一种湖泊、水库生物生态容量的研究方法

技术领域

本发明涉及生物与环境生态学研究方法领域，具体涉及一种湖泊、水库生物生态容量的研究方法。

背景技术

文中，生物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。为了人类长久的生存，“自然”、“原生态”、“原貌”等概念被很多人提出。而对于湖泊、水库而言，未来会实行“人放天养”，即在没有人工干预的情况下，根据自然环境的生态容量来确定放养多少水产品（鱼类）、放养什么品种，然后依靠自然界的力量和资源来放养。但目前，尚未有人提出生物生态容量的概念，而且也没有提出一种能研究出湖泊、水库生物生态容量的方法，用以指导湖泊、水库等大水面的渔业生产与水生态环境保护。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种湖泊、水库生物生态容量的研究方法，用以指导未来不依靠人工干预的大水面渔业生产与水生态环境保护。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种湖泊、水库生物生态容量的研究方法，包括如下步骤：

（1）湖泊、水库环境及对应水资源的调查：选定某一湖泊或水库作为研究对象，调研并统计该湖泊或水库周边农田面积、工厂排污量、居民生活废水量、水系来源以及年入湖泊或水库的水量，年排入湖泊或水库水中的氮、磷元素的含量及其它与该水域相关的污染物含量，年排出湖泊或水库水中的氮、磷元素的含量，其中年调查次数为4-12次，取年平均值；

（2）水生生物资源的调查：调查并统计待研究的湖泊或水库中水生植物、水生动物及底栖生物的种类、生物量及分布情况；

（3）降水量与蒸发量调查：根据当地气象部门所统计的近3-5年来的降水量，取年平均值；

（4）湖泊、水库水体中氮、磷的测定：对待研究的湖泊或水库中的氮、磷进行测定，年测定次数为4-12次，取年平均值，了解该水域存湖泊或水库水体中氮、磷的蕴藏量；

（5）计算该水体可供人们使用的氮、磷的量：用外源性氮、磷量，包括排入水量和降雨量，加上湖泊或水库水体本身氮、磷蕴藏量，再减去湖泊或水库排出水中带走的氮、磷量和年底湖泊或水库水中因氮、磷含量过低无法被生物所利用的氮、磷存量，计算时，年底湖泊或水库水中因氮、磷含量过低无法被生物所利用的氮、磷存量应取高于国家渔业用水氮、磷含量的标准，且湖泊、水库因水蒸发而带走的氮、磷不做计算；

（6）计算出湖泊或水库初级生物生态容量G₁、次级生物生态容量G₂，以及三级生物生态容量G₃，其中：

G₁＝E×R×q×(d₁×N+d₂×P)/2，

G₂＝k×G₁，

G₃＝k×G₂，

式中， E为年平均的太阳辐照能量1卡/cm²为基数的能量值比，即E＝X/1，X为某地的太阳能辐照能量值；R为太阳能的利用率；d为氮、磷对初级生物生态容量贡献效率的权重分配值d₁+d₂＝1；N为湖泊或水库中可利用总氮量；P为湖泊或水库中可利用总磷量；q为单位氮、磷量能产生的初级生物生态容量值，取值为350－510之间；k为上一级生物生态容量转化为下一级生物生态容量的转化率（参照公知的上一级能量向下一级能量传递率10%）；

（7）对湖泊或水库进行生态容量管理：一般把初级生物生态容量的60-80%转化为次级生物生态容量，把次级生物生态容量的30-60%转化为三次生物生态容量，其转化值用b表示。则其湖泊生物生态容量管理运用计算公式如下：

湖泊、水库初级生物生态容量管理值(kg)：G₁^’＝(1－b₁)×G₁；

湖泊、水库次级生物生态容量管理值(kg)：G₂^’＝k×b₁×(1－b₂)×G₁；

湖泊、水库三级生物生态容量管理值(kg)：G₃^’＝k²×b₁×b₂×G₁；

b₁、b₂为人为确定上一级生物生态容量转化为下一级生物生态容量所占上一级容量的比率。

本发明的有益效果：通过本发明的研究方法，能够获知湖泊或水库的生物生态容量，确定湖泊或水库的水产品放养的生态容量，从而实现生态化养殖，保护水生生态环境，为原生态化发展奠定了坚实的基础。此外本发明的研究方法，结果可靠，操作性强。

具体实施方式

现结合具体实施例，来进一步说明本发明。

湖泊、水库生物生态容量的研究方法，包括如下步骤：

1、湖泊或水库环境及水资源调查：选定某一湖泊或水库作为研究对象，调研并统计该湖泊或水库周边农田面积、工厂排污量、居民生活废水量、水系来源以及年入湖泊或水库的水量，年排入湖泊或水库水中的氮、磷元素的含量，年排出湖泊或水库水中的氮、磷元素的含量，其中年调查次数为4-12次，取年平均值。

2、水生生物资源调查：调查并统计湖泊或水库中水生植物、水生动物及底栖生物的种类、生物量及分布状况。

3、降水量与蒸发量调查：根据当地气象部门调查与统计近3－5年来的降水量，并取平均值。

4、湖泊、水库水体中氮、磷的测定：对待研究的湖泊或水库中的氮、磷进行测定，年测定次数为4-12次，取年平均值，了解该水域存湖泊或水库水体中氮、磷的蕴藏量。

5、计算该水体可供人们使用的氮、磷的量：用外源性氮、磷量，包括排入水量和降雨量，加上湖泊或水库水体本身氮、磷蕴藏量，再减去湖泊或水库排出水中带走的氮、磷量和年底湖泊或水库水中因氮、磷含量过低无法被生物所利用的氮、磷存量，计算时，年底湖泊或水库水中因氮、磷含量过低无法被生物所利用的氮、磷存量应取高于国家渔业用水氮、磷含量的标准，且湖泊、水库因水蒸发而带走的氮、磷不做计算。可用公式表示：

；

；

式中：N为湖、库中可利用总氮量；P为湖泊、水库中可利用总磷量：、分别外源性总氮量（含排入水中氮含量及降水中氮含量），湖泊或水库本身氮的蕴藏量；分别为排出湖泊或水库外和年底湖泊或水库水中因氮含量过低而无法被生物利用的氮存量；、分别外源性磷的总量（含排入水中磷含量及降水中磷含量），湖泊或水库内本身磷的蕴藏量；分别为排出湖泊或水库外的量，年底湖泊或水库水中因磷含量过低而无法被生物利用的磷存量。其中：、可以通过人为设定时计算出来的总量，其原因是湖泊、水库排出的水必须达到某一规定标准，我们就以排出水标准作为该值；、

为存湖、库水中不能被生物所利用的最低氮、磷计算出来的总量，单位含量一般可取值分别为≤1.0mg/L、≤0.05mg/L。

6、根据上述数据，用下公式计算：

湖泊、水库初级生物生态容量(kg)：G₁＝E×R×q×(d₁×N+d₂×P)/2，

湖泊、水库次级生物生态容量(kg)：G₂＝k×G₁，

湖泊、水库三级生物生态容量(kg)：G₃＝k×G₂，

式中：G为生物生态容量；E为年平均的太阳辐照能量1卡/cm²为基数的能量值比，即E＝X/1（X为某地的太阳能辐照能量值）；R为太阳能的利用率；d为氮（N）、磷（P）对初级生物生态容量贡献效率的权重分配值（d₁+d₂＝1）；N为湖泊或水库中可利用总氮量；P为湖泊或水库中可利用总磷量；q为单位氮（N）、磷（P）量能产生的初级生物生态容量值（我们的试验所取得的值为350－510之间）；k为上一级生物生态容量转化为下一级生物生态容量的转化率。

通过上述方法计算出湖泊或水库的生态容量。

7、对湖泊或水库进行生态容量管理：为充分利用水体的生态容量，对湖泊、水库进行相应的合理管理，经求得最大的社会与生态效益。一般把初级生物生态容量的60-80%转化为次级生物生态容量，把次级生物生态容量的30-60%转化为三次生物生态容量，其转化值用b表示。则其湖泊生物生态容量管理运用计算公式如下：

湖泊或水库初级生物生态容量管理值(kg)：G₁^’＝(1－b₁)×G₁；

湖泊或水库次级生物生态容量管理值(kg)：G₂^’＝k×b₁×(1－b₂)×G₁；

湖泊或水库三级生物生态容量管理值(kg)：G₃^’＝k²×b₁×b₂×G₁；

b为人为确定上一级生物生态容量转化为下一级生物生态容量所占上一级容量的比率；

以上单位：水体深度用m，水体面积用m²，水体体积用m³，氮磷含量用mg/L，生物生态容量值为kg。

具体实例一

按上述步骤进行调研，得知该湖面积为12.4万亩，年平均水深为2.0m，年均降水1240.8mm；年均日照1643.3小时，年均太阳总辐射量105.1卡/cm²，年均排入湖水量为16541.6万m³，年均排出水量为20511.6m³，年均湖水蒸发量1000mm。年平均排入湖水的水中总氮（N）、总磷（P）（下同）含量为2.75mg/L、0.3124mg/L，降水中氮、磷含量分别为1.58mg/L、0.0853mg/L，年初湖水中总氮、总磷含量为1.87mg/L、0.2153mg/L，年底湖水中总氮、总磷含量为1.03mg/L、0.06mg/L。年平均排出湖水水中总氮、总磷含量分别为1.0mg/L、0.05>

根据上述数据、依据公式先计算出：

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

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

该湖其生态容量：

初级生物生态容量：

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

次级生物生态容量：

G₂＝k₁×G₁=8452008(kg)；

三级生物生态容量：

G₃＝k₂×G₂=845201(kg)；

该湖生态容量管理值：

如果假定初级向次级、次级向三级生物生态容量转化比率（b）分别为0.8、0.4，则有：

初级：G₁^’＝(1－b₁)×G₁＝16902016(kg)；

次级：G₂^’＝>1×(1－b₂)×G₁＝4056964(kg)；

三级：G₃^’＝>2×b₁×b₂×G₁＝270464(kg)；

由此可得：现有条件下该湖植物类产量可达1.69万吨，滤食性水产品可达4057吨，肉食性水产品可达270吨。

具体实例二

某水库按上述步骤进行调查，得到：面积为2.5万亩，年平均水深为7.0m，年均降水1352.2mm；年均日照1596.3小时，年均太阳总辐射量112.4卡/cm²，年均排入库水量为25680万m³，年均排出水量为26284m³，年均库水蒸发量990mm。年平均排入库水的水中总氮（N）、总磷（P）（下同）含量为1.70mg/L、0.1124mg/L，降水中氮、磷含量分别为1.47mg/L、0.0750mg/L，年初水库中总氮、总磷含量为1.43mg/L、0.0915mg/L，年底库水中总氮、总磷含量为0.97mg/L、0.064mg/L。年平均排出库水水中总氮、总磷含量分别为1.0mg/L、0.05>

根据上述数据，依公式先计算出：

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

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

该库生态容量：

初级生物生态容量：

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

次级生物生态容量：

G₂＝k×G₁=4080943(kg)；

三级生物生态容量：

G₃＝k×G₂=408094(kg)；

该库生态容量管理值：

如果假定初级向次级、次级向三级生物生态容量转化比率（b）分别为0.85、0.55，则有：

初级：G₁^’＝(1－b₁)×G₁＝6121415(kg)；

次级：G₂^’＝>1×(1－b₂)×G₁＝1560961(kg)；

三级：G₃^’＝>2×b₁×b₂×G₁＝190784(kg)；

由此可得：现有条件下该库植物类产量可达6121吨，滤食性水产品可达1561吨，肉食性水产品可达191吨。