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申请/专利权人：深圳市爱铭洋养生文化有限公司

摘要：本申请公开了基于生物多样性的水中微生物群落维护方法，涉及生物技术领域，所述方法包括：步骤1：获取目标水体的多个水样本；步骤2：进行周期性的水样本采样和微生物监测，得到时间序列的相对丰度和生态参数；定义每个时间步的群落特征矩阵和每个时间步的生态参数矩阵；步骤3：计算每个时间步的第一多样性指数；计算每个时间步的第二多样性指数；步骤4：建立时空变化模型；步骤5：根据模拟结果，制定多样性维护的目标函数。本发明具有实时性强、针对性强和可靠性高的优点。

主权项：1.基于生物多样性的水中微生物群落维护方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：获取目标水体的多个水样本；获取水样本中初始的不同微生物分类单元的初始相对丰度和初始生态参数；定义初始微生物群落特征矩阵和初始生态参数矩阵；所述初始微生物群落特征矩阵中每个元素表示对应样本中微生物分类单元的初始相对丰度；所述初始生态参数矩阵中每个元素表示对应样本中微生物分类单元的初始生态参数；步骤2：进行周期性的水样本采样和微生物监测，得到时间序列的相对丰度和生态参数；定义每个时间步的群落特征矩阵和每个时间步的生态参数矩阵；步骤3：计算每个时间步的第一多样性指数；计算每个时间步的第二多样性指数；步骤4：建立时空变化模型，用于描述微生物群落在时间和空间上的演化；使用统计方法来估计时空变化模型中的参数；在时空变换模型中，使用估计的参数，对微生物群落的时空变化进行模拟，得到模拟结果；步骤5：根据模拟结果，制定多样性维护的目标函数，目标函数的结果为多样性指数，最大化多样性指数，以此制定多样性维护策略；根据制定的多样性维护策略，对目标水体的水体条件进行改变，以维护水样本中微生物群落的多样性；定义初始微生物群落特征矩阵为Minit；其中，Miniti,j为初始微生物群落特征矩阵Minit中第i行，第j列的元素，表示样本i中微生物分类单元j的相对丰度；定义初始生态参数矩阵为Einit，其中Einiti,j表示样本i中微生物分类单元j的生态参数；定义时间步t的微生物群落特征矩阵为Mt，其中Mti,j表示时间步t的样本i中微生物分类单元j的相对丰度；同时定义时间步t的环境参数矩阵为Et，其中Eti,j表示时间步t的样本i中微生物分类单元j的生态参数；所述生态参数为温度和PH值的加权加和值；生态参数＝温度*温度系数+PH值*PH值系数；步骤3中，使用如下公式，计算每个时间步的第一多样性指数： 其中，At表示在时间步t下计算得到的第一多样性指数；n表示样本的数量，即获取的水样本的数量；m表示每个水样本中的微生物分类单元的数量；α是丰度可调参数，用于调整相对丰度的影响；γ为多样性可调参数，用于调整总体多样性的敏感度；步骤3中，使用如下公式，计算每个时间步的第二多样性指数： 其中，Bt表示在时间步t下计算得到的第二多样性指数；步骤4中建立的时空变化模型使用如下公式进行表示： 其中，Mt+1i，j表示时间步t+1的样本i中微生物分类单元j的相对丰度；rij为样本i中微生物分类单元j的内禀增长率；S为竞争系数；Kij为样本i中微生物分类单元j的承载能力；步骤4中使用统计方法来估计时空变化模型中的内禀增长率rij、竞争系数S和承载能力Kij；其中，内禀增长率rij使用如下公式进行估计： 其中，rij表示样本i中的微生物分类单元j的内禀增长率，Gamma表示Gamma分布；Log-Normal表示Log-Normal分布；α1和β1是Gamma分布的形状参数；和均为先验分布的均值和标准差；Normal为正态分布；竞争系数S使用如下公式进行估计：S＝NormalMiniti,j，Einiti，j；承载能力Kij使用如下公式进行估计： 其中，Rmax为种群增长的极限值，为设定值；Nij为样本i中的微生物分类单元j的种群数量；Cij为样本i中的微生物分类单元j的环境容纳量，为设定值；目标函数使用如下公式进行表示： 其中，J为多样性指数；通过最大化多样性指数，求解得到对应的Mtargeti，j和Etargeti，j；根据Mtargeti，j和Etargeti，j制定多样性维护策略。

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