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申请/专利权人：河海大学

摘要：本发明涉及一种沿海滩涂生态健康评估方法，包括以下步骤：计算综合环境指数，确定参考点和对照点；构建候选参数指标库；筛选细菌、古菌和微型真核生物核心微生物指标；随机森林模型训练，计算核心指标权重，构建亚微生物完整性指数；基于随机森林优化的亚微生物完整性指数的权重，构建综合微生物完整性指数；评价结果可靠性分析。本发明以微生物完整性指数为基础，综合考虑了细菌、古菌和微型真核生物类群，运用随机森林算法，建立了一套针对沿海滩涂湿地的生态健康状况评价体系。

主权项：1.一种沿海滩涂生态健康评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：计算综合环境指数CEI，确定评估参考点，具体的计算方法如下：步骤1.1、在有待评价的沿海滩涂区域内设置若干采样点，监测各采样点的滩涂生境结构稳定性、海水水质质量、毒理性、社会功能五个方面的环境指标，构建综合环境候选指标库；步骤1.2、指标的20分位、40分位、60分位、80分位的值作为临界值，将指标分成五等级，依次赋分1-5分，再利用主成分分析的方法对所有的所述环境指标得到各指标的权重，基于加权平均值构建综合环境指数CEI；步骤1.3、对所述综合环境指数CEI进行赋分，并以总分值区间的a分位划分参照点和受损点，选取高分位部分为参考点，其中，a为正整数；步骤2：构建包含细菌、古菌、微型真核生物准则层的沿海滩涂生物评估体系，建立候选微生物参数指标库；步骤3：筛选细菌、古菌和微型真核类群核心微生物指标，对核心微生物指数进行赋分，具体过程如下：步骤3.1、首先进行时空分布检验，以保障指标的普适性，候选指标库中筛选出各类群至少80％以上空间或时间序列的样点都能检测出现的指标，若某指标在20％以上的采样点内相对丰度或者分数为0，即排除该指标；步骤3.2、其次进行判别能力检验，筛选出参照点和受损点具有高辨识度的候选指标，对步骤1.3中筛选出的各类群候选参数进行Mann-WhitneyU检验，筛选出参照点和受损点具有显著差异p0.05的候选指标；步骤3.3、最后进行冗余性检验，以减少指标信息的重叠程度，对步骤3.2筛选的各类群候选指标进行pearson检验，以p0.05，R2＝0.7为基准，若R2≥0.7，则表明两指标信息重叠程度大，剔除其中之一，若R2＜0.7，则表明两指标信息重叠程度小，二者皆可保留；最后保留下来的为核心微生物参数；步骤3.4、为减少峰值的影响，将步骤3.3中最后得到的核心微生物指标xi进行处理，xi表示第i个核心微生物指标的数值，其中比例变量进行平方根反正弦变换对其余变量进行对数变换lgxi，比例变量为百分比数据；步骤3.5、如果核心微生物指数随着环境恶化而降低，则按照公式1进行计算；如果核心微生物参数随着环境恶化而增加，则按照公式2进行计算：分值＝100×观测值-下临界值上临界值-下临界值公式1分值＝100×观测值-上临界值下临界值-上临界值公式2公式1和公式2中下临界值和上临界值分别表示核心微生物指数数字的5％、95％分位点；步骤4：基于随机森林模型计算各类群核心微生物指标权重，构建各类群的亚微生物完整性指数，具体过程如下：步骤4.1、以步骤1建立的综合环境指数CEI作为因变量，以步骤3.5处理后的各类群核心微生物参数作为解释变量，利用随机森林模型训练，随机选取70％的样本作为训练集，剩余百分之30为预测集，生成1000棵经典决策树；步骤4.2、对核心微生物指标进行类群划分，采用均方误差百分比Ai和节点纯度增量Bi作为衡量指标，分别确定步骤4.2中各类群的解析变量对因变量的相对影响，将Ai和Bi的归一化的平均值作为各类群核心微生物参数的权重ωi，具体计算公式如下： 式中：ωBi、ωAi、ωEi表示细菌类群、古菌类群和微型真核动物类群的第i个核心微生物指标的权重，ABi、AAi、AEi表示细菌类群、古菌类群和微型真核动物类群第i个均方误差百分比，BBi、BAi、BEi表示细菌类群、古菌类群和微型真核动物类群第i个核心微生物指标的节点纯度增量；步骤4.3、将步骤4.2得到各类群核心微生物参数的权重，基于加权平均值计算分别构建细菌亚生物完整性指数Ba-IBI、古菌亚生物完整性指数Ar-IBI和微型真核生物亚完整性指数Eu-IBI，计算公式如下： 式中：Ba-IBI、Ar-IBI、Eu-IBI表示细菌亚生物完整性指数、古菌亚生物完整性指数和微型真核亚生物完整性指数，MBi、MAi、MEi表示细菌类群、古菌类群和微型真核动物类群第i个核心物种得分；步骤5：基于随机森林模型优化亚微生物完整性指数权重，并构建综合微生物完整性指数CM-IBI，评价等级划分和评价结果可靠性分析，具体过程如下：步骤5.1、以步骤1建立的综合环境指数CEI作为因变量，以步骤4.4得到的各类群亚微生物完整性作为解释变量，利用随机森林模型训练，随机选取70％的样本作为训练集，剩余百分之30为预测集，生成1000棵经典决策树；步骤5.2、继续采用均方误差百分比Ai和节点纯度增量Bi作为衡量指标，分别确定步骤5.1中各类群的解析变量对因变量的相对影响，将Ai和Bi的归一化的平均值作为各亚微生物完整性指数的权重，构建综合微生物完整性指数CM-IBI，具体计算公式如下： 式中：ωBa-IBI、ωAr-IBI、ωEu-IBI分别表示细菌亚生物完整性指数、古菌亚生物完整性指数和微型真核生物亚完整性指数的权重，MBa-IBI、MAr-IBI、MEu-IBI表示细菌亚生物完整性指数、古菌亚生物完整性指数和微型真核生物亚完整性指数的得分；步骤5.3、基于步骤5.2得到的综合微生物完整性指数分值从高到低划分的五个等级，分别为非常健康、健康、亚健康、不健康和病态，将各采样点的得分对应到每个等级，从而得到最终评价结果。

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