一種底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)需求模型構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于魚類行為生態(tài)學(xué)研宄技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)需求模 型構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 河床質(zhì)是河流生物棲息地重要物理組成部分，在魚類不同生活史階段扮演著不同 的角色和功能，如產(chǎn)卵、攝食、藏匿、越冬等。河床質(zhì)特征是魚類棲息地評(píng)估和生境修復(fù)的重 要指標(biāo)。一些典型生態(tài)類群魚類如底棲魚類、底部產(chǎn)卵魚類、底層攝食魚類等對(duì)河床質(zhì)的依 賴性更強(qiáng)，在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中逐漸對(duì)不同的基質(zhì)形成偏好和適應(yīng)，并在后代個(gè)體行為發(fā)育 中表現(xiàn)。就底層產(chǎn)卵魚類而言，其繁殖共位群類型就有多種，如喜石、喜砂、喜泥、喜穴、喜巢 等。形成了穩(wěn)定繁殖對(duì)策的魚類在產(chǎn)卵基質(zhì)發(fā)生改變后，其自然繁殖很可能因生境破壞和 喪失而下降或停止。如大馬哈魚等鮭科魚類，其產(chǎn)卵方式大多是將受精卵埋在一定粒徑的 砂質(zhì)巢穴中孵化，因此，砂粒的大小及布局決定了巢穴數(shù)量、巢穴的穩(wěn)定性、巢穴內(nèi)的水流、 溶氧及氨氮交換量，細(xì)沙及泥等河流中常見(jiàn)沉積物就會(huì)對(duì)產(chǎn)卵場(chǎng)功能及繁殖效果產(chǎn)生影 響。舞魚類也為江底產(chǎn)粘性卵魚類，產(chǎn)卵是粘附在其產(chǎn)卵基質(zhì)一般要求硬質(zhì)底質(zhì)，大多要求 卵石、礫石或基巖等。一定程度的細(xì)沙和底泥的覆蓋也會(huì)影響舞魚胚胎發(fā)育成活率。因此， 開(kāi)展底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)需求模型研宄對(duì)其棲息保護(hù)、生態(tài)修復(fù)的重要指導(dǎo)意義。特別是 目前由于水利工程、航道疏浚等項(xiàng)目的影響，對(duì)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)，特別是舞魚、鮭鱒魚等底層魚 類產(chǎn)卵場(chǎng)破壞較嚴(yán)重，開(kāi)展產(chǎn)卵場(chǎng)的河床質(zhì)需求研宄極為迫切。目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展河床質(zhì)需 求方面的研宄一般更多關(guān)注對(duì)自然河段的河床質(zhì)特征的生態(tài)調(diào)查與評(píng)估。由于自然河床質(zhì) 類型復(fù)雜，不同河床質(zhì)的布局的多樣性決定了河床質(zhì)需求研宄的復(fù)雜性。因此，本文嘗試通 過(guò)建立模型并對(duì)其特征參數(shù)及微生境參數(shù)進(jìn)行測(cè)量定量，結(jié)合生物學(xué)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)建立和完善 底層魚類的河床質(zhì)需求的模型，從而對(duì)客觀開(kāi)展底層魚類繁殖需求和完善野外調(diào)查研宄的 有重要的支撐作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)需求模型構(gòu)建方法，目的之一是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)需求研宄的物理平臺(tái)設(shè)計(jì)和搭建，另一方面是通過(guò)對(duì)平臺(tái)的自身物 理參數(shù)和內(nèi)部的微生境參數(shù)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)模型的參數(shù)控制；再者，通過(guò)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn) 行優(yōu)化篩選，從而最終實(shí)現(xiàn)底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)物理和數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。目前國(guó)內(nèi)外研宄 中尚未有研宄致力于提出通過(guò)建立河床質(zhì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)河床質(zhì)需求的模擬與構(gòu)建的 研宄方法，也沒(méi)有提出實(shí)驗(yàn)室如何實(shí)現(xiàn)河床質(zhì)模型的參數(shù)控制方法。這一研宄模型構(gòu)建方 法最終目的是將實(shí)驗(yàn)室或野外生物學(xué)效應(yīng)數(shù)據(jù)相結(jié)合可用于評(píng)估天然河床質(zhì)的適合度情 況。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)需求模型構(gòu)建方法，包括 以下步驟，
[0005] 步驟1，構(gòu)建河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元；
[0006] 步驟2,河床質(zhì)模型構(gòu)建；
[0007] 步驟3,河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元的微生境特征測(cè)量；
[0008] 步驟4,河床質(zhì)模型的生物學(xué)效應(yīng)測(cè)試：
[0009] 步驟5,綜合對(duì)比河床質(zhì)模型參數(shù)、河床質(zhì)微生境參數(shù)及河床質(zhì)生物學(xué)效果參數(shù)， 建立底層產(chǎn)卵魚類的河床質(zhì)適合度曲線，篩選出適合于底層產(chǎn)卵魚類的最優(yōu)河床質(zhì)模型參 數(shù)范圍。
[0010] 本發(fā)明的特征還在于，
[0011] 步驟1的具體過(guò)程是：采用PVC材料制作長(zhǎng)方體型河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元，實(shí)驗(yàn)單元的兩 側(cè)面為固定擋板，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流作用；上面為空框架，可插擋板或架設(shè)視頻攝像，水可以自由流 通；前面、后面和底面插有不同孔徑的擋板，用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)的水流，實(shí)驗(yàn)單元底部有 四個(gè)支腳支撐，使實(shí)驗(yàn)單元底部離水。
[0012] 步驟2的具體過(guò)程是：在實(shí)驗(yàn)單元中通過(guò)鋪設(shè)不同粒徑的河床質(zhì)或者將不同粒徑 的河床質(zhì)進(jìn)行組合分布以形成不同的河床質(zhì)模型，河床質(zhì)模型的參數(shù)有以下指標(biāo)：
[0013] 河床基質(zhì)粒徑系數(shù)巾=-10&D/%，其中P為粒徑系數(shù)；D為河床模型卵石河床的 直徑，D可取河床質(zhì)長(zhǎng)徑，或長(zhǎng)徑與短徑的平均；％為1標(biāo)準(zhǔn)單位；
[0014] 河床基質(zhì)粒徑系數(shù)頻譜圖：依據(jù)河床質(zhì)粒徑系數(shù)，橫坐標(biāo)為河床基質(zhì)粒徑系數(shù)爐， 縱坐標(biāo)為小于或大于某粒徑的卵石河床質(zhì)的累計(jì)數(shù)量百分含量；
[0015] 表層河床質(zhì)縫隙：實(shí)驗(yàn)單元中相鄰且不相交卵石表層河床質(zhì)之間的縫隙范圍，統(tǒng) 計(jì)最大縫隙D max、最小縫隙Dmin和平均縫隙D avOTage;
[0016] 河床質(zhì)隙縫比：河床實(shí)驗(yàn)單元隙逢與河床質(zhì)體積之比，反映了河床質(zhì)之間的縫隙 大小，決定了河床實(shí)驗(yàn)單元的水體交換率，G = V/%-1，G為河床實(shí)驗(yàn)單元隙逢與河床質(zhì)體 積之比，V為河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元沉入水中時(shí)表面剛剛淹沒(méi)時(shí)的實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)的水體體積，'為河 床質(zhì)的體積，即排水量；
[0017] 河床質(zhì)表面細(xì)砂覆蓋度：河床模型表面卵石河床質(zhì)之間的縫隙被細(xì)砂河床質(zhì)覆蓋 的程度，E = S/S，E為覆蓋系數(shù)，SiS河床質(zhì)模型區(qū)域內(nèi)細(xì)沙河床質(zhì)占據(jù)的表面面積，S為 河床質(zhì)模型研宄區(qū)域的總表面積。
[0018] 步驟3的具體過(guò)程是，將河床質(zhì)模型單元放在循環(huán)水道中以模擬河床質(zhì)在河床底 部的分布狀態(tài)，通過(guò)控制水流和水位構(gòu)建河床質(zhì)模型的微生境環(huán)境，對(duì)于河床質(zhì)內(nèi)部微生 境環(huán)境參數(shù)，通過(guò)在人工河床質(zhì)模型內(nèi)部埋置微細(xì)水流采集導(dǎo)管，試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)注射器 深入導(dǎo)管內(nèi)部采集河床質(zhì)內(nèi)部不同點(diǎn)的水體，從而進(jìn)行溫度、溶氧、氨氮、非離子氨、pH各種 水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)；基于魚類胚胎發(fā)育環(huán)境影響因子考慮，微生境監(jiān)測(cè)指標(biāo)有溫度、流速、溶氧、 氨氮、PH、非離子氨參數(shù)，或根據(jù)需要進(jìn)行其它水體參數(shù)測(cè)試。
[0019] 步驟4的具體過(guò)程是，模仿自然繁殖狀態(tài)，鋪設(shè)不同粒徑河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元，將受精 卵隨機(jī)鋪設(shè)在河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元中，進(jìn)行粘附孵化實(shí)驗(yàn)，控制水溫、水流，定期對(duì)河床微生境 因子進(jìn)行測(cè)量；對(duì)河床質(zhì)模型內(nèi)受精卵的容納量、胚胎粘附脫落率、胚胎發(fā)育成活率、孵化 出苗率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)比分析河床質(zhì)模型的生物學(xué)效應(yīng)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 1.本發(fā)明的構(gòu)建方法初次建立了河床質(zhì)研宄模型及模型參數(shù)評(píng)估系統(tǒng)，可用于營(yíng) 造仿自然的河床質(zhì)環(huán)境。
[0022] 2.本發(fā)明的構(gòu)建方法首次提供了實(shí)現(xiàn)對(duì)河床質(zhì)模型自身參數(shù)和內(nèi)部微生境參數(shù) 進(jìn)行有效監(jiān)控和測(cè)量的方法。
[0023] 3.本發(fā)明的構(gòu)建方法提供了基于模型參數(shù)、內(nèi)部環(huán)境參數(shù)及生物學(xué)效應(yīng)參數(shù)進(jìn)行 河床質(zhì)模型優(yōu)化篩選方法。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是兩種模型的河床質(zhì)粒徑系數(shù)頻譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明的一種底層產(chǎn)卵魚類河床質(zhì)需求模型構(gòu)建方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：
[0026] 步驟1，構(gòu)建河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元：
[0027] 采用PVC材料制作長(zhǎng)方體型河床質(zhì)實(shí)驗(yàn)單元，實(shí)驗(yàn)單元的兩側(cè)面為固定擋板，可 以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流作用；上面為空框架，可供視頻攝像記錄，也可以插擋板，水可以自由流通；前 面、后面和底面是插有不同孔徑的擋板，用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)單元內(nèi)的水流，實(shí)驗(yàn)單元底部有四個(gè) 支腳支撐，使實(shí)驗(yàn)單元底部離水，有利于水體交換及監(jiān)測(cè)；
[0028] 步驟2,河床質(zhì)模型構(gòu)建：
[0029] 在實(shí)驗(yàn)單元中通過(guò)鋪設(shè)不同粒徑的河床質(zhì)或者將不同粒徑的河床質(zhì)進(jìn)行組合分 布以形成不同的河床質(zhì)模型，河床質(zhì)模型的參數(shù)有以下指標(biāo)：
[0030] 河床基質(zhì)粒徑系數(shù)巾=-10&D/%，其中（i)為粒徑系數(shù)；D為河床模型卵石河床的 直徑，D可取河床質(zhì)長(zhǎng)徑，或長(zhǎng)徑與短徑的平均；％為1標(biāo)準(zhǔn)單位；
[0031] 河床基質(zhì)粒徑系數(shù)頻譜圖：依據(jù)河床質(zhì)粒徑系數(shù)，橫坐標(biāo)為河床基質(zhì)粒徑系數(shù) 小，縱坐標(biāo)為小于或大于某粒徑的卵石河