[发明专利]一种多尺度水生物多样性计算方法

说明书

本发明公开了一种多尺度水生物多样性计算方法，包括如下步骤：获取水生态样方点的水生物数据和水质数据；基于水生物数据和水质数据聚类水生态样方点，划分水生态地理分区；各水生态地理分区内关键环境因子确定；各水生态地理分区内沿关键环境因子生物多样性计算；样方点、地理分区、研究区多尺度水生物多样性计算。本发明避免了许多计算方法存在的对实际环境因子状况考虑不足，反映区域内沿各环境因子变异性不够全面，生态学意义和计算尺度部分缺失或重叠，对多维的水生物多样性评估不够全面等问题。本方法具有准确性、全面性、客观性的特点，为政府管理者和科研工作者进行水生物多样性保护和维持提供了科学依据。

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其涉及一种多尺度水生物多样性计算方法。

背景技术

随着经济发展和社会进步，全球生物多样性水平出现不同程度降低，密集的人类活动对海洋、陆地和淡水等生态系统造成了显著影响。对于人类生存不可或缺的水生态系统，环境恶化使水生物多样性受到的负面影响逐渐增多，水生态系统退化趋势日益加剧。水生物作为许多生态系统的能源来源，生物多样性对环境扰动表现比较敏感。水生物多样性减少会导致生物遗传资源、生态系统功能多样性丧失，降低人类福祉。

目前存在较多陆地生态系统生物多样性计算模型，水生物多样性计算方法较少。多数水生物多样性计算方法对实际环境因子状况考虑不足，反映区域内生物物种沿各环境因子变异性不够全面，难以体现区域内生物物种沿具体环境因子变异性，同时各指数算法耦合度不足，容易造成对生物多样性评价时生态学意义和计算尺度部分缺失或重叠，难以形成不同尺度生物多样性评价体系，对多维的水生物多样性评估不够全面。因此，构建一个全面、精准的多尺度水生物多样性计算方法十分必要。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种多尺度水生物多样性计算方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多尺度水生物多样性计算方法，包括如下步骤：

1）通过实地采样和室内鉴定获取水生态样方点的水生物丰度、多度和生物量数据，通过水质仪器获得水生态样方点水质数据；

2）基于水生物丰度、多度、生物量数据和水质数据聚类水生态样方点，划分水生态地理分区；

3）各水生态地理分区内关键环境因子确定；

4）各水生态地理分区内沿关键环境因子生物多样性计算；

5）样方点、地理分区、研究区多尺度水生物多样性计算。

步骤2）中，根据步骤1）获取的水生物多度数据、水生物丰度数据、水生物生物量数据和水质数据，通过随机森林法进行水生态样方点聚类，利用多棵树对样方点采集得到的数据进行训练和预测，依据亲近度将全部样方点形成多个聚类群，每个聚类群内样方点亲近度较高。形成多个聚类群后，进一步基于聚类群中心控制点利用泰森多边形法将研究区划分为多个地理分区，每个地理分区水生态环境代表性均较高。

步骤3）中，基于步骤2）划分的多个地理分区，先通过主成分分析法降低地理分区内采样点的数据分析复杂性，进一步利用典型对应分析法或冗余分析法确定各水生态地理分区内关键环境因子，做相关分析时当第一轴轴长大于4，使用典型对应分析法，当第一轴轴长处于3-4间，使用典型对应分析法或冗余分析法均可，当第一轴轴长小于3，使用冗余分析法。

步骤4）耦合物种“出现”和“缺失”的生态学意义，充分考虑生物物种丰度、多度和生物量，构建一种可细化计算生物多样性沿各环境梯度变化情况的方法，即β_e模型，根据公式一、公式二确定各地理分区内沿步骤3）筛选得到的关键环境因子的生物多样性变化情况，其中，沿环境梯度不同生境群落之间物种组成相异性越大β_e数值越高：

公式一

公式二