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1、(10)申请公布号 CN 102436541 A (43)申请公布日 2012.05.02 C N 1 0 2 4 3 6 5 4 1 A *CN102436541A* (21)申请号 201110279226.6 (22)申请日 2011.09.20 G06F 19/00(2011.01) (71)申请人南开大学 地址 300071 天津市南开区卫津路94号 (72)发明人段梦 朱琳 冯剑丰 (54) 发明名称 基于浮游生物群落变化的生态学基准值计算 方法 (57) 摘要 浮游生物群落对环境压力变化的响应，结合 理化因子，采用综合指数法计算了我国太湖流域 和辽河流域的生态学基准值。初步计算框。
2、架为： 确定流域水环境生态学基准参照点和生态基 准指标；做出参照点各基准指标BOX分布图并 进行评分；将各生态学基准指标得分等权重相 加，并把90分位数值作为该流域的基准值.生态 学基准的建立可用于评价水生态系统结构和功能 的完整性，并有助于找出其它水质基准评价分析 可能忽视的潜在问题。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 5 页 附图 6 页 CN 102436548 A 1/3页 2 1.生态学基准值是基于我国浮游生物群落对环境压力变化的响应，结合理化因子，采 用综合指数法(Multimeric Index)来计算。
3、的，本发明是通过以下技术方案实现的： (1)流域水环境生态学基准的概念及表征方法 流域水环境生态学基准是用于描述满足指定水生生物用途，并具有生态完整性的 水生生态系统的结构和功能的描述型语言或数值。其表征方法包括描述型生态学基准 (Narritative Ecocriteria)及数值型生态学基准(Numeric Ecocriteria)两种方法。 描述型生态学基准：采用描述性的语言对应该满足指定水生生物用途的流域水环境的 生态完整性进行描述。 数值型生态学基准：采用数值的方法对应该满足指定水生生物用途的流域水环境的生 态完整性进行描述。 参考点(Reference Sites，RS)：用以描。
4、述流域内不受损害或受到极小损害水体的生态 学特征，体现了水体在不受人类活动或干扰情况下的“自然”状态。选择合适的水环境参考 状态是进行确定水生态基准的关键。 浮游植物完整性指标(Index of Plankton Integrity，IPI)：通过浮游植物的种类、生 物量、多样性等指标，来表征浮游植物群落结构和功能的状态。 浮游动物完整性指标(Index of Zooplankton Integrity，IZI)：通过浮游动物的种 类、生物量、多样性等指标，来表征浮动物物群落结构和功能的状态。 理化完整性指标(Index of Water Integrity，IWI)：通过化学和物理属性的度量。
5、，来 表征损水体的状态。 生态完整性指标(Index of Ecological Integrity，IEI)：通过化学、物理和生物属性 的度量，来表征未受损生态系统的状态。 (2)流域水环境生态学基准建议值的计算方法 综合指数法是计算流域水环境生态学基准的具体步骤如下： 得到所确定的参照点的每个基准变量Box图，采用95th/25th分位数划分三/四个 区间，将参照点的监测值同Box图比较得到该参照点每个基准变量的隶属区间，得到相应 的值。 可分别采用95th分位数或者25th分位数为划分边界对参照点的分布区建进行划分。 当选择的参照点的受损害较小或比较接近自然状态时，可以选择25th分位数。
6、作为划分边 界，当选择的参照点与自然状态差距较远或包括受损害较大时，可以选择95th分位数作为 划分边界。 将每个参照点的基准变量的赋值进行等权重相加，得到该参照点的完整性指数。每 个参照点的所有基准变量都可以通过与所有参照点的Box图进行对比后可得到赋值，采用 等权重相加，可以得到每个参照点的一个综合完整性指数值。 根据参照点完整性指数的Box图，取25th/90th分位数值作为该完整性指数的基准 值。最后，将反映参照点的浮游植物完整性，浮游动物完整性和理化完整性基准值等权重相 加，得到反映生态完整性的生态学参照综合指数。 (3)流域水环境生态学基准技术框架 确定流域水环境生态学基准参照点(。
7、Reference Sites，RS)、理化完整性指标(Index of Water Integrity，IWI)、浮游植物完整性指标(Index of Plankton Integrity，IPI)、 权 利 要 求 书CN 102436541 A CN 102436548 A 2/3页 3 浮游动物完整性指标(Index of Zooplankton Integrity，IZI)； 参照点各完整性指标BOX分布图； 按照5、25、75、95把BOX图中的数值分布范围划分为三个值区间，并将RS的 各个完整性指标值按所处区间进行赋值； 采用等权重法将RS的各生态学基准指标得分相加，得到反映每个。
8、RS的IWI、IPI、IZI 的分数； 将反映RS的IWI、IPI、IZI基准值等权重相加，得到生态完整性指标(Index of Ecological Integrity，IEI)； 再根据IEI的BOX图，取90分位数值作为该水域的生态学基准值。 (4)流域水环境参考状态选择方法与技术 针对每类水体都需要选择合适的参考点。参考点的确定主要有以下四种方法：历史 数据估计；参照点调查采样；模型预测；专家咨询。 参照点被用来确定水体的参考状态，从而制定出水体的生态学基准值。因此参照点的 选择必须谨慎。参照点指不受损害或受到极小损害且对该水体或邻近水体的生物学完整性 具有代表性的具体地点，参照点应选。
9、择水体内最接近自然的点。在参照点的选择过程中应 遵循两个原则： a、受人类的干扰最小(Minimal Impairment) 参照点因选取未受人为活动干扰的地点，但在具体的水体中真正未受干扰的参照点很 难找到。因此实际上常常选取受到人类干扰最小的地点作为参照点。 b、具有代表性(Representativeness) 所选择的参照点必须可以代表水体调查区域的最优状况。 在水体生境调查与评价的基础上，依据最小干扰和代表性的原则，选取参照点。但实际 上有些水体受人类干扰很大，生态环境与“自然”的状态相差较大，因此没有合适的参照点 可以选择，这时候可以采用生态模型的方法。 5、流域水环境生态学基准指。
10、标评分标准 表1流域水环境生态学基准指标评分标准 权 利 要 求 书CN 102436541 A CN 102436548 A 3/3页 4 2.权利要求1所述的基于浮游生物群落变化的生态学基准值计算方法，可用于计算河 流、湖泊、水库和河口的生态学基准值。 权 利 要 求 书CN 102436541 A CN 102436548 A 1/5页 5 基于浮游生物群落变化的生态学基准值计算方法 技术领域 ： 0001 本发明属于环境科学水质基准的制定领域，是基于我国浮游生物群落对环境压力 变化的响应，结合理化因子，采用综合指数法(Multimeric Index)计算湖泊与河流的生态 学基准值，并。
11、评价湖泊与河流的生态健康状态。 背景技术 ： 0002 美国在20世纪60年代就展开了水质基准的研究和制定工作，制订了包括人体 健康基准(Human Health Criteria)、水生物基准(Aquatic Life Criteria)、沉积物质 量基准(Sediment Quality Criteria)和生物学基准(Biological Criteria)在内的一 系列基准指标体系，其中最常用的水质基准推导方法是EPA在1985年颁布的“推导保护 水生生物及其用途的数值型国家水质基准的技术指南”中的双值基准法基准最大浓 度值(Criteria maximum concentration。
12、，CMC)和基准连续浓度值(Criteria continue concentration，CCC).除美国以外，欧盟、加拿大、澳大利亚荷兰等也分别制定了相应的水 质基准推导方法(PNEC，2003；CCME，1999；ANZECC&ARMCANZ，2000；RIVM，2001).我国学者对 水质基准进行过一定的研究，并按照美国EPA的双值基准法，结合我国部分流域生物的特 点，计算了镉、丙烯晴等个别化合物的水质基准. 0003 上述基准的推导方法都是基于毒理学的方法建立的，通过研究污染物对敏感生物 个体的毒性效应(EPA指出推到基准的毒性数据至少涉及3门8科的生物)，来确定该污染 物的基准值.。
13、这些基准推导方法的思路均认为只要能保护生物群落中的敏感物种，就能保 护整个生物群落(至少95以上，EPA).但这种基准推导方法忽略了生物的种间关系(共 生、共栖、捕食、竞争、寄生等)和种内关系(种内互助、种内斗争)，这种关系会造成污染物 对生物个体的毒性效应不同于对生物群落的.浮游生物是水体中的一个重要生物群落，它 的覆盖面广、繁殖快、对环境的变化敏感、处于营养金字塔的底层，可以作为指示生物群落， 本文基于浮游生物群落从生态学角度来研究水质基准的建立. 0004 为与其它水质基准区分开，将从生态学角度研究的水质基准称为生态学基准 (Ecological Criteria，Ecocriteria。
14、).水体生态学基准是用于描述满足指定水生生物用 途，并具有生态完整性的水生生态系统的结构和功能的描述型语言或数值.生态学基准是 以保护流域水环境生态完整性为目的，通过计算得到流域内不受损害或受到极小损害参照 点的生态完整性指数(Index of Ecological Integrity，IEI).生态学基准的建立可用于 评价水生态系统结构和功能的完整性，并有助于找出其它水质基准评价分析可能忽视的潜 在问题. 发明内容 ： 0005 1、流域水环境生态学基准的相关概念及表征方法 0006 流域水环境生态学基准(Ecological Criteria，Ecocriteria)是用于描述满足 指定水。
15、生生物用途，并具有生态完整性的水生生态系统的结构和功能的描述型语言或数 说 明 书CN 102436541 A CN 102436548 A 2/5页 6 值。其表征方法包括描述型生态学基准(Narritative Ecocriteria)及数值型生态学基准 (Numeric Ecocriteria)两种方法。 0007 描述型生态学基准：采用描述性的语言对应该满足指定水生生物用途的流域水环 境的生态完整性进行描述。 0008 数值型生态学基准：采用数值的方法对应该满足指定水生生物用途的流域水环境 的生态完整性进行描述。 0009 参考点(Reference Sites，RS)：用以描述流域内。
16、不受损害或受到极小损害水体的 生态学特征，体现了水体在不受人类活动或干扰情况下的“自然”状态。选择合适的水环境 参考状态是进行确定水生态基准的关键。 0010 浮游植物完整性指标(Index of Plankton Integrity，IPI)：通过浮游植物的种 类、生物量、多样性等指标，来表征浮游植物群落结构和功能的状态。 0011 浮游动物完整性指标(Index of Zooplankton Integrity，IZI)：通过浮游动物的 种类、生物量、多样性等指标，来表征浮动物物群落结构和功能的状态。 0012 理化完整性指标(Index of Water Integrity，IWI)：通。
17、过化学和物理属性的度 量，来表征损水体的状态。 0013 生态完整性指标(Index of Ecological Integrity，IEI)：通过化学、物理和生物 属性的度量，来表征未受损生态系统的状态。 0014 2、流域水环境生态学基准建议值的计算方法 0015 计算流域水环境生态学基准方法为综合指数法(图1)。 0016 综合指数法是计算流域水环境生态学基准的具体步骤如下： 0017 得到所确定的参照点的每个基准变量Box图，采用95th/25th分位数划分三/ 四个区间，将参照点的监测值同Box图比较得到该参照点每个基准变量的隶属区间，得到 相应的值。 0018 可分别采用95th分。
18、位数或者25th分位数为划分边界对参照点的分布区建进行划 分(图2)。当选择的参照点的受损害较小或比较接近自然状态时，可以选择25th分位数作 为划分边界，当选择的参照点与自然状态差距较远或包括受损害较大时，可以选择95th分 位数作为划分边界。 0019 对参照点分布区域的划分包括三分法、四分法和标准分位数法(图3)。 0020 三分法是将参照点的分布区间划分为三部分，分别进行赋值1、3和5，表示水体的 生态完整性为“差、中和好”。四分法是将参照点的分布区间划分为四部分，分别进行赋值 1、2、3和4，表示水体的生态完整性为“差、一般、良好和优秀”。标准分位数法则是将监测值 与95th分位数所。
19、对应的参照点的值进行相除得到的比值，比值越大，说明与参照点的状态 越接近。 0021 将每个参照点的基准变量的赋值进行等权重相加，得到该参照点的完整性指 数。每个参照点的所有基准变量都可以通过与所有参照点的Box图进行对比后可得到赋 值，采用等权重相加，可以得到每个参照点的一个综合完整性指数值。 0022 根据参照点完整性指数的Box图，取25th/90th分位数值作为该完整性指数的 基准值。最后，将反映参照点的浮游植物完整性，浮游动物完整性和理化完整性基准值等权 重相加，得到反映生态完整性的生态学参照综合指数。 说 明 书CN 102436541 A CN 102436548 A 3/5页 。
20、7 0023 3、流域水环境生态学基准技术框架 0024 流域水环境生态学基准的制定流程如图4所示。 0025 流域水环境生态学基准制定的技术路线如下图5所示。流域水环境生态学基准制 定的技术框架如下图6所示。 0026 4、流域水环境参考点选择方法与技术 0027 针对每类水体都需要选择合适的参考点。参考点的确定主要有以下四种方法： 历史数据估计；参照点调查采样；模型预测；专家咨询。每种方法都有其优点及缺点 (表1)，因此常常需要联合使用这几种方法。 0028 表1建立参考点的四种方法比较 0029 0030 0031 参照点被用来确定水体的参考状态，从而制定出水体的生态学基准值。因此参照 。
21、点的选择必须谨慎。参照点指不受损害或受到极小损害且对该水体或邻近水体的生物学完 整性具有代表性的具体地点，参照点应选择水体内最接近自然的点。在参照点的选择过程 中应遵循两个原则： 0032 a、受人类的干扰最小(Minimal Impairment) 0033 参照点因选取未受人为活动干扰的地点，但在具体的水体中真正未受干扰的参照 点很难找到。因此实际上常常选取受到人类干扰最小的地点作为参照点。 0034 b、具有代表性(Representativeness) 说 明 书CN 102436541 A CN 102436548 A 4/5页 8 0035 所选择的参照点必须可以代表水体调查区域的。
22、最优状况。 0036 在水体生境调查与评价的基础上，依据最小干扰和代表性的原则，选取参照点。但 实际上有些水体受人类干扰很大，生态环境与“自然”的状态相差较大，因此没有合适的参 照点可以选择，这时候可以采用生态模型的方法。确定参考状态的技术路线如图7所示。 0037 5、流域水环境生态学基准指标评分标准 0038 表2流域水环境生态学基准指标评分标准 0039 说 明 书CN 102436541 A CN 102436548 A 5/5页 9 附图说明 ： 0041 图1流域水环境生态学基准建议值计算方法；图2以95或25分位数对参照点的 分布区间进行分区；图3三种不同的赋值方法；图4流域水环。
23、境生态学基准制定流程；图5 流域水环境生态学基准制定技术路线；图6基于浮游生物的流域水环境生态学基准制定技 术框架图7选择参考状态的技术路线。 具体实施方式 ： 0042 确定流域水环境生态学基准参照点(Reference Sites，RS)、理化完整性指标 (Index of Water Integrity，IWI)、浮游植物完整性指标(Index of Plankton Integrity， IPI)、浮游动物完整性指标(Index of Zooplankton Integrity，IZI)； 0043 参照点各完整性指标BOX分布图； 0044 如表2所示，按照5、25、75、95把BO。
24、X图中的数值分布范围划分为三个 值区间，并将RS的各个完整性指标值按所处区间进行赋值； 0045 采用等权重法将RS的各生态学基准指标得分相加，得到反映每个RS的IWI、 IPI、IZI的分数； 0046 将反映RS的IWI、IPI、IZI基准值等权重相加，得到生态完整性指标(Index of Ecological Integrity，IEI).再根据IEI的BOX图，取90分位数值作为该水域的生态 学基准值。 0040 说 明 书CN 102436541 A CN 102436548 A 1/6页 10 图1 说 明 书 附 图CN 102436541 A CN 102436548 A 2/6页 11 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102436541 A CN 102436548 A 3/6页 12 图4 说 明 书 附 图CN 102436541 A CN 102436548 A 4/6页 13 图5 说 明 书 附 图CN 102436541 A CN 102436548 A 5/6页 14 图6 说 明 书 附 图CN 102436541 A CN 102436548 A 6/6页 15 图7 说 明 书 附 图CN 102436541 A 。