[发明专利]有机污染物影响下的水生生态系统种群数量的预测方法

权利要求书

1.有机污染物影响下的水生生态系统种群数量预测方法，其特征在于，包括如下步骤，

S1、通过有机污染物在生物体内的传递转化过程，构建生物体内污染物转化模型，进而得到水生生态系统生物体内有机污染物浓度受摄食行为影响下的变化情况模型；

S2、通过所述生物体内污染物转化模型，针对导致生物体死亡时累积的有机物污染物相同，建立等效关系式，获取水体中有机污染物浓度受生物体摄取的影响变化情况模型，

S3、通过分析有机污染物浓度与生物致死率的数据，对生物体的物种敏感度分布模型的拟合效果进行对比，构建单一物种有机污染物毒性效应模型；

S4、构建污染物影响下的水生生态系统食物网种群数量动态模型；所述食物网种群数量动态变化模型至少与水生生态系统的食物网中各营养级生物种群的自然生长率和自然死亡率、各营养级生物种群之间的捕食与被捕食关系，以及污染物对各营养级生物种群的毒性致死作用相关；所述污染物对各营养级生物种群的毒性致死作用通过所述单一物种有机 污染物毒性效应模型和所述生物体内污染物转化模型计算获取；

所述步骤S1中，通过有机污染物在生物体内的传递转化过程，构建生物体内污染物转化模型，进而得到水生生态系统生物体内有机污染物浓度受摄食行为影响下的变化情况模型，具体包括如下步骤：

S1.1、由于有机污染物在生物体内的主要摄取途径包括从食物中摄取和直接从水体中获取，故而生物体内污染物转化模型用如下的污染物在生物体内传递转化的微分方程表示为：

式中，C_B——生物体内有机污染物浓度，mg/g；

C_w——水体中有机污染物浓度，mg/L；

C_f——食物中有机污染物浓度，mg/g；

k_w——水体中有机污染物吸收速率常数，无单位；

k_f——食物中有机污染物吸收速率常数，无单位；

k₂——有机污染物排出速率常数，无单位；

S1.2、由于需要模拟有机污染物的长期毒性效果，故而认为生物体和水体环境中的有机污染物传递达到平衡状态，即dC_B/dt＝0；所以生物体内有机污染物浓度C_B可由下述公式表示：

所述步骤S2中，通过所述生物体内有机污染物转化模型，针对导致生物体死亡时累积的有机物污染物相同，建立等效关系式，获取水体中有机污染物浓度受生物体摄取的影响变化情况模型，具体为：

C_B＝C′_B (2.1)

即，

k_wC_w＝k_ωC′_w+k_fC_f (2.3)

由此，得水体中有机污染物浓度受生物体摄取的影响变化情况模型的表达式为：

式中，C_w——未考虑生物体通过食物摄取有机污染物时水体中有机污染物的浓度，mg/L；

C_w′——考虑生物体通过食物摄取有机污染物时水体中有机污染物的浓度，mg/L；

所述水体中有机污染物吸收速率常数k_w简化为：

式中，E_w——生物体通过水体环境暴露途径摄取的有机污染物效率，无单位；

G_V——生物体的呼吸速率，L/d；

W_B——生物体湿重，g；

其中，E_w与有机污染物特性logK_ow有关，根据不同的logK_ow取值范围会对应不同的关系式，K_ow为有机污染物正辛醇水分配系数；G_V是生物吸水的速率，与生物消耗氧气的速率有关，表示为：

式中，V_ox——生物消耗氧气的速率，mg O₂/d；

C_ox——水体中氧气浓度，mg O₂/L；

C_ox与水体的温度和氧饱和度有关，表示为:

C_ox＝(-0.24T+14.04)S (1.5)

式中，T——水温，℃；

S——水体中溶解氧含量，％；

而生物消耗氧气的速率V_ox与生物体的质量有关:

结合公式1.4-1.6，得到如下同时适用于鱼类、无脊椎动物和浮游动物的G_V表达式：

所述食物中有机污染物吸收速率常数k_f简化为：

k_f＝E_fR (1.8)

式中，E_f——有机污染物食物暴露途径摄取的效率，无单位；对于不同的物种类型有不同的E_f值；

R-食物摄取量，g prey/(g·d)；

所述有机污染物排出速率常数k₂表达式为：

式中，p-物种常数，鱼取445，无脊椎动物取890，无单位；

L-生物体内脂质含量，glipid/g organism；

将所述水体中有机污染物吸收速率常数k_w表达式和所述食物中有机污染物吸收速率常数k_f的表达式代入所述水体中有机污染物浓度受生物体摄取的影响变化情况模型，可得所述水体中有机污染物浓度受生物体摄取的影响变化情况模型表达式为：

所述有机污染物包括多氯联苯PCBs，针对多氯联苯PCBs，对生物体的物种敏感度分布模型进行对比，选取拟合效果更好的韦伯分布模型，根据韦伯分布的累积概率函数表达式，得到单一物种有机污染物毒性效应模型的表达式为：

式中，m、n——分别为确定韦伯分布范围和形状的参数；

C_w——考虑生物体通过食物摄取有机污染物时水体中污染物的含量，mg/L；

P_i——有机污染物对i种群的致死率。