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    一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法技術

    技術編號:29400826 閱讀:22 留言:0更新日期:2021-07-23 22:38
    本發明專利技術公開了一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法,屬于環境保護技術領域;首先,選擇湖泊較少人為干擾的區域采集沉積物柱狀樣并將其等距切片分層進行預處理;其次,使用

    【技術實現步驟摘要】
    一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法
    本專利技術涉及環境保護
    ,特別是涉及一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法。
    技術介紹
    水位波動是影響植被生物量、多樣性、組成和結構的核心因子之一,它通過引起光、氧、溫度、營養物等影響植物生長和萌發的環境因子的變化,淺水湖泊在各種水生生態系統中特別容易受到水位波動的影響。近年來,由于全球氣候變化(降水量、降水頻率和單次降水強度的變化)和人類活動(大型水利工程建設、圍墾等)的影響,許多地區的湖泊發生相應的水位波動。水位異常波動會致使湖泊植物退化,河湖自凈能力下降,敞水區沉水植被消失,不少淺水湖泊由“草型清水態”轉為“藻型濁水態”的富營養化狀態,水華肆虐,最終導致水質下降。雖然近年來已經研究了由于氣候變化和水循環變化而引起的淺水湖泊水生生態系統的響應,但是水位波動對湖泊和淡水水庫的湖泊學特征和混合的影響尚未引起應有的重視。有鑒于此,有關維持湖泊生態系統穩定和發展的水位波動管理已經變得十分必要。傳統上,水位波動管理策略主要根據兩種類型的方法來確定:(1)以天然的水位波動作為模板,維持水位波動以達到天然水位波動的水平;(2)根據目標物種對幾個水位參數的響應來設計適宜的水位。第一種策略是基于以下假設:湖泊生態系統已經適應了天然的水位波動,因此維持天然的水位波動可以有效地保護湖泊生態系統的功能完整性。從科學上講,盡量減小天然水位波動和當前水位波動之間的差距是合理的,其重要性已為越來越多的研究所認可。但是,在實踐中將其用作管理策略時也存在一些問題,主要問題是無法探索水位波動與當地生態指標之間的直接聯系,因而我們無法回答更具體的問題,例如:在水生生態系統開始退化之前,我們應該改變多少水位條件以適應其變化,或者我們應該如何管理水位狀況的年內和年際模式,以實現理想的生態效果。第二種方法基于目標物種對水位變化的響應,被認為是確定水位波動管理策略最科學的方法。迄今為止,大型水生植物是水位波動對湖泊生態系統中生物體影響研究最多的目標物種,因為大型水生植物在多種營養水平上對養分循環,沉積物穩定性和群落組成起著關鍵作用。此外,大型水生植物對水位波動的影響敏感,即使小幅下降也可能產生重大影響。最近的研究已根據當地大型水生植物的保護目的確定了各種水位波動管理策略,例如限制過量大型水生植物的生長,維持穩定的群落結構或調節生態系統的演替。然而,全球大多數湖泊缺乏大型水生植物歷史數據,這阻礙了水位管理策略的有效性。歷史數據通常是唯一可用于定義湖泊自然狀態下的信息,它可以設定一個現實的目標,并提供評估策略可重復性的基準。此外,數據統計的偏差,不規則、不可比的時間序列數據或采樣技術差異都會對歷史數據產生影響。從文獻中檢索數據可能是獲得足夠數據而無需花費大量時間進行實地調查的可行方法,但是由于不同研究之間的方法缺乏一致性,因此還存在數據可比性的問題。因此,在缺乏長期監測數據的情況下,沉積物中保存的水生植物的殘留物可能會記錄湖泊大型水生植物的時間變化,并為支持生態上可接受的水位波動策略的設計提供足夠的高質量數據基礎。迄今為止,古生態技術已被廣泛應用于重建歷史生態條件,檢測氣候變化趨勢或通過孢粉,硅藻,棘輪蟲,介形蟲等各種生態指標評估富營養化。特別是,大型水生植物孢粉的濃度可以很好地代表水生植物的生長狀態并反映歷史上的水位狀況。例如,經研究發現,蒿屬和藜科孢粉的豐度與到湖邊緣的距離有關,可用于預測水域的萎縮。同時研究表明,大型水生植物孢粉表現出分區對水位條件的響應,他們得出結論,不同的水位可能導致不同的水生植物孢粉組合。此外,一些研究還成功地將古湖泊學記錄與長期觀測數據相結合。在重疊期間,兩種數據都可以相互支持和互補。盡管如此,在淺水湖泊中很少采用大型水生植物孢粉的古生態學研究來指導水位管理,鑒于此,我們提出了一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法。
    技術實現思路
    本專利技術的目的在于基于古湖泊學方法的框架,以獲取長時間序列的生態數據,并確定具有一定生態基礎的生態水位而提出的一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法。為了實現上述目的,本專利技術采用了如下技術方案:一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法,包括以下步驟:S1、沉積物采樣:在選定的采樣地點利用重力采樣器采集沉積柱樣品,并對樣品進行預處理;S2、定年分析:利用210Pb和137Cs測年技術對沉積柱中的土壤樣品進行定年分析工作;S3、孢粉鑒定與數據處理:采用外加孢粉法來計算孢粉濃度,并根據孢粉濃度百分比含量估算大型水生植物的豐度;S4、環境數據集確定:收集和測定重要環境因子作為用來建模的環境數據集;S5、篩選關鍵環境因子:建立分類和回歸樹模型,篩選生成分類和回歸樹模型的環境因子作為后續建模的解釋變量;S6、建立廣義可加模型:利用分類和回歸樹模型確定的解釋變量,建立特定孢粉濃度與環境因子之間的廣義可加模型,擬合曲線分析變量之間的關系;S7、得出結果:根據S1-S6中所得結果,結合廣義可加模型的圖形,確定湖泊適宜的生態水位條件。優選地,所述S1中提到的沉積柱采樣具體包括以下步驟:A1、通過當地記錄,村民調查,衛星地圖和地形圖確定沒有明顯人為干擾的幾個湖泊區域,將其選為候選的采樣地點;A2.使用重力采樣器在每個候選采樣地點采集30~60cm的沉積柱,選擇具有較好層次結構的沉積柱的地點作為最終采樣地點,并在此采樣地點采集約1m長的沉積柱;A3.將沉積柱以1cm的間距切片分層,做好編號,冷凍干燥,均質化處理,并保存在陰涼處,準備做下一步處理。優選地,所述S2中提到的定年分析具體包括以下步驟:B1、使用OrtecHPGeGWL系列檢測器,采用直接伽馬光譜法對土壤樣品進行210Pb,226Ra和137Cs的放射性強度分析;B2、通過從總210Pb放射性強度中減去226Ra放射性強度獲得210Pbexc的強度,其計算公式為:210Pbexc=210Pbtot-210Pbsupp式中:210Pbexc表示剩余210Pb的放射性強度;210Pbtot為測量得到的210Pb總強度;210Pbsupp為與樣品中226Ra衰變形成210Pb的放射性強度;B3、根據各個樣品層的210Pbexc,對應得到各個深度的210Pbx,進而通過公式計算各個樣品層的年代,其公式具體為:210Pbx=210Pb0·e(-λt)式中:210Pbx表示深度為x處的210Pb放射性強度;210Pb0為表層210Pb放射性強度;λ為210Pb半衰期常數;t為深度x的年齡;B4、根據核試驗高峰期的年代和核素137Cs在沉積物中的分布對應,確定峰位的年代,從而求得近代沉積物的沉積速率及年齡,以驗證210Pb測年的準確性。優選地,所述S3中提到的孢粉鑒定與數據處理具體包括以下步驟:C1、稱重:依據巖性決定分析樣品的重量,湖泊沉積物土壤樣品取2~5g,砂性較重的樣品取5~20g;C2、加指示性花本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    1.一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法,其特征在于,包括以下步驟:/nS1、沉積柱采樣:在選定的采樣地點利用重力采樣器采集沉積柱樣品,并對樣品進行預處理;/nS2、定年分析:利用

    【技術特征摘要】
    1.一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法,其特征在于,包括以下步驟:
    S1、沉積柱采樣:在選定的采樣地點利用重力采樣器采集沉積柱樣品,并對樣品進行預處理;
    S2、定年分析:利用210Pb和137Cs測年技術對沉積柱中的土壤樣品進行定年分析工作;
    S3、孢粉鑒定與數據處理:采用外加孢粉法來計算孢粉濃度,并根據孢粉濃度百分比含量估算大型水生植物的豐度;
    S4、環境數據集確定:收集和測定重要環境因子作為用來建模的環境數據集;
    S5、篩選關鍵環境因子:建立分類和回歸樹模型,篩選生成分類和回歸樹模型的環境因子作為后續建模的解釋變量;
    S6、建立廣義可加模型:利用分類和回歸樹模型確定的解釋變量,建立特定孢粉濃度與環境因子之間的廣義可加模型,擬合曲線分析變量之間的關系;
    S7、得出結果:根據S1-S6中所得結果,結合廣義可加模型的圖形,確定湖泊適宜的生態水位條件。


    2.根據權利要求1所述的一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法,其特征在于,所述S1中提到的沉積柱采樣具體包括以下步驟:
    A1、通過當地記錄,村民調查,衛星地圖和地形圖確定沒有明顯人為干擾的幾個湖泊區域,將其選為候選的采樣地點;
    A2.使用重力采樣器在每個候選采樣地點采集30~60cm的沉積柱,選擇具有較好層次結構的沉積柱的地點作為最終采樣地點,并在此采樣地點采集約1m長的沉積柱;
    A3.將沉積柱以1cm的間距切片分層,做好編號,冷凍干燥,均質化處理,并保存在陰涼處,準備做下一步處理。


    3.根據權利要求1所述的一種基于古湖沼學方法的湖泊適宜生態水位確定方法,其特征在于,所述S2中提到的定年分析具體包括以下步驟:
    B1、使用OrtecHPGeGWL系列檢測器,采用直接伽馬光譜法對土壤樣品進行210Pb,226Ra和137Cs的放射性強度分析;
    B2、通過從總210Pb放射性強度中減去226Ra放射性強度獲得210Pbexc的強度,其計算公式為:

    210Pbexc=210Pbtot-210Pbsupp
    式中:210Pbexc表示剩余210Pb的放射性強度;210Pbtot為測量得到的210Pb總強度;210Pbsupp為與樣品中226Ra衰變形成210Pb的放射性強度;
    B3、根據各個樣品層的210Pbexc,對應得到各個深度的210Pbx,進而通過公式計算各個樣品層的年代,其公式具體為:

    210Pbx=210Pb0×e(-λt)
    式...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:楊盈沈周寶李明威
    申請(專利權)人:東莞理工學院
    類型:發明
    國別省市:廣東;44

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