基于捕食模型的非经典生物水华防治

农业与生态环境SCIENCESCIENCETECHNOLOGY．N—FORMATION匪圈＆I●■■瞄量2删DOI：10．16661／j．Ciqlr~．1672-3791．2017．05．121基于捕食模型的非经典生物水华防治樊丽娟李戈-．常伟婷-．阎少宏’董学超’(1．华北理工大学数学建模创新实验室；2．华北理工大学信息工程学院河北唐山063000)摘要：近年来，水华污染严重导致淡水养殖产量下降的问题愈发严重。该文基于鲢鳙控藻非经典生物操纵理论，首次将捕食模型运用到水华防治方面，得出当鲢鱼鳙鱼和藻类密度比为46：4066时，两个种群能达到平衡的结论，将实际问题数字化，运用生态数学模型，科学地抑制蓝藻水华的发生、提高淡水养殖产量。关键词：非经典生物操纵鲢翁控藻捕食模型淡水养殖中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：l672—379l(2017)o2(b)一0l2卜02随着水产品市场的扩大，淡水养殖产业前景可观。近年来，淡水养殖水体富营养化和污染加剧，严重打击了水产养殖业。水华发生使养殖对象大量死亡，造成巨大的经济损失。为此该文结合鲢鳙控藻非经典生物操纵理论，建立捕食模型，科学地防控水华的发生，进一步提高淡水养殖产量。1鲢鳙控藻非经典生物操纵理论谢平等提出的利用鲢鱼、鳙鱼控制蓝藻技术又称为非经典生物操纵【”，通过放养滤食性鱼类(如鲢鱼、鳙鱼)直接使浮游植物数量受到控制1。其理论尤其在抑制蓝藻水华方面成效颇著，一经提出便受到了水域生态学研究学者的普遍关注。2鲢鱼、鳙鱼及藻类的捕食模型2．1模型的建立借助鲢鱼、鳙鱼及藻类之间的捕食关系，考虑鲢鱼、鳙鱼的出生死亡以及藻类阻滞增长过程中发生水华的阈值等主要因素，构建Loka—VoUerrra捕食模型[3】o(一而bxy．y·：一Dy+一y+cx其中，X和为在放入鲢鱼、鳙鱼时，藻类和鱼类的总量；，为藻类的生长速度；为在未放入鲢鱼和鳙鱼时，藻类的最大承受量；bxy／y+CX为HollingII类功能响应函数；d为鲢鱼、鳙鱼的出生速度；D为鲢鱼、鳙鱼的死亡速度；E。、分别为能量传递效率。2．2参数的确定(1)查阅资料可知鲢鱼、鳙鱼的出生速度d=0．078，死亡速度D=0．016o(2)考虑水中理化因子对藻类密度增长的阻滞作用，建立藻类的阻滞增长模型得出藻类生长速度r：0．1935，藻类的最大承受量位X=950(位10个／升)。(3)鱼类捕食藻类，能量由藻类流向鱼类。鱼类通过呼吸作用消耗掉一部分能量，还有些能量随着粪便等排出，被同化的能量仅有10％～20％。藻类属于第一营养级，能量传递效率较高，取鱼类和藻类间能量传递效率巨、=20％。2．3模型的求解用Matlab求解[1l_而bxy一巨一Dy+一：oV十CX得到4个平衡点(—46，-4044)、(-5．644i，0)、(+5．644i，0)、《46，4066)。2．4平衡点的检验由于鲢鱼鳙鱼和藻类的密度非负，舍去前3个平衡点(46，4066)，对第4个平衡点进行Jacobian~阵检验，验证其是否具有稳定性。将平衡点代入Jacobian的矩阵得到矩阵r-1．2781—0．0007-](五，)lo_4307_o_2l35I求得其特征值为=(一1．2778—0．2137)，其特征值均为负值，该平衡点是稳定点。2．5结果分析该文捕食模型的建立考虑了鱼类的生长率、死亡率，藻类自身的阻滞增长等因素。使得求解结果更加接近自然环境中的生态情形。同理可知捕食模型求解的结果与参数的确定有很大关系，不同的水域生态系统的参数略有差异，在使用该文提供的方法时应联系实际，以求得到最精准的密度比，科学高效地防控水华的发(下转123页)科技资讯SCIENCE＆TECHNOLOGYINFORMATIONl2农业与生态环境2．2自定义控件SOlENOETOHNOLO(3Y。N—FORMATION匪圆＆El■■量翟—幽该系统需要使用大量的控件来设计应用程序，特别是UI界面，而Silverlight并不能支持软件所有功能的控件比如SilverⅡght就不支持监控界面中的某个节点控件。所以笔者在设计节点时，首先利用Silverlight~带的控件画一个圆，继而再在圆中填进去一张与节点相似的图片。与此同时，笔者还想让这个节点具有发光效果，于是找到自定义控件代码后，将一个E进去然后设置为“发光”效果。完成了自定义控件，就可以添加、引用到程序中，该系统在设计“实时监控模块”时，就会使用到各种各样的节点。3数据库设计3．1数据表的定义为了保证数据库的兼容性、稳定性，该文将SQLServer~为系统数据库，先做一张命名为“OldDataTable”的历史数据表(如表1N示)，设定每隔5min自动把数据储存在数据库里。之后再做一张命名为“AlarmtDataTable”的报警数据表(如表2所