[发明专利]基于营养盐浓度的蓝藻生长模型的构建方法

说明书

本发明公开了基于营养盐浓度的蓝藻生长模型的构建方法，(1)以不同浓度的营养盐培养某一种类蓝藻，初始时刻记为t₀，记录t₀时刻蓝藻的生物量N₀和营养盐的浓度C₀，培养过程中，在若干t时刻检测蓝藻的生物量N，待蓝藻生长经过了对数生长期进入平稳期后，停止培养记录；(2)将实验数据按t、C₀、N₀、N整理成4列，导入软件进行非线性拟合，在软件的非线性拟合功能中输入公式通过拟合获取模型中的参数k、β、λ，从而构建基于营养盐浓度的蓝藻生长模型。本发明将蓝藻的表观出生率与营养盐的浓度关联，构建了基于营养盐浓度的蓝藻生长模型，模型仅需初始时的营养盐浓度和生物量即可预测蓝藻的生长过程，解决了目前“S”型曲线无法根据营养盐浓度模拟预测蓝藻生长过程的难题。

技术领域

本发明涉及水生态领域，特别涉及一种基于营养盐浓度的蓝藻生长模型的构建方法。

背景技术

湖泊水体富营养化引起蓝藻过度繁殖，暴发水华，污染淡水资源，严重破坏湖泊水生态环境，影响经济和社会发展。模拟蓝藻生长，将有助预测蓝藻水华暴发和富营养化湖泊的水环境修复。

水体富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。在自然条件下，随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积，湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这是一个极为缓慢的过程。但由于人类的活动，大量的工业废水、生活污水以及农田径流中的氮磷等营养物进入湖泊后，加速了这一进程。2009年我国66％以上的湖泊和水库已处于富营养化水平(马荣华等,2009)，目前长江中下游的所有湖泊均为富营养化状态。富营养化水体中的藻类将在水体表层阳光充足的范围内过度生长繁殖，在一定的气象条件下会暴发蓝藻水华。蓝藻水华暴发时水中的溶氧含量极低，引起大量水生生物死亡，死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，此过程消耗大量的溶氧，使水体溶氧含量进一步急剧下降，引起水质恶化、发臭。

蓝藻的生长周期可分为4个阶段，分别为适应期(潜伏期)、对数期、稳定期和衰亡期。在适应期，蓝藻生长较缓慢；进入对数期后，蓝藻开始快速生长，其增长量呈对数趋势；当蓝藻增长达到一定程度时，受环境资源制约进入稳定期；随着营养的耗尽，蓝藻趋于衰亡。藻类的生长规律符合“S”型曲线，人们使用“S”型曲线中的Logistic模型拟合不同营养盐浓度时蓝藻的生长情况(黄亮,2016；王正芳,2014)，但该类模型每一种营养盐浓度对应一条Logistic曲线，即营养盐浓度不是模型参数，且模型其中的一个参数为最大生物量，但在实际的应用中，藻类在初期生长时人们并不清楚其在对数生长期之后的最大的生物量，这使得所建立的模型无法模拟不同营养盐浓度时蓝藻的生长情况，从而限制了模型在蓝藻水华预测预警中的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于营养盐浓度的蓝藻生长模型的构建方法，模型仅需初始时的营养盐浓度和生物量即可预测蓝藻的生长过程，解决了目前“S”型曲线无法根据营养盐浓度模拟预测蓝藻生长过程的难题。

蓝藻的生长速率与出生率和死亡率有关，出生率与可用资源的数量有关，如水体中磷元素的浓度越高，则生长快，出生率就高，死亡率与藻类的生长特性有关，一段时间内的死亡率可认为是恒定的。

t时刻蓝藻的表观出生率p(t)按式(1)设置，表观死亡率q设为常数m。

p(t)＝k[C₀-β·N(t)]+a (1)