CN110132343A - 一种高寒山地草原退化程度的测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及草原测定技术领域，具体涉及一种高寒山地草原退化程度的测定方法，包括对拟测定的高寒山地草原进行影响因子测定，影响因子包括：土壤指数T植被覆盖指数Z、污染指数W、土壤PH值K和每克土壤微生物含量P；根据影响因子计算得到退化因子Th，进而判断高寒山地草原的退化程度。与现有技术相比较，本发明可以快速、准确地对高寒山地草原进行退化程度测定，并且通过一个定性、定量的方法测定退化程度，根据相应的退化程度可以去区别的选取恢复技术，全面提高山地草原的修复率。

Description

一种高寒山地草原退化程度的测定方法
技术领域
本发明涉及草原测定技术领域，具体涉及一种高寒山地草原退化程度的测定方法。
背景技术
生态环境是人类赖以生存和可持续发展的基础,保护生态环境是当今世界各国极为关注的热点。草原是构建生态屏障的重要组成部分和发展畜牧业的基础,草原沙化不仅制约着畜牧业经济可持续发展而且对草原生态环境有着极大的影响。草原我国西部干旱地区的湿地，对维护北疆生态系统、调节北疆气候、涵养山地水源起着极其重要的作用。自上世纪80年代有调查数据以来，该地区天然草原出现了一定程度的退化，寻找出退化原因并探索出治理方法，对生态环境和畜牧业持续健康发展具有极其重要的意义。
陈灵芝(1995)认为，为了恢复和重建生物多样性，必须了解生态系统退化程度，为恢复措施和物种选择提供理论依据。李博(1997)根据植物种类组成，地上生物量与盖度、地被物与地表状况、土壤状况系统结构等将草地退化程度分为4级：轻度退化、中度退化、重度退化与极度退化。李德新(1980)提出了草地状况的定量分析界定法，对内蒙古克氏针茅草原的退化演替进行了研究。刘显芝、魏绍成(1983)用牧草可食量和草地状况定量法探讨了退化草地分级的问题。
草地退化既指草的退化，也指地的退化(李博1997)。李青丰等(2001) 研究认为，草地退化最明显的变化是地表植被的变化，包括质量特征(如植物种群构成)和数量特征(如生产力)方面的变化。李博认为(1997)以现有群落的种类组成与顶极群落种类组成的距离来衡量草地退化程度，是一种简便易行的方法。李永宏(1994)探讨了内蒙古各草地类型的放牧演替轨迹，建立了草地放牧退化模式，判别草地退化的数量指标和退化监测专家系统，由此可根据草地植被演替度的变化，进行草地利用状况评价或诊断。著名草地专家任继周院士(1998)提出了草地退化的级别等级，即轻度退化、明显退化、严重退化、极度退化。
土壤退化是生态系统退化的重要指标之一，是比植被退化更严重的退化，主要是土壤理化性质的改变，土壤严重退化后整个草原生态系统的功能会丧失殆尽(Allen1997)。随着草地退化程度的加剧，土壤有机质对于植物的生长、植被的演替起着最直接、最积极的作用，因此，关世英(1997)建议把土壤有机质含量作为评价草地退化的数量指标。Kennedy(1995)认为土壤微生物参数可作为土壤质量变化的指标。草地退化与土壤退化有密切关系，但二者不属同一范畴，在评价草地退化时，主要以地表植物群落为主，其它因素为辅，而评价土壤退化时则应以土壤肥力状况为主。土壤-牧草之间的系统耦合与系统相悖是放牧生态系统地境-牧草界面的主要生态过程(侯扶江等，2002)。朱兴运(1995)以土壤有机质、酸碱度和草原特征植物等为指标的综合判断法来确定草地退化程度。
最初对草地退化诊断的研究基本是描述性的，随着生态学的发展和研究内容的不断深入，草地演替的研究方法逐渐转变为定量分析。随着中国草地退化面积的扩大和加剧，对退化草地的恢复和重建迫在眉睫，其前提和基础则是对退化草地等级进行科学的诊断和界定。目前，仍缺乏综合而简单实用的草地系统退化程度系统诊断方法。不同地区和不同草地类型有不同的草地退化演替过程，确定的指标体系标准也不尽相同，只有筛选出各地牧业生产和草场管理中操作性强的综合指标体系，才能使退化草地界定简单易行，才能使退化草地得到适宜性恢复。国内外许多研究者从植物群落的优势度、重要值、指示植物、物种多样性、土壤理化性质和微生物群落的变化等多方面研究了不同退化程度判定和诊断方法。但对植物群落指标与土壤理化性状耦合起来的报道和发明创造很少。因此，建立简单的、可操作性强的综合指标是确定草地不同退化程度和退化草地恢复研究的核心内容。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高寒山地草原退化程度的测定方法，可以快速、准确地对高寒山地草原进行退化程度测定，并且通过一个定性、定量的方法测定退化程度，根据相应的退化程度可以去区别的选取恢复技术，全面提高山地草原的修复率。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种高寒山地草原退化程度的测定方法，包括以下步骤：
1)对拟测定的高寒山地草原进行影响因子测定，影响因子包括：土壤指数T、植被覆盖指数Z、污染指数W、土壤PH值K和每克土壤微生物含量P；
所述土壤指数T由下列模型得到：
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于3.5,T＝1；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于2.4、小于3.5， T＝4；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于1.4，小于2.4， T＝6；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]小于1.4，T＝2；
式中，TRSD为土壤湿度，TRKX为土壤孔隙度，TRYQ为土壤含氧量， TRTJ为土壤大团聚体含量；
所述植被覆盖指数Z由根据下列模型得到：
当植被覆盖度大于等于80％，Z＝7；
当植被覆盖度大于等于50％、小于80％，Z＝5；
当植被覆盖度大于等于20％、小于50％，Z＝3；
当植被覆盖度小于20％，Z＝1；
2)根据影响因子计算出高寒山地草原的退化因子Th；
Th＝(2·T+Z+5·W)/e|7-k|；
3)构建高寒山地草原退化模型，如下：
当Th小于8时，高寒山地草原为极度退化；
当Th大于等于8、小于19时，高寒山地草原为重度退化；
当Th大于等于19、小于34时，高寒山地草原为中度退化；
当Th大于等于34、小于45时，高寒山地草原为轻度退化；
当Th大于等于45为时，高寒山地草原为未退化。
优选地，所述植被覆盖度采用遥感估测方法测定得到。
优选地，所述污染指数W根据土壤中重金属含量测定得到。
优选地，所述重金属包含下列一种或多种：Hg、Pb、Cd、As、Zn、 Cu、Cr、Ni。
优选地，土壤大团聚体为土壤中直径大于0.25mm的团聚状结构单位。
优选地，当土壤为极度污染时，W＝1；当土壤为重度污染时，W＝2；当土壤为中度污染时，W＝3；当土壤为轻度污染时，W＝4；当土壤无污染时，W＝5。
优选地，所述高寒山地草原的海拔高度为3000～5200m。
优选地，所述土壤含氧量、土壤大团聚体的测定土壤是高寒山地草原表层10～20cm。
优选地，所述土壤微生物包含固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌和溶磷菌。
优选地，所述土壤湿度、土壤孔隙度的测定土壤是高寒山地草原表层0～10cm。
与现有技术相比较，本发明提供的一种高寒山地草原退化程度的测定方法具有以下优点：
1、本发明利用土壤指数、植被覆盖指数、污染指数、土壤PH值和每克土壤微生物含量作为高寒山地草原的影响因子，然后根据上述影响因子计算得到高寒山地草原的退化因子Th，进而判断高寒山地草原的退化程度；这样可以快速、准确地对高寒山地草原进行退化程度测定，并且通过一个定性、定量的方法测定退化程度，根据相应的退化程度可以去区别的选取恢复技术，全面提高山地草原的修复率。
2、本发明中土壤指数由土壤湿度、土壤孔隙度、土壤含氧量、土壤大团聚体含量之间的关系式共同确定，通过土壤湿度、土壤孔隙度、土壤含氧量、土壤大团聚体含量这些复合因素定性、定量地反映高寒山地草原的土壤土质情况。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
实施例1
在西藏那曲高寒山地草原范围内随即选取10亩草地作为高寒山地实验草原区域，分别测量该高寒山地实验草原土壤指数T、植被覆盖指数 Z、污染指数W、土壤PH值K和每克土壤微生物含量P。
其中土壤指数T由下列方式测得：
在高寒山地实验草原区域随机选取10个土壤测试区，每个土壤测试区不超过10平方米，在每个测试区分别测定土壤湿度，土壤孔隙度，土壤含氧量和土壤大团聚体含量。
土壤大团聚体为土壤中直径大于0.25mm的团聚状结构单位。
土壤含氧量可以采用土壤含氧量仪(品牌ICT,型号SOM)测得。
土壤孔隙度可以采用土壤孔隙度测量仪(品牌UGT，型号UGT)测得。
土壤湿度可以此采用土壤温湿度测量仪(品牌世纪怡丰，型号
S-WS817)测得。
土壤大团聚体含量可以采用土壤团聚体分析仪(品牌卓川电子，型号TTF-100)测得。
土壤含氧量、土壤大团聚体的测定土壤是高寒山地草原表层 10～20cm。
土壤湿度、土壤孔隙度的测定土壤是高寒山地草原表层0～10cm。
然后根据土壤湿度，土壤孔隙度，土壤含氧量和土壤大团聚体含量构建模型得到土壤指数如下：
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于3.5,T＝1；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于2.4、小于3.5， T＝4；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于1.4，小于2.4， T＝6；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]小于1.4，T＝2。
植被覆盖指数Z根据植被覆盖度确定，植被覆盖度采用遥感估测方法测定得到，例如在CN102288954A、CN104376204A等专利文献中均已经公开了相关遥感估测方法，本发明中植被覆盖度可以采用上述方法测得。
当植被覆盖度大于等于80％，Z＝7；
当植被覆盖度大于等于50％、小于80％，Z＝5；
当植被覆盖度大于等于20％、小于50％，Z＝3；
当植被覆盖度小于20％，Z＝1。
污染指数W根据土壤中重金属含量测定得到，重金属包含下列一种或多种：Hg、Pb、Cd、As、Zn、Cu、Cr、Ni。本实施例中采用测量土壤中Hg、Pb、Cd、As、Zn、Cu、Cr、Ni的含量来判断土壤污染指数。
构建单个重金属污染系数Qi；
式中，Ci为单个重金属污染的测量值；Xi为土壤环境质量标准值(参见国家二级标准)。
构建综合污染系数Q综；
式中，wi为单个重金属的权重值，具体权重值如下：
Hg Pb Cd As Zn Cu Cr Ni
权重w 2 2 2 3 3 2 2 2
当Q综大于3，土壤为极度污染，W＝1；
当Q综小于等于3、大于2，土壤为重度污染时，W＝2；
当Q综小于等于2、大于1，土壤为中度污染，W＝3；
当Q综小于等于1、大于0.7，土壤为轻度污染，W＝4；
当Q综小于等于0.7，土壤无污染，W＝5。
土壤PH值K可以采用本领域技术的常规手段测得。
每克土壤微生物含量P可以采用直接镜检法(平板计数法)、底物诱导呼吸法、成分分析法、熏蒸培养法、熏蒸提取法等方法测定得到。
然后根据测量得到的影响因子计算出高寒山地实验草原的退化因子 Th；
Th＝(2·T+Z+5·W)/e|7-k|。
构建高寒山地实验草原退化模型，如下：
当Th小于8时，高寒山地实验草原为极度退化；
当Th大于等于8、小于19时，高寒山地实验草原为重度退化；
当Th大于等于19、小于34时，高寒山地实验草原为中度退化；
当Th大于等于34、小于45时，高寒山地实验草原为轻度退化；
当Th大于等于45为时，高寒山地实验草原为未退化。
本发明利用土壤指数、植被覆盖指数、污染指数、土壤PH值和每克土壤微生物含量作为高寒山地草原的影响因子，然后根据上述影响因子计算得到高寒山地草原的退化因子Th，进而判断高寒山地草原的退化程度；这样可以快速、准确地对高寒山地草原进行退化程度测定，并且通过一个定性、定量的方法测定退化程度，根据相应的退化程度可以去区别的选取恢复技术，全面提高山地草原的修复率。
进一步的，在一个新的实施例中，每克土壤微生物含量P是指每克土壤中固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌和溶磷菌微生物的含量。为了尽量排除其他土壤中微生物的干扰，在测量微生物含量前，将待测土壤加入到0.2％-0.3％wt浓度的羟基肉桂酸溶液中浸泡90min，浸泡后能够对硝化菌、反硝化菌产生灭活的效果，并且对藻类有抑制生长的效果。但并不影响固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌和溶磷菌微生物的活性，这样可以使得固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌和溶磷菌微生物含量测量更加精确。
实验例1
将固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌、硝化菌、反硝化菌、蓝绿藻、硅藻、绿藻分别在适宜条件的培养基中进行培养；
然后在各微生物的培养基中加入0.1％wt浓度的羟基肉桂酸溶液。
经过观察，固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌、蓝绿藻、硅藻、绿藻未收到0.1％wt浓度的羟基肉桂酸溶液影响，会继续繁殖；硝化菌、反硝化菌的繁殖会停止，但硝化菌、反硝化菌未出现死亡。
实验例2
将固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌、硝化菌、反硝化菌、蓝绿藻、硅藻、绿藻分别在适宜条件的培养基中进行培养；
然后在各微生物的培养基中加入0.2％wt浓度的羟基肉桂酸溶液。
经过观察，固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌未收到0.1％wt 浓度的羟基肉桂酸溶液影响，会继续繁殖；蓝绿藻、硅藻、绿藻的繁殖会停止，但硝化菌、反硝化菌未出现死亡。硝化菌、反硝化菌出现大量死亡。
实验例3
将固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌、硝化菌、反硝化菌、蓝绿藻、硅藻、绿藻分别在适宜条件的培养基中进行培养；
然后在各微生物的培养基中加入0.25％wt浓度的羟基肉桂酸溶液。
经过观察，固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌未收到0.1％wt 浓度的羟基肉桂酸溶液影响，会继续繁殖；蓝绿藻、硅藻、绿藻的繁殖会停止，但蓝绿藻、硅藻、绿藻未出现死亡。硝化菌、反硝化菌出现大量死亡。
实验例3
将固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌、硝化菌、反硝化菌、蓝绿藻、硅藻、绿藻分别在适宜条件的培养基中进行培养；
然后在各微生物的培养基中加入0.3％wt浓度的羟基肉桂酸溶液。
经过观察，固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌未收到0.1％wt 浓度的羟基肉桂酸溶液影响，会继续繁殖；蓝绿藻、硅藻、绿藻的繁殖会停止，但蓝绿藻、硅藻、绿藻未出现死亡。硝化菌、反硝化菌出现大量死亡。
实验例4
将固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌、硝化菌、反硝化菌、蓝绿藻、硅藻、绿藻分别在适宜条件的培养基中进行培养；
然后在各微生物的培养基中加入0.3％wt浓度的羟基肉桂酸溶液。
经过观察，固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌、溶磷菌的繁殖会停止，但出现死亡；蓝绿藻、硅藻、绿藻、硝化菌、反硝化菌出现大量死亡。
可以看出，0.2％-0.3％wt浓度的羟基肉桂酸溶液能够对硝化菌、反硝化菌产生灭活的效果，并且对土壤藻类有抑制生长的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对拟测定的高寒山地草原进行影响因子测定，影响因子包括：土壤指数T、植被覆盖指数Z、污染指数W、土壤PH值K和每克土壤微生物含量P；
所述土壤指数T由下列模型得到：
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于3.5,T＝1；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于2.4、小于3.5，T＝4；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]大于等于1.4，小于2.4，T＝6；
当[(3·TRSD+2·TRYQ)·TRKX·TRTJ]小于1.4，T＝2；
式中，TRSD为土壤湿度，TRKX为土壤孔隙度，TRYQ为土壤含氧量，TRTJ为土壤大团聚体含量；
所述植被覆盖指数Z由根据下列模型得到：
当植被覆盖度大于等于80％，Z＝7；
当植被覆盖度大于等于50％、小于80％，Z＝5；
当植被覆盖度大于等于20％、小于50％，Z＝3；
当植被覆盖度小于20％，Z＝1；
2)根据影响因子计算出高寒山地草原的退化因子Th；
Th＝(2·T+Z+5·W)/e|7-k|·LgP；
3)构建高寒山地草原退化模型，如下：
当Th小于40时，高寒山地草原为极度退化；
当Th大于等于40、小于114时，高寒山地草原为重度退化；
当Th大于等于114、小于207时，高寒山地草原为中度退化；
当Th大于等于207、小于360时，高寒山地草原为轻度退化；
当Th大于等于360为时，高寒山地草原为未退化。
2.根据权利要求1所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，所述植被覆盖度采用遥感估测方法测定得到。
3.根据权利要求2所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，所述污染指数W根据土壤中重金属含量测定得到。
4.根据权利要求3所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，所述重金属包含下列一种或多种：Hg、Pb、Cd、As、Zn、Cu、Cr、Ni。
5.根据权利要求4所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，土壤大团聚体为土壤中直径大于0.25mm的团聚状结构单位。
6.根据权利要求5所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，当土壤为极度污染时，W＝1；当土壤为重度污染时，W＝2；当土壤为中度污染时，W＝3；当土壤为轻度污染时，W＝4；当土壤无污染时，W＝5。
7.根据权利要求6所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，所述高寒山地草原的海拔高度为3000～5200m。
8.根据权利要求7所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，所述土壤含氧量、土壤大团聚体的测定土壤是高寒山地草原表层10～20cm。
9.根据权利要求8所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，所述土壤微生物包含固氮菌、根瘤菌、放线菌、酵母菌和溶磷菌。
10.根据权利要求9所述的一种高寒山地草原退化程度的测定方法，其特征在于，所述土壤湿度、土壤孔隙度的测定土壤是高寒山地草原表层0～10cm。
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