CN111724271A - 一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，它包括：步骤1、选取植物种类；步骤2、确定植物根系营养水平垂直分布范围下限值D；步骤3、计算植物根系营养水平分布范围下限值L；步骤4、确定每个植物种的营养空间W；步骤5、确定盐碱地土层厚度及地下水位；步骤6、应用多目标规划优化算法，计算不同植物配置下的最小空间；解决了现有技术根域限制栽培的模式未考虑植物所需的最佳生长营养空间，导生长致营养空间过大，增加投资成本，或生长营养空间过小，不利于植物后期生长等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及盐碱地绿化植生技术，尤其涉及一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法。
背景技术
目前，在盐碱地绿化中，采用根域限制栽培的模式，将树木根系置于一个可控的范围内，与外界盐碱环境隔离，具有肥水高效利用、成活率高等优点，但是由于未考虑植物所需的最佳生长营养空间，导生长致营养空间过大，增加投资成本，或生长营养空间过小，不利于植物后期生长，所以，如何确定植物所需生长营养空间的下限值，其重要性不言而喻。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，以解决现有技术根域限制栽培的模式未考虑植物所需的最佳生长营养空间，导生长致营养空间过大，增加投资成本，或生长营养空间过小，不利于植物后期生长等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，它包括：
步骤1、选取植物种类；
步骤2、确定植物根系营养水平垂直分布范围下限值D；
步骤3、计算植物根系营养水平分布范围下限值L；
步骤4、确定每个植物种的营养空间W；
步骤5、确定盐碱地土层厚度及地下水位；
步骤6、应用多目标规划优化算法，计算不同植物配置下的最小空间。
步骤4所述确定每个植物种的营养空间W的方法为：通过以下计算公式进行计算：
W＝π×(L2)×D；植物的占地空间由根系营养空间的水平分布决定，分两种情况，按植物种植穴考虑，则占地面积A＝π×(L2)；按正方形考虑，则A＝(L2)。
步骤6所述应用多目标规划优化算法，计算不同植物配置下的最小空间的方法为：
建立多目标规划优化算法表达式
Min F(x)＝min{f1(x),L,fp(x)},p≥2
s.t.gi(x)≥0,i＝1,2,L,m
hi(x)≥0,j＝1,2,L,l
X∈Rn
式中：其中F(X)代表目标函数；f1,L,fp分别代表对应的目标函数；p代表目标函数的个数；
gi(x)≥0代表不等式约束条件，i代表不等式约束条件下各个变量X对应的系数；
hi(x)≥0,代表等式约束条件。j代表德等式约束条件下各个变量X对应的系数；
X∈Rn表示变量X值性质。
所述营养空间的结构的施工方法包括：营养空间四周采用阻根膜包裹，营养空间下部在地下水位上方，采用单向膜阻水，并用20厘米的隔离层防止返盐；上方采用单向膜防止土壤蒸发。
所述隔离层由10厘米厚的砂粒层和10厘米厚的砾石层组成；砂粒层位于砾石层上方，砂粒层上方覆盖有单向膜阻水。
本发明有益效果：
通过本发明的方案确定的营养空间，对于盐碱化地区的绿化而言，可以有效的节约成本，利用该方法可以计算出所栽植植物的最小营养空间，从而节约栽植过程中以及栽植后的养护成本。
本发明为植物优化配置提供依据，通过本方法计算出的最小营养空间，可以根据现地情况，为植物布局和配置提供依据。
本发明营养空间的施工结构，在空间结构四周采用阻根膜，用于阻挡植物根系向外扩张；在空间顶部设置单向膜，防止营养空间土壤的水分蒸发；在空间底部设置隔离层，以防止地下水返盐。
解决了现有技术根域限制栽培的模式未考虑植物所需的最佳生长营养空间，导生长致营养空间过大，增加投资成本，或生长营养空间过小，不利于植物后期生长等技术问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为具体实施方式中营养空间设计示意图。
具体实施方式
一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，它包括：
包括以下流程：
(1)选取植物种类；
(2)确定植物根系营养水平垂直分布范围下限值D(厘米)。
(3)计算植物根系营养水平分布范围下限值L(厘米)。
(4)确定每个植物种的营养空间W(立方厘米)，植物的营养空间通过以下计算公式。
W＝π×(L2)×D；植物的占地空间由根系营养空间的水平分布决定，分两种情况，按植物种植穴考虑，则占地面积A＝π×(L2)(平方厘米)按正方形考虑，A＝(L2)(平方厘米)。
(5)盐碱地土层厚度及地下水位分析
假设盐碱地的土层厚度为Dm，地下水位埋深为Dw。单位均为厘米。
(6)应用多目标规划优化算法，计算不同植物配置下的最小空间。
多目标规划模型的一般表达式为：
Min F(x)＝min{f1(x),L,fp(x)},p≥2
s.t.gi(x)≥0,i＝1,2,L,m
hi(x)≥0,j＝1,2,L,l
X∈Rn
其中F(X)代表目标函数；f1,L,fp分别代表对应的目标函数；p代表目标函数的个数；
gi(x)≥0代表不等式约束条件，i代表不等式约束条件下各个变量X对应的系数；
hi(x)≥0,代表等式约束条件。j代表德等式约束条件下各个变量X对应的系数；
X∈Rn表示变量X值性质。
在模型应用时，X可以代表要选择的植物种，Xj就表示为可供选择的第 j个植物种；
f1(X)可以表示为第一个目标是工程成本目标，fp(X)可以表示第P个目标是工程占地目标。
(一)空间配置优化
第一步植物种选择，目前北方盐碱地造林主要的树种有：
(1)刺槐：根可直接固定氮素，是沙碱地造林的先锋树种，但不宜在排水不良的低洼地种植。
(2)垂柳：喜生活在湿地和水边，中度耐盐碱，可作盐碱地重要防护林树种。
(3)旱柳：是沙碱地速生树种之一，耐水湿，适宜在轻度硫酸盐土地上生长。在涝碱相随地区的河渠两侧及盐碱洼地可种植，宜作为先锋树种及薪炭林，亦是农田防护林的良好树种。
(4)臭椿：生长迅速，为盐碱地初期造林的先锋树种，并可护岸防风，可在渠道两侧及地势较高处的道路两侧种植。
(5)苦楝：耐盐力仅次于剌槐，能在干燥瘠薄的盐碱地上生长，虫害少、生长快、萌芽力强。
(6)毛白杨：在肥沃湿润的地方生长良好，在轻盐碱地也能正常生长，并能耐短期水淹，适宜做速生丰产林、农田防护林及四旁绿化。
(7)杂交杨：如中林46杨、69杨等，在土壤含盐量0.5％、常年地下水位低于1m、雨季有积水的情况下仍能生长正常，为材林、防护林、四旁绿化的良好速生树种。
(8)白榆：较耐盐碱，土壤含盐量不超过0.4％时生长良好，可做材林、农田防护林及四旁绿化。
(9)桑树：耐盐、耐水性都很强，可在农田防护林两侧种植。
(10)梨树：为耐寒、耐涝、中度耐盐性果木树种之一，如用杜梨作为嫁接梨树的砧木，耐涝碱性更强，能在含盐量0.6％的土壤中生长。
(11)杏树：为耐盐碱性果树之一。
(12)枣树：对土壤的要求不严，除沼泽地和重碱性土地外，均可栽培。对土壤酸碱度的适应能力很强，对地下水位的高低也无严格要求，甚至在连续30天积水30～70cm的情况下对生长仍无明显影响。
(13)合欢：落叶乔木，性喜光，喜温暖，耐寒、耐旱、耐土壤瘠薄及轻度盐碱，，生长迅速。
(14)栾树：落叶乔木或灌木，喜光，稍耐半荫的植物；耐寒，耐干旱和瘠薄，对环境的适应性强，喜欢生长于石灰质土壤中，耐盐渍及短期水涝。
灌木
(1)紫穗槐：生长迅速，适应性强，可做盐碱沙地区防风林带中的低层林木，在土壤含盐量0.4％时生长良好。
(2)白蜡条：能在含盐量为0.2％～0.5％的低湿土壤中生长，可做四旁绿化树种及培育白蜡干，水淹多天仍能成活生长。
(3)柽柳：耐旱、耐瘠，高度耐盐碱，可防风、固沙、护岸，盐碱地区各级渠道两侧及草木不生的盐碱地皆可栽种。
(4)杞柳：落叶灌木，生长迅速，适应性强，耐轻度盐碱，可固沙护岸，适宜在轻度盐碱湿地、河滩碱地、平原坡地、沙碱荒地等种植。
(5)红瑞木：落叶灌木，喜欢潮湿温暖的生长环境，光照充足，抗旱、抗寒和适应能力较好。
(6)金银木：落叶灌木。喜光，耐半阴，耐寒，耐旱，耐盐碱。
第二步基本营养空间参数筛选
植物营养空间的根系形态从垂直分布而言，可分为：深根型、中跟型和浅根型
水平分布形态来看，可以分为：茎生根，鱼脊型，分叉型等。
典型植被参数取值可参考下表。在实际中应根据所选的植物种调查确定。
第三步计算单个物种的最小营养空间和最小占地面积
最小营养空间体积：Wi＝π×((Li/2)2)×Di，或者Wi＝(Li2)×Di
Wi为第i个植物种的营养空间，Li为物种i营养空间水平分布最小长度；Di为物种i的营养空间垂直方向深度最小长度值。
最小占地面积：
或者Ai＝(Li2)
第四步确定栽植的面积，以及选择的植物种类；
假设栽植面积为A，栽植的植物种数量为M个，M＝1,2，....,M
第五步计算不同植物配置和需求下的最小空间。
以下举例说明该方法的应用。
(1)假设我们筛选的植物种包括：乔木有白榆和臭椿；灌木有：柽柳和金银木。
(2)优化植物空间营养相关参数选取和计算
四种植物的最小营养空间参数和相关数据见下表：
(3)假设需要栽植的面积为100公顷，栽植该四种植物。
根据多目标规划数学模型，则具体的步骤为：
①决策变量：
白榆栽植的株数为Xby，臭椿栽植的株数为Xcc，柽柳栽植的株数为 Xcl，金银木栽植的株数为Xjy。
②目标函数确定：
目标1，植物配置所需的营养空间最小，MIN f1，f1为植被营养空间目标函数；
f1＝1.5Xby+0.25Xcc+0.04Xcl+0.09Xjy
目标2，植物投资最小，MINf2，f2为投资目标函数。
则：f2＝1510Xby+412Xcc+104Xcl+106Xjy
则总目标为：MIN F(f1,f2)
③约束包括：
配置格式，乔木株行距为4m×5m，灌木株行距2m×3m；
则单株占地为乔木为10m2，灌木为3m2，
土地面积约束：
10Xby+10Xcc+3Xcl+3Xjy＝1000000
植物配置比例约束：
如乔木栽植面积和灌木栽植比例为3:1，
则10Xby+10Xcc＝750000
3Xcl+3Xjy＝250000
通过多目标求解的方法，可得到优化的解：白榆栽植的株数为Xby＝0，臭椿栽植的株数为Xcc＝75000，柽柳栽植的株数为Xcl＝83333，金银木栽植的株数为Xjy＝0
可根据实际需求，设定不同的约束和目标。
(二)营养空间设施设计
从施工出发，营养空间设计成长方形或矩形利于施工；
具体营养空间设计示意图如图2，空间四周采用阻根膜，下部在地下水位上方，采用单向膜阻水，并用20厘米的隔离层(10厘米砂粒加10厘米砾石)，防止返盐。下方采用单向膜，防止土壤蒸发。
Claims (6)
1.一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，它包括：
步骤1、选取植物种类；
步骤2、确定植物根系营养水平垂直分布范围下限值D；
步骤3、计算植物根系营养水平分布范围下限值L；
步骤4、确定每个植物种的营养空间W；
步骤5、确定盐碱地土层厚度及地下水位；
步骤6、应用多目标规划优化算法，计算不同植物配置下的最小空间。
2.根据权利要求1所述的一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，其特征在于：步骤4所述确定每个植物种的营养空间W的方法为：通过以下计算公式进行计算：
W＝π×(L2)×D；植物的占地空间由根系营养空间的水平分布决定，分两种情况，按植物种植穴考虑，则占地面积A＝π×(L2)；按正方形考虑，则A＝(L2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，其特征在于：步骤6所述应用多目标规划优化算法，计算不同植物配置下的最小空间的方法为：
建立多目标规划优化算法表达式
Min F(x)＝min{f1(x),L,fp(x)},p≥2
s.t.gi(x)≥0,i＝1,2,L,m
hi(x)≥0,j＝1,2,L,l
X∈Rn
式中：其中F(X)代表目标函数；f1,L,fp分别代表对应的目标函数；p代表目标函数的个数；
gi(x)≥0代表不等式约束条件，i代表不等式约束条件下各个变量X对应的系数；
hi(x)≥0,代表等式约束条件；j代表德等式约束条件下各个变量X对应的系数；
X∈Rn表示变量X值性质。
4.根据权利要求1所述的一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，其特征在于：所述营养空间的结构的施工方法包括：营养空间四周采用阻根膜包裹，营养空间下部在地下水位上方，采用单向膜阻水，并用20厘米的隔离层防止返盐；上方采用单向膜防止土壤蒸发。
5.根据权利要求4所述的一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，其特征在于：所述隔离层由10厘米厚的砂粒层和10厘米厚的砾石层组成；砂粒层位于砾石层上方，砂粒层上方覆盖有单向膜阻水。
6.根据权利要求1所述的一种基于生长营养空间的高度盐碱化地区绿化植生方法，其特征在于：所述营养空间的结构为长方形或矩形。
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