進(jìn)行篩選；

p-ibi評價體系指標(biāo)訓(xùn)練：引入累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)指標(biāo)，兩者的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：

其中rs,y為某個特定的備選參數(shù)與環(huán)境變量y的spearman秩相關(guān)的相關(guān)系數(shù)；

其中s為在0.05水平上存在顯著差異的rs,y個數(shù)，n表示用于評估的環(huán)境變量個數(shù)；

將備選參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并賦值，備選參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化后的平均值為p-ibi得分；

步驟三：測試p-ibi評價體系，計算p-ibi得分和已篩選出的備選參數(shù)與環(huán)境因子之間的累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)，根據(jù)累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)的大小，從訓(xùn)練組數(shù)據(jù)中選取能較好反映陽澄湖環(huán)境變化的指標(biāo)，與訓(xùn)練組數(shù)據(jù)相比較，若訓(xùn)練組和測試組中的累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)存在較好的一致性，則建立的p-ibi評價體系適合用于評估陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，否則對p-ibi評價體系進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整；

步驟四：用已構(gòu)建的p-ibi評價體系計算陽澄湖每次采樣及各采樣點的p-ibi得分，進(jìn)而評價陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，分析其空間及時間差異，根據(jù)p-ibi得分以及篩選出的備選參數(shù)與環(huán)境因子的多元分析結(jié)果，分析p-ibi得分以及篩選出的備選參數(shù)與環(huán)境因子的關(guān)系，揭示影響該湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康的主要環(huán)境因素。

進(jìn)一步地，所述步驟一中布設(shè)生態(tài)監(jiān)測點獲取環(huán)境因子的方法為依據(jù)湖體長度與植被分布狀況在陽澄湖西湖、中湖、東湖分別布設(shè)7、5、6個生態(tài)監(jiān)測點，對各研究區(qū)內(nèi)浮游植物及水體理化因子等進(jìn)行長期監(jiān)測，確定水體理化因子和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的時空變化趨勢。

進(jìn)一步地，所述監(jiān)測的頻率為每2個月1次，每年監(jiān)測6次。

進(jìn)一步地，所述水體理化因子包括水體流速、水體透明度、水深、水體表層水溫、ph、電導(dǎo)率、溶解氧、鹽度和濁度等指標(biāo)。

進(jìn)一步地，所述步驟一中水樣分析方法為：采用有機玻璃采水器采集水面以下0.5m、中層和離湖底0.5m水樣，并將3層水樣混合均勻，用10l經(jīng)酸泡處理的塑料桶儲藏水樣，定量樣品取用1l充分搖勻后的混合水樣，倒入試劑瓶中之后加1％體積的lugol試劑固定，靜置48h后，利用虹吸法將上清液吸除，定容至30ml，將定量樣品充分搖勻后，迅速吸取0.1ml定量樣品到計數(shù)框中，蓋上蓋玻片，保證計數(shù)框內(nèi)無氣泡，也無樣品溢出，置于olympusbx41顯微鏡下進(jìn)行鏡檢，每個定量樣品計數(shù)2片，若2片計數(shù)結(jié)果相差15％以下，則取2片平均值作為最終結(jié)果，否則進(jìn)行第3片計數(shù)，浮游藻類最終值為其中個數(shù)相近的2片的平均值。

進(jìn)一步地，所述步驟二中首先通過直方圖和shapiro-wilkstest檢驗數(shù)據(jù)是否呈正態(tài)分布，levene’sftest檢驗方差性，若不滿足，通過spearman秩相關(guān)分析各備選參數(shù)與各環(huán)境因子之間的相關(guān)性，若兩個或多個環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)大于0.80，選擇與生物參數(shù)相關(guān)性最好的理化參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果為：從對環(huán)境變化反應(yīng)敏感的浮游植物入手，以國際廣泛運用的生物完整性指數(shù)為基礎(chǔ)，通過野外觀測、數(shù)據(jù)分析以及指標(biāo)篩選等研究方法，試圖建立適合該湖泊特征的p-ibi評價方法。研究結(jié)果有助于明確該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況以及影響其的主要環(huán)境因子，對維持陽澄湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康，科學(xué)設(shè)定陽澄湖生態(tài)優(yōu)化目標(biāo)，降低區(qū)域生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義，同時也對其他地區(qū)湖泊的p-ibi體系的建立具有極高的參考價值。

附圖說明

圖1為陽澄湖及周邊區(qū)域采樣點位置。

圖2為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明，本實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

一種基于p-ibi的陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法，具體方法如下：

步驟一：獲取環(huán)境因子數(shù)據(jù)

通過兩種方式獲取環(huán)境因子數(shù)據(jù)，一種方式是通過在陽澄湖布設(shè)生態(tài)監(jiān)測點進(jìn)行野外監(jiān)測得到數(shù)據(jù)，另一種方式是對采集到的水樣進(jìn)行分析得到數(shù)據(jù)。

1、布設(shè)生態(tài)監(jiān)測點

依據(jù)湖體長度與植被分布狀況在陽澄湖西湖、中湖、東湖分別布設(shè)7、5、6個生態(tài)監(jiān)測點，如圖1所示，對各研究區(qū)內(nèi)浮游植物及水體理化因子等進(jìn)行長期監(jiān)測，確定水體理化因子和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的時空變化趨勢。其中，對陽澄湖進(jìn)行周年監(jiān)測，監(jiān)測頻率為每2個月1次，每年共監(jiān)測6次。選取相應(yīng)指數(shù)對其進(jìn)行水質(zhì)評價，包括使用sontek河流調(diào)查者m9(走航式流速儀)測定水體流速，使用hydrolabdatasond5型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀測定水體表層水溫、ph、電導(dǎo)率、溶解氧、鹽度和濁度等指標(biāo)，采用塞式盤測定水體透明度，采用speedtechsm-5便攜式水深探測儀測定水深，其中，陰影指數(shù)(shadeindex，si)指標(biāo)由某點位的水深(m)除以該點位的透明度(m)計算得出。

2、水樣分析

采用有機玻璃采水器(uwitec-wsc)采集表層(水面以下0.5m)、中層和底層(離湖底0.5m)水樣，并將3層水樣混合均勻，用10l經(jīng)酸泡處理的塑料桶儲藏水樣，并冷藏避光保存，帶回實驗室。在實驗室中分析水質(zhì)樣品中的環(huán)境因子，依據(jù)《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》(金相燦和屠清瑛,1990)確定水樣中的總氮(tn)、總磷(tp)、溶解性總氮(dtn)、溶解性總磷(dtp)、氨氮(nh4-n)、硝態(tài)氮(no3-n)、亞硝態(tài)氮(no2-n)、正磷酸鹽(po4-p)、反應(yīng)活性磷(srp)、高錳酸鹽指數(shù)(codmn)和有機懸浮顆粒物(oss)和無機懸浮顆粒物(iss)以及水體中常見離子含量。

浮游藻類定性樣品由25#浮游生物網(wǎng)撈取，定量樣品取用1l充分搖勻后的混合水樣，倒入試劑瓶中之后加1％體積的lugol試劑固定，靜置48h后，利用虹吸法將上清液吸除，定容至30ml。計數(shù)時，將定量樣品充分搖勻后，迅速吸取0.1ml定量樣品到計數(shù)框(面積20×20mm)中，蓋上蓋玻片，保證計數(shù)框內(nèi)無氣泡，也無樣品溢出，置于olympusbx41顯微鏡下進(jìn)行鏡檢。計數(shù)方法為目鏡視野法，隨機計數(shù)100個視野，若所得計數(shù)值不足300，則增加計數(shù)視野數(shù)。每個樣品計數(shù)2片，若2片計數(shù)結(jié)果相差15％以下，則取2片平均值作為最終結(jié)果，否則進(jìn)行第3片計數(shù)，浮游藻類最終值為其中個數(shù)相近的2片的平均值。硅藻鑒定前用酸處理法，除去細(xì)胞內(nèi)含物以清除觀察殼上的花紋。由于浮游藻類的比重接近于1，即1mm3的細(xì)胞體積等于1mg濕重生物量，故生物量的測定可以采用體積轉(zhuǎn)化法。細(xì)胞的平均體積根據(jù)物種的幾何形狀計算。浮游藻類的種類鑒定參照《中國淡水藻類—系統(tǒng)、分類及生態(tài)》

步驟二：建立p-ibi評價體系

1、p-ibi評價體系指標(biāo)篩選：收集國內(nèi)外文獻(xiàn)中有關(guān)豐度、生物量和多樣性指數(shù)等備選參數(shù)，建立備選參數(shù)庫，依據(jù)備選參數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性，對備選參數(shù)進(jìn)行篩選，得到浮游植物群落指標(biāo)、浮游植物生長型指標(biāo)、浮游植物多樣性指標(biāo)。

2、p-ibi評價體系指標(biāo)訓(xùn)練：通過直方圖和shapiro-wilkstest檢驗數(shù)據(jù)是否呈正態(tài)分布，levene’sftest檢驗方差性。若不滿足，通過spearman秩相關(guān)分析浮游植物各備選參數(shù)與各監(jiān)測環(huán)境因子之間的相關(guān)性。若兩個或多個環(huán)境指標(biāo)存在較強的自相關(guān)(相關(guān)系數(shù)大于0.80)，選擇與生物參數(shù)相關(guān)性最好的理化參數(shù)，進(jìn)行下一步分析。為了有效評估各生物參數(shù)與環(huán)境因子的統(tǒng)計顯著性，引入累計決定系數(shù)(cumulativer2)和相關(guān)指數(shù)(correlationindex，coi)指標(biāo)。兩者的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：

其中rs,y為某個特定的備選參數(shù)與環(huán)境變量y的spearman秩相關(guān)的相關(guān)系數(shù)。

其中s為在0.05水平上存在顯著差異的rs,y個數(shù)，n表示用于評估的環(huán)境變量個數(shù)。

累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)的值越大，說明備選參數(shù)與環(huán)境因子之間關(guān)系越好。根據(jù)歐盟水環(huán)境框架指示，將備選參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，賦值1、2、3、4和5，代表了生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，備選參數(shù)值越高，表明健康狀況越好。備選參數(shù)按照訓(xùn)練數(shù)據(jù)的第90、第75、第50和第25百分位數(shù)進(jìn)行劃分。若備選參數(shù)值隨著外界對生態(tài)系統(tǒng)的損傷加劇而減小，則將備選參數(shù)小于第25百分位數(shù)、第25到第50百分位數(shù)、第50到第75百分位數(shù)、第75到第90百分位數(shù)和大于第90百分位數(shù)分別賦值1、2、3、4、5；若備選參數(shù)值隨著外界對生態(tài)系統(tǒng)損傷加劇而增大，則將將參數(shù)小于第25百分位數(shù)、第25到第50百分位數(shù)、第50到第75百分位數(shù)、第75到第90百分位數(shù)和大于第90百分位數(shù)分別賦值5、4、3、2、1。最終的p-ibi得分為候選參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化后的平均值，得分為4.5-5.0、3.75-4.5、2.5-3.75、1.25-2.5和1-1.25分別指示生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為極好、好、中等、低和差。

其中，水體理化因子和浮游藻類群落參數(shù)的多元分析由dca、cca或rda梯度分析進(jìn)行。為了滿足數(shù)據(jù)分析所要求的正態(tài)性等要求，在進(jìn)行多元分析前，將環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)化(如log(x+1))使其無量綱且降低異質(zhì)性。浮游藻類種類數(shù)據(jù)中，剔除出現(xiàn)頻率小于10％、相對平均生物量小于0.1％的種類后，對相對生物量進(jìn)行開平方根轉(zhuǎn)化以減少屬種之間的自相關(guān)效應(yīng)，對含量極少的屬種進(jìn)行降權(quán)處理。

步驟三、測試p-ibi評價體系

在6次采樣中，將前4次采樣數(shù)據(jù)作為體系訓(xùn)練組數(shù)據(jù)，后2次采樣數(shù)據(jù)作為測試組數(shù)據(jù)。在對p-ibi評價體系的測試過程中，計算p-ibi得分和已篩選出的備選參數(shù)與環(huán)境因子之間的累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)，根據(jù)累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)的大小，從測試組數(shù)據(jù)中選取能較好反映陽澄湖環(huán)境變化的指標(biāo)，與訓(xùn)練組數(shù)據(jù)相比較。若訓(xùn)練組和測試組中的累計決定系數(shù)和相關(guān)指數(shù)存在較好的一致性，則認(rèn)為所建立的p-ibi評價體系適合用于評估陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，否則對評價體系進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。

進(jìn)一步地，計算其他用于評價水體水質(zhì)狀況的指數(shù)，用以驗證p-ibi體系評價結(jié)果的可信度。

步驟四：運用p-ibi評價體系

用已構(gòu)建的p-ibi評價體系計算陽澄湖每次采樣及各采樣點的p-ibi得分，進(jìn)而評價陽澄湖生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，分析其空間及時間差異。根據(jù)p-ibi以及篩選出的備選參數(shù)與環(huán)境因子的多元分析結(jié)果，分析p-ibi得分以及篩選出的備選參數(shù)與環(huán)境因子的關(guān)系，揭示影響該湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康的主要環(huán)境因素。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，不用于限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。