CN101611682B - 植物-土壤-水域格局优化生态节水技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境科学与恢复生态学领域，尤其涉及一种植被-土壤-水域格局优化的生态节水技术与方法。以现状植被覆盖率与生物量为背景，根据当地的主导风向，通过调整目标区域的植被-水域-土壤分布格局为集中分布式、分散分布式、条带分布式、环状分布式、与均匀分布式，实现植被-水域-土壤的格局优化。通过调整植被蒸腾与水域-土壤蒸发的比率，实现整体蒸散发耗水量的降低，达到生态节水的目的。可根据不同的水资源状况、节水目标、植被特征与费用情况选择不同的生态节水技术的实施方式。本发明克服了现有节水技术从灌溉出发的定势，有效解决了自然生态系统中，水分供给无法人为调控的前提下，植被群落系统的生态节水技术，从根本上实现水资源的节约和高效利用。

Description

植物-土壤-水域格局优化生态节水技术

技术领域

本发明属于环境科学与恢复生态学领域，尤其涉及一种水生植物-土壤-水域格局优化的生态节水技术与方法。可实现在自然条件下，供水条件不可人为控制前提下植被耗群落水量调控。

背景技术

我国的北方地区属于干旱半干旱地区，近些年来，区域生态环境的保护与区域经济发展的矛盾日渐尖锐。一方面，水资源缺乏日益成为制约我国经济社会发展的重要因素。全国正常年份缺水量约400亿m³，可利用的水资源总量的减少使得地方经济与生态系统争夺水资源的矛盾日益突出。另一方面，地方经济的发展和生态系统本身在水资源的利用方面缺乏可持续性，工农业长期以来采用粗放型作业方式，水资源的利用率低下，浪费现象普遍存在。国家发展改革委提供的资料显示，我国万元工业增加值取水量是发达国家的5倍，灌溉水利用率仅为40％～45％。

农业节水是开展研究最早的领域，滴灌技术作为最早的节水技术，早在1874年由美国发明并申请专利。喷灌、覆膜、微灌等农业节水技术自20世纪50代末期以来不断涌现，并在实际的生产中得到了广泛的应用。CN1895026公开了一种农作物自动灌溉系统的节水控制方法，该方法在定时灌溉系统的基础上增加了湿度控制器，在设定的湿度和时间里对农作物进行灌溉。CN1428674公开了一种五维水平衡节水技术的控制系统及其控制方法。它将节水与水文、水质、水量和气象条件有机结合起来，通过设定的数学模型与控制系统，对需要补充的水量进行只能优化诱导与过程控制。CN1409958公开了一种常压节水灌溉系统，通过使用多空管道的方法提高水分利用率，克服了灌溉水不均匀的问题。

现有的节水方法与技术均基于灌溉管理，即从限制和优化植被的供水量出发。然而，自然条件下生态系统的供水条件是无法人为控制的，从灌溉供水出发的节水技术与方法在自然生态系统中具有明显的应用盲区，现有的农业节水技术难以应用于生态节水。因此，通过调节生态系统植被、水域以及土壤分布格局实现生态节水目标填补了节水技术在生态领域应用的空白，具有重要的理论和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在植被供水条件不可人为控制前提下，通过调节植被-水域-土壤格局实现生态节水的方法。其操作简便，切实可行、节水效果明显，克服了以往节水技术和方法从灌溉出发的定势，尤其适用于自然生态系统的节水。

本发明的特征在于：通过调整生态系统植被-水域-土壤格局，改变影响自然系统植被蒸散发的风速、温度和湿度等控制因素，达到削减无效蒸散发、减少自然生态系统水分消耗的目标。避免了传统节水技术与措施从控制灌溉条件出发，在自然生态系统中难以实施的不足。

本发明与以往的节水技术相比，其益处在于：克服了节水技术从灌溉出发的思维定势，从植被-水域-土壤格局调控出发，调节植被与下垫面耗水，从根本上实现水资源的高效利用。本发明有效解决了自然生态系统中，水分供给无法人为调控前提下自然生态系统的节水问题。填补了生态节水方面的空白，为自然条件下植被的格局优化与水分管理提供了一种实用的技术手段。

附图说明

附图给出了本发明的技术实施示意图。

其中

为植被    □为水域或土壤

具体实施方式

以下详细说明本发明的原理和实施方式：通过调研确定目标地区的植被覆盖率、生物量等背景数据。本专利提出不同类型的植被-水域-土壤分布格局的模式，其中包括集中分布式(A)、分散分布式(B)、条带分布式(根据是否与主导风向一致细分为C1、C2)、环状分布式(D)、与均匀分布式(E)。通过优化植被-水域-土壤的格局，调整植被蒸腾与水域-土壤蒸发的比率，实现整体蒸散发耗水量的降低，实现生态节水的目的。

通过调研，确定植被覆盖率为30～60％，生物量为2.5～4.0kg/m²，以此为基准，设置优化目标为覆盖率为40％，生物量为3.2kg/m²，生态节水技术操作细节如下：

(A)集中分布式

在目标区域的中央位置留下面积为总面积40％的区域，保留区域中未覆盖植被的部分按照调研的植被覆盖率、生物量数据进行补种作业。其余部分进行收割作业，控制总植被覆盖率为40％。

(B)分散分布式

在目标区域四角分别划出4个子区域，每个子区域占总体面积的10％，保留区域中未覆盖植被的部分按照调研的植被覆盖率、生物量数据进行补种作业。其余部分进行收割作业，控制植被覆盖率为40％。

(C)条带分布式

C1：沿目标区域的主导风向，将目标区域划分为5个等距的条带。以间隔收割的方式，对其中的3个条带进行收割。保留条带中未覆盖植被的部分按照调研的植被覆盖率、生物量数据进行补种作业，控制植被覆盖率40％。

C2：沿垂直于目标区域的主导风向的方向，将目标区域划分为5个等距的条带。以间隔收割的方式，对其中的3个条带进行收割。保留条带中未覆盖植被的部分按照调研的植被覆盖率、生物量数据进行补种作业，控制植被覆盖率40％。

(D)环状分布式

在目标区域四周留出等宽的条带状区域，未覆盖植被的部分按照调研的植被覆盖率、生物量数据进行补种作业，其余部分进行收割作业。控制植被覆盖率40％。

(E)均匀分布式

对目标区域进行网格化处理，采用间隔收割的方式对所划定的网格中的植被进行收割作业。保留网格中未覆盖植被的部分按照调研的植被覆盖率、生物量数据进行补种作业，控制植被覆盖率40％。

实施实例1

针对海河流域的白洋淀某处某生态系统，目标区域植被覆盖率为30～60％，生物量为2.5～4.0kg/m²，利用本发明作为生态节水技术，对当地的植被-水域-土壤格局进行优化。优化后耗水量及其节水效果如下表所示：

表1海河芦苇植被-水域-土壤格局优化节水效果表

实施实例2

在北京亦庄某生态公园，当地植被覆盖率为30～60％，生物量为2.5～4.0kg/m²，利用本发明作为生态节水技术，对公园内的植被-水域-土壤格局优化并进行了监测。结果显示，通过格局的调节可以很好地调整植被耗水量，达到生态和耗水的平衡发展。具体的耗水量及节水效果如下所示：

表2北京芦苇群落植被-水域-土壤格局优化节水效果表

表3北京香蒲植被-水域-土壤格局优化节水效果表

Claims (5)

1.一种在植被供水条件不可人为控制前提下，通过调节植被-水域-土壤格局实现节水效果的生态节水方法，其特征在于：

(1)在植被供水条件不可人为控制前提下，通过调研确定目标地区的植被覆盖率为30～60％，生物量为2.5～4.0kg/m²，并以此为基准，设置覆盖率及生物量的优化目标为覆盖率为40％，生物量为3.2kg/m²；然后调整目标区域的植被-水域-土壤分布的格局，所述格局根据格局优化特征，分为：集中分布式、分散分布式、条带分布式、环状分布式与均匀分布式；

(2)通过收割和补种的作业方式，实现植被-水域-土壤分布的格局优化调整；

(3)通过优化植被-水域-土壤的格局，调整植被蒸腾与水域-土壤蒸发的比率，实现整体蒸散发耗水量的降低，从而实现生态节水的目的，上述植被-水域-土壤分布的格局调整生态节水技术实施后，保证了目标区域植被生理活动与生态功能的基本稳定；

其中，对于需调整为集中分布式格局的情况，在目标区域的中央位置保留面积为总面积40％的区域，将该保留区域中未覆盖植被的部分进行补种作业，目标区域的其余部分进行收割作业，控制总植被覆盖率为40％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于需调整为分散分布式格局的情况，在目标区域四角分别划出4个子区域，每个子区域占总体面积的10％，保留区域中未覆盖植被的部分进行补种作业，目标区域的其余部分进行收割作业，控制植被覆盖率为40％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于需调整为条带分布式格局的情况，沿目标区域的主导风向或垂直于目标区域的主导风向的方向，将目标区域划分为5个等距的条带，以间隔收割的方式，对其中的3个条带进行收割，保留条带中未覆盖植被的部分进行补种作业，控制植被覆盖率40％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于需调整为环状分布式格局的情况，在目标区域四周留出等宽的条带状区域，将所述条带状区域的未覆盖植被的部分进行补种作业，目标区域的其余部分进行收割作业，控制植被覆盖率40％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于需调整为均匀分布式格局的情况，对目标区域进行网格化处理，采用间隔收割的方式对所划定的网格中的植被进行收割作业，然后对保留网格中未覆盖植被的部分进行补种作业，控制植被覆盖率40％。

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