专利名称：一种流域生态系统健康诊断方法
技术领域：
本发明属于流域水环境质量管理领域，尤其涉及一种“水体采样+生物指示物+水 环境模拟+流域健康诊断”的组合应用方法。该组合应用方法广泛适用于不同规模的流域 水体生态系统，主要是水生植物、水生动物健康状况的诊断。
背景技术：
伴随流域环境质量恶化，其中的污染物已严重影响到流域生态系统健康，甚至水 体污染事故频频发生，如何尽早发现水体中污染物可能威胁到流域生态系统健康？是对流 域进一步采取措施，避免流域污染事故的关键环节，也是流域污染预防的重要议题。特别是 中国，多个流域环境污染事故频频发生，又面临着经济亟待发展和环境质量亟待改善的双 重压力，如何在不影响流域正常运行条件下，对流域生态系统健康状况进行准确诊断，对维 持流域生态系统健康具有重要意义。传统上健康诊断的主体是人或动物。如申请号为CN01810439.8，名称为健康诊断 网络系统，公开号为CN1432166的专利，通过通信网络将患者终端、医生终端和中心服务器 连接在一起，实现对患者的健康诊断功能。在针对河流健康诊断方面，主要有诊断设备和诊断系统，如申请号为 CN200920000350. 2，名称为水环境野外综合采样分析仪，公开号为N201368868的专利，通 过多水质参数分析仪、ASD光谱仪及便携式PC机实体模块，理化参数获取模块、光谱实时处 理模块、电子录入模块、数据整理功能模块，以及数据存储模块，来实现水环境理化参数和 光谱信息的野外综合采样分析功能，具有数据采集效率高、数据分析的实时性，采集数据可 靠的优点。申请号为CN200820160596. 1，名称为一种实现河流健康数据自动采集和自动诊 断的设备，公开号为CN201266951的专利，由终端设备、短信网关接入设备、水利部门河流 健康诊断信息服务设备依次连接共同组成，可实现河流健康数据及时收集和及时诊断。又 如申请号为CN200610011746. 8，名称为基于无线传感器网络的河流流域污染监控系统和方 法，公开号为CN101059907的专利，该监控系统由水质信息采集节点、中继节点、监控基站、 远程服务器构成，可完成水质信息的采集、实时污染物质检测和污染物质超标报警，网络信 息汇聚至远程服务器进行智能化管理，进一步分析得出水质的总体信息的功能，实现了水 质监测的信息化。还有采用指示生物来监测水环境特定污染物的专利。如申请号为 CN200910045952. 4，名称为水环境体系中有机砷饲料添加剂排放预警监测方法，公开号为 CN101482496的专利，选用四膜虫作为指示生物来监测水环境中有机砷饲料添加剂的污染 水平，并用于该污染物排放预警。申请号为CN200910026485. 0，名称为一种移殖淡水双壳贝 类监测环境元素污染的方法，公开号为CN101539538的专利，通过向待监测水域移殖淡水 双壳贝类，测定指示贝类-蛘中软组织元素积累差异及重金属污染物等的含量来监测水环 境中多种重金属和微量元素的污染程度。类似的，申请号为CN200710131141. 7，名称为一 种淡水环境重金属污染和微量元素积累的贝类监测方法，公开号为CN101122593的专利，
3以及申请号为CN200710131142. 1，一种淡水环境重金属汞污染的贝类监测方法，公开号为 CN101122594的专利，选定贝类-背角无齿蛘作为微量元素污染物污染监测的指示生物，来 监测淡水环境重金属污染和微量元素积累的状况，具有稳定性好，可重复性高、可比性强， 系统误差小，可为准确评估及预测上述各污染物对渔业水域的危害风险和发展趋势的优 点。又如申请号为CN200410021949. 6，名称为一种采用蝌蚪对受农药污染水体进行生物监 测的方法，公开号为CN1664581的发明专利，采用蝌蚪作为污水的指示生物，根据污水中蝌 蚪聚集程度来监测受农药污染水体的污染情况，具有方便、快捷和准确等优点。申请号为 CN200410047131. 1，名称为水绵在测试受污染废水的毒性中的应用及其测试方法，公开号 为CN1664579的专利，利用淡水绿藻-水绵作为环境污染指示生物，测试受重金属及表面活 性剂污染的废水和垃圾堆肥滲滤液的生物毒性，具有操作简便、症状易判断、灵敏度高、还 可用于定性分析、反应速度快、省时等特点。申请号为CN99113211. 4，名称为氮硝化过程中 的生物监测方法，公开号为CN1250752的发明专利，采用表壳虫作为污水处理领域中氮硝 化过程的指示性生物，通过显微镜下观测单位体积内的指示性生物即表壳虫的数量，来测 定氮的硝化率，具有节能，省时省力，不消耗化学药剂的优点。申请号CN03136408. X，名称为 用于监测环境样品中二噁英类化合物的生物测试方法，公开号CN1548945的专利，选用草 鱼作为指示生物，利用原代培养技术获得的草鱼肝细胞来监测环境中二噁英类污染物的污 染水平。具有材料易得，操作简便，所需样品量少，成本低廉的优点。另外还有采用指示生物来监测其它环境中污染物的专利。如，申请号为 CN200810042486. X，名称为监测土壤重金属和多环芳烃复合污染的方法，公开号为 CN101344512的专利，采用蚯蚓作为指示生物来监测土壤中重金属和多环芳烃复合污染程 度。具有灵敏高效、操作简便、重复性好的优点。由以上发明专利可以看出，当前针对流域生态系统进行健康诊断的方法，可分成 仪器测定和生物指示测定。对于仪器测定，由于受到设计仪器时对生物耐受污染物响应关 系认知水平、仪器灵敏度、采样方式等主观因素的局限，使得流域中污染物浓度的测定值偏 离实际值，与此同时，在流域生态系统健康的判断方面，是通过对比测定浓度与国家关于水 体质量等级的划分标准来做出推断的，受到水体划分标准制定者的主观性的局限，而推断 过程也是水体健康诊断的间接手段。对于采用指示生物诊断流域生态系统健康方面，大多 局限于针对某一种污染物而选定指示生物，使得当流域出现其它污染物质时，不能及时做 出流域生态系统健康状况下降的判断。开发一种新型的“水体采样+生物指示物+水环境 模拟+流域健康诊断”的组合应用方法，并用于流域生态系统的健康诊断，使之在不同规模、 不同水体生态系统中广泛应用，对预防流域污染事故发生、保障流域生态系统健康具有非 常重要的现实意义。
发明内容
本发明针对流域生态系统主要是水生浮生植物和水生动物这一特点，基于流域生 态系统健康的重要标志是这些生物生存状态(包括数量、生长速度等)持续稳定这一客观 事实，结合不同生物种类对不同的水体污染物敏感程度不同，使得某些特种物种比其它普 通物种对特定污染物更加敏感，并可以作为该特定污染物的指示生物这一客观规律，以及 可以通过指示生物生长状况来观察流域生态系统健康状况这一规律，并应用通过将流域水体采样，经过导管引入到流域水环境模拟区，在水环境模拟区模拟流域中水体流速，并种植 和/或养殖指示生物这一工程技术手段，构建了“水体采样+生物指示物+水环境模拟+流 域健康诊断”的组合应用方法。该方法包括以下五个基本阶段首先确定流域采样点，并设 立取水口，通过引水系统将流域水体引入水环境模拟区；其次是针对流域生态系统特色，选 择敏感指示生物物种；然后建设水环境模拟区，包括流域同质水体集水池、流域水体采样引 水系统、泄水系统，其中在集水池中种植和/或养殖指示生物。如附图1所示。另外为及时 有效获得流域水体相应的指示生物，还要辅助设置指示生物养殖区，分别包括指示动物养 殖区和指示植物种植区，分别如附图2、3所示，用于向水环境模拟区提供一定数量的健康 指示生物。该方法充分利用生态学和生物学基本规律，并结合水环境模拟工程技术手段，以 直观有效准确判断流域生态系统健康作为设计目标，并抓住水体采样、指示生物选择、指示 生物种植和/或养殖、流域水环境模拟等关键步骤，最直观最有效的诊断流域生态系统的 健康状况，使整个系统的设计趋于合理，具有较好的科学性和可行性，适用于不同规模、含 有不同污染物质的各种水体的流域生态系统的健康诊断，具有直观、判断准确的优势。本发明的特征在于所述一种流域生态系统健康诊断系统是基于流域生态系统的 优势物种来确定流域指示生物。因此应用中首先要分析所研究流域的生态系统物种状况， 确定流域的优势物种；然后根据流域的优势物种，率定流域中影响该优势物种健康的主要 污染物类别，并进一步确定流域指示生物。这种方法，可以针对不同流域的生态系统状况， 将特定流域的特定优势物种与其它流域的物种区分开来，使后续所选指示生物的针对性 强，可最大限度的满足对研究流域的生态系统进行健康诊断的目的要求。本发明的特征在于所述一种流域生态系统健康诊断系统是以指示生物作为流域 生态系统健康的监测手段的，因此应用中要在确定流域生态系统优势物种基础上，率定流 域中影响该优势物种健康的主要污染物类别；然后，根据率定的污染物类别选择流域的指 示生物，包括指示植物和指示动物。这种方法中，所选指示生物与影响流域健康的特定污染 物相对应，并可通过观察指示生物的健康状况来对流域生态系统健康状况做出判断，可直 观、准确地对流域生态系统进行健康诊断。本发明的特征在于所述一种流域生态系统健康诊断系统是以流域的实际水体作 为考察流域健康状况水样的。在所述一种流域生态系统健康诊断系统的水环境模拟区中， 将通过在流域内部设定取水口，并通过引水管路将流域的实际水样引入到水环境模拟区内 部，由泄水管路排放水环境模拟区的废水，另外采用格栅避免水环境模拟区内指示动物随 泄水管路流失到流域中，确保了水环境模拟区的水质与流域实际水质的一致性，同时，按照 相似律(雷诺律)设计水环境模拟区，确保了水环境模拟区的水体流速与流域实际流速的 一致性。这种以流域实际水样为基础的方法，可使流域健康的判断结果更加客观公正，可最 大程度地满足应用中准确可靠的要求。本发明的特征还在于所述一种流域生态系统健康诊断系统是以指示生物种植和/ 或养殖区来满足水环境模拟区对指示植物和指示动物的需要的。由于针对流域专门设定指 示生物种植和/或养殖区，不仅保证了指示生物的充量供应，而且保证了指示生物对特定 流域的适用性。本发明的特征在于所述一种流域生态系统健康诊断系统的应用中包括以下步骤: 第一步，将流域水体引入水环境模拟区；第二步，在水环境模拟区投放指示动物，种植指示植物；第三步，观察水环境模拟区指示生物的发育生长，并诊断流域生态系统健康状况。本发明的目的在于提供一种直观、有效、准确的流域生态系统健康诊断的系统方 法，以解决现有方法的不足。与现有方法相比本发明专利具有以下优点(1)系统设计具有科学性从生态学、生物学角度出发，应用生态学基本规律确定 流域优势物种；应用生物学基本规律择定流域指示生物，最大程度的提升了本发明方法的 理论基础水平。(2)直观、准确、实用本发明应用中，通过观察指示生物的发育生长状况，直接判 断流域生态系统健康状况，使得观察直接，判断准确，简便实用。(3)针对性强本发明应用中要结合所研究流域的生态系统中的物种情况，选定 其中的优势物种作为进一步确定指示生物的依据，使得研究结果具有较好的针对性。(4)适用范围广本发明适用于不同规模、含有不同污染物种类的流域的生态系 统健康的诊断。
附图1给出了本发明的工艺流程图其中，1——流域；2——水环境模拟区；3——取水口 ；4——引水管路；5——泵； 6——阀门；7——指示植物；8——指示动物；9——格栅；10——泄水管路；11——泄水口。附图2给出了本发明指示植物种植区示意图其中，1—指示植物种植区；2——指示植物；3——土壤。附图3给出了本发明指示动物养殖区示意图其中，1——指示动物养殖区；2——指示动物；3——培养液。
具体实施例方式以下结合附图详细说明本发明的实施方式。本发明所述一种流域生态系统健康诊断方法充分结合了生物学和水环境模拟的 优势，提高了流域生态系统健康诊断的准确性，如图1所示，在1流域中设置水体采样点3 取水口，经过4引水管路由5泵提升，阀门6控制引水管路的启闭，进入2水环境模拟区，其 中种植7指示植物，养殖8指示动物，废水经9格栅，由10泄水管路经11泄水口返回1流 域。观察2水环境模拟区中7指示植物和8指示动物的生长状况判断1流域生态系统健康。附图1中所述7指示植物由附图2中1指示植物种植区提供。其中附图2中1指 示植物种植区由适合2指示植物的3 土壤供应2指示植物的生长养分。附图1中所述8指示动物由附图3中1指示动物养殖区提供。其中附图3中1指 示动物养殖区由适合2指示动物的3培养液供应2指示动物的生长养分。实施实例某流域地处“鱼米之乡”，以盛产海、农产品闻名。本发明首先分析该流域的优势物 种是水生动物，由于果蔬农作物种植过程中施用大量农药，导致当地面源污染严重，并影响 到流域水体环境，确定该流域的影响优势物种的污染物为农药，籍此，选择蝌蚪作为指示生 物。假定流域平均水流速度3m/s，水环境模拟区内宽度3m，平均水深1. 5m，则要选择额定流 量约为15t/s的泵。将流域水体引入水环境模拟区，并在其中放养蝌蚪，观察蝌蚪的发育成长状况，判定流域生态系统健康状况。另外，专门设置蝌蚪养殖区，以供应水环境模拟区蝌蚪的需求。
权利要求
一种流域生态系统健康诊断方法，其特征在于该方法由流域生态系统优势物种分析、流域典型污染物确定、指示生物选择、指示生物养殖或种植、水环境模拟区建设、流域引水系统和泄水系统建设、流域生态系统健康诊断等分析方法和工程技术串联组成，它基于不同流域，其优势物种不同，污染物种类各异，依此率定流域生态系统优势物种和关键环境污染物，并择定相应的指示生物。通过设计水环境模拟区模拟流域水体环境状况，并在其中种植或养殖指示生物，观察指示生物的发育与生长状况，进行流域生态系统健康诊断。
全文摘要
本发明针对流域污染影响生态系统健康问题，且不同流域生态系统优势物种和污染物类别各异，提供一种直观、准确、实用的流域生态系统健康诊断“水体采样+生物指示物+水环境模拟+流域健康诊断”的组合应用方法。该方法首先率定流域生态系统优势物种，然后分析流域关键污染物种类，依此择定指示生物；根据相似律设计水环境模拟区；确定流域采样点，并设取水口，将流域水体引入水环境模拟区，并在其中种植和/或养殖指示生物；由泄水系统将模拟区内废水泻入流域水体。本方法通过观察模拟区内指示生物的健康状况来判断流域生态系统健康，具有较好科学性和可行性，适于不同规模、含有不同污染物的流域生态系统健康诊断，具有直观、判断准确的优势。
文档编号G06F19/00GK101813686SQ20101012760
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者曾润, 杜艳春, 毛建素 申请人:北京师范大学