一种海洋牧场生态承载力评估与管理系统

本发明涉及海洋牧场建设评估与管理领域，具体是一种基于生态系统能流模型算法的海洋牧场生态承载力评估与管理系统。

背景技术：

1、目前，海洋牧场生态承载力评估方法还处在专业技术人员利用外国专业软件系统(如c语言、r语言、ecopath with ecosim等生态系统评估软件或算法)进行评估的阶段，需要专业人员自行编写程序语言代码，开发算法，导入数据，再进行一系列关于海洋牧场生态承载力的分析。所有开发语言系统界面均为英文，操作门槛过高，而近些年我国海洋牧场建设发展速度较快，又以企业及政府管理者为主导，现阶段缺乏本土化、亲民化、简易化的海洋牧场生态系统评估软件。

2、国外生态系统评估软件系统面向的生态系统种类繁杂，包括陆地、海洋、微生物等等，操作界面繁琐，并且工具列表驳杂，一般的海洋牧场管理企业难以利用。同时，还需要专业的生态学家通过使用软件系统输出的数据重新进行二次数据分析，做不到对海洋牧场管理进行快速、精准的把控。由于市面上还未有一种可以供给普通海洋牧场企业简单、快速、准确、一键式评估海洋牧场生态系统的电脑管理系统，导致海洋牧场管理成本较高，需高薪聘请生态学家进行额外的数据处理与分析，降低海洋牧场企业管理自由度与把控度，影响重要经济苗种的增殖放流和资源修复效率。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明目的是建立一种面向国内各海洋牧场示范区功能多样化、准确度高、成本低廉、适用性强的傻瓜式海洋牧场生态承载力评估与管理系统。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种海洋牧场生态承载力评估与管理系统，包括：界面展示层、后台层；

4、所述界面展示层，用于采集输入的数据或指令，展示海洋牧场生态承载力评估与管理的指数和参数计算结果、图谱和评估报告，实现人机交互直观展示；

5、所述后台处理层，用于根据界面展示层采集的数据或指令计算群落结构多样性指数与生态系统能流参数，生成可视化图谱和报告，进行生物承载力评估。

6、所述界面展示层包括数据输入框、指令按钮、结果展示区、可视化图谱区；所述数据输入框用于用户输入数据；所述指令按钮用于用户选择并执行所选的计算指令；所述结果展示区用于向用户展示指令计算的结果数据以及评估报告；所述可视化图谱区用于以图谱或表格形式向用户展示群落生物功能组之间的捕食关系和能量流动关系。

7、所述后台处理层包括：

8、数据采集模块，用于采集海洋牧场生物群落结构数据、生态系统生物功能组基础数据与生态系统食性组成数据；

9、群落生态特征计算模块，用于根据海洋牧场生物群落结构数据计算群落结构多样性指数；

10、生态系统功能模块，用于将生态系统生物功能组基础数据与生态系统食性组成数据输入建立的生态系统模型并迭代调试模型，计算生态系统能量传输效率、食物网结构可视化、生态系统总体特征和生物承载力评估；

11、生态系统评估报告模块，包括对海洋牧场群落生态特征计算与生态系统功能两个模块的可视化结果进行分析，生成海洋牧场生态承载力评估与管理报告。

12、所述海洋牧场生物群落结构数据为基于海洋牧场生物资源调查的csv文件数据：调查站位编号、物种名称、丰度与生物量数据；

13、所述生态系统生物功能组基础数据为基于海洋牧场生物资源与环境调查划分海洋牧场生态系统各生物功能组的csv文件数据：各功能组的生物量、生产量与生物量的比值、摄食量与生物量的比值、生物量积累、未消化的食物量与捕捞量等海洋牧场生态系统基础数据；

14、所述生态系统食性组成数据为基于各生物功能组生活习性与胃含物食性组成分析的csv文件数据：海洋牧场生态系统各功能组之间的食性组成矩阵。

15、所述群落生态特征计算模块包括：

16、处理单元，用于对全部海洋牧场生物群落生态特征数据进行数据的展示、排序与搜索；

17、计算单元，用于基于海洋牧场生物群落生态特征数据计算海洋牧场生物群落指数：香农威纳生物多样性指数、pielou物种均匀度指数和margalef丰富度指数。

18、所述生态系统功能模块包括：

19、模型单元，基于输入的海洋牧场生物功能组基础数据与生态系统食性组成数据，建立海洋牧场生态系统能流模型，并迭代调试与模型评估；

20、能流可视化单元，基于建立的海洋牧场生态系统能流模型ecopath，计算生态系统中各营养级间能量传输效率，绘制能流效率可视化路径图；

21、食物网可视化单元，基于建立的海洋牧场生态系统能流模型，计算生态系统中的食物网结构特征，绘制食物网可视化结构图；

22、总体特征参数单元，基于建立的海洋牧场生态系统能流模型，计算生态系统总体特征参数，包括系统总流通量、平均路径长度、finn’s循环指数、生态系统聚合度指数及相对聚合度指数；

23、生态承载力计算单元：基于建立的海洋牧场生态系统能流模型，计算海洋牧场各生物功能组生物承载力、增殖潜力与最大可持续产量评估参数。

24、所述建立海洋牧场生态系统能流模型，并迭代调试与模型评估，包括：

25、将生态系统生物功能组基础数据与生态系统食性组成数据输入模型计算ee值，并当不满足截止条件时重新调整两类输入数据，直到满足截止条件停止计算，确定模型各参数；所述截止条件为每个生物功能组的生态营养学效率数值ee小于1。

26、所述海洋牧场单一生物功能组生物承载力为能流平衡临界点时对应的该生物功能组生物量；所述海洋牧场能流平衡临界点为在当前生物功能组生物量条件下任意一个生物功能组的生态营养学效率数值等于1。

27、所述单一营养级间能量传输效率，为该营养级的总输出加上流向下一营养级的能量流量与该营养级总能量流通量的比值；所述能流效率可视化路径图为各功能组按照营养级由低至高排序。

28、所述食物网可视化结构图用于以图谱形式展现所有功能组营养级排序与分布网络图，包括：

29、以各营养级功能组生物量bi为圆的直径，以不等直径的圆表示各功能组，以不同颜色标注各功能组所属营养级，纵轴以各功能组营养级数值由小到大自下而上排列，各功能组之间的连线代表捕食与被捕食关系。

30、本发明具有以下有益效果及优点：

31、1.将海洋牧场生物群落多样性、能量流动、生物承载力评估过程耦合，提高了海洋牧场生态系统评估与管理全面性与准确性；

32、2.所有模块均设置一键计算与分析功能，并于一分钟内生成分析结果与完整报告，能够解决海洋牧场生态系统管理数据分析困难、结果应用效率低、管理成本高等问题；

33、3.简化了海洋牧场生物群落数据与生态系统数据的整理、计算与分析过程，提高了海洋牧场生态承载力分析速度，降低海洋牧场生态承载力评估与管理门槛，可操作性强，无需专业的生态学知识，傻瓜式操作，提高了海洋牧场生态系统评估方法的有效性和实用性。

34、本发明能够根据用户收集的本地海洋牧场生物数据，迅速计算生态系统群落指数，并根据生态系统功能组数据拟合模型，可有效助力我国海洋牧场建设过程中，生态系统关键种的增殖放流政策动态调整、能流循环效率以及生物群落多样性的实时评估与监测，在生态系统层面为海洋牧场建设、管理提供科学评估与指导。