CN112001654B - 一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涉及城市绿化技术领域，目的在于避免对绿化树种根系的破坏性挖掘，为其他城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建提供了参考依据，具体涉及一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其步骤包括根体积评估指标筛选，评估指标的无量纲化，建立多元线性回归方程估算根体积，结合根密度计算得城市搬迁地绿化树种地下生物量数据，进而建立绿化树种地下生物量与胸径的线性模型，避免了对绿化树种根系的破坏性挖掘，为其他城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建提供了参考依据。
Description
技术领域
本发明涉及城市绿化技术领域，目的在于避免对绿化树种根系的破坏性挖掘，为其他城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建提供了参考依据，具体涉及一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，城市绿化用地资源短缺的矛盾日益突出，城市绿化用地80-90％是在道路、居民住宅和旧工厂等城市搬迁地上开展。
绿化树种为樟科樟属常绿阔叶乔木，枝叶茂密，冠大浓阴，树姿雄伟，是上海等长三角地区城市绿化的主要树种之一，根系是决定林木生长好坏的关键，地下生物量的大小有效反应绿化树种的生长质量。
已报道的绿化树种地下生物量模型的研究，多以破坏性的挖掘得到地下生物量数据，拟合胸径、树高和地下生物量函数关系。在自然状态下对绿化树种树木根系进行破坏性的挖掘是可行的，但在城市中，对大量树木进行破坏性的挖掘是不现实的。
目前，对于城市搬迁地绿化树种，地下生物量影响因子多，各因子贡献差异大，各搬迁地立地条件、养护方法等与天然森林林木地下生物量的影响因子具有较大差异，而针对城市绿化树种的地下生物量评估指标的选取、评估模型的构建还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，考虑立地条件，养护方法等影响林木根体积的因子，筛选搬迁地影响绿化树种根体积的指标，建立根体积评估模型，结合根密度，得到林木地下生物量，进而建立基于胸径的绿化树种地下生物量线性模型，避免了对绿化树种根系的破坏性挖掘，为其他城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建提供了参考依据。
本发明采用的技术方案如下：
为实现上述目的，本发明提供一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，包括以下步骤：
(1)根系体积评估指标筛选，测量绿化树种根密度，筛选出影响城市搬迁地绿化树种根体积的因子(Xi)：
a)城市搬迁地绿化树种根系体积影响因子分为项目层和指标层两级，项目层：包括立地条件、养护方法、树龄、地径；指标层为所述项目层对应的具体评估指标：立地条件包括土层厚度、容重、沙粒含量、有机质含量、酸碱度(pH)、动物多样性(目级)、地下水位和排水能力；养护方法包括施肥、灌溉、修剪和病虫害防治养护次数；树龄；地上5cm处测得的地径；
b)根密度：根据已报道的研究，绿化树种主根生物量占地下生物量的90％以上，因此取主根密度作为根密度，主根密度通过选取部分主根，测定其体积和干重计算获得。
(2)数据无量纲化：在城市搬迁地单树种地下生物量评价体系中的各个指标，由于其量纲、表现形式、意义以及对评价目标的作用趋向不同，不具有可比性，因此要对各指标进行无量纲化处理；本方案采用均值化方法进行无量纲处理，根据评价指标的性质不同，采用相应的处理方法，将无量纲化后的值控制在0～1之间；
各指标设定的基准值如下：
城市搬迁地立地条件：土层厚度基准值为150cm；土壤容重的基准值范围为1.5-2.0g/cm3；土壤沙粒含量的基准值范围为20-25％；土壤有机质含量的基准值为20g/kg；土壤酸碱度的基准值范围为7.5-8.0；动物多样性指数的基准值为2.5；地下水位的基准值为5m；将绿地排水能力分为强，中，弱三个等级，分别赋值3，2，1，排水能力的基准值取为3；
养护方法：各指标赋值见表1，施肥分为3次以上，1-2次，分别赋值5，3；灌溉分为5次以上，2-4次，1次以下，分别赋值3，2，0；修剪分为3次以上，2次以下，分别赋值2，0；病虫害防护分为3次以上，1-2次，分别赋值2，1；由于不同的养护方法可以同时实施，故养护方法的基准值取各指标最大赋值之和12；
表1绿化树种养护方法赋值
树龄：以调查样地绿化树种的最大树龄为树龄基准值。
具体处理方法如下：
当指标是正向指标，即指标数值越大越好，则采用上限效果测度：P＝Xi/X0；该类指标包括：土层厚度、土壤有机质含量、动物多样性指数和排水能力；
当指标是逆向指标，即指标数值越小越好，则采用下限效果测度：P＝X0/Xi；本方案无该类指标；
当指标是适度指标，即指标数值处于某一适度的数值时最好，偏大或偏小均不好，采用中心效果测度：当指标实际值≥适中值P＝X0/Xi；当指标实际值<适中值P＝Xi/X0；该类指标包括：土壤容重、沙粒含量和土壤酸碱度(pH)；
其中P为无量纲化值，Xi为实际值，X0为基准值。
(3)建立绿化树种根体积的多元线性回归方程:
V＝β0+β1X1+β2X2+…+βiXi
式中：V为城市搬迁地绿化树种根体积，cm3，Xi为立地条件、养护方法、树龄、地径评估指标，βi为回归系数。
多元线性回归方程所需指标Xi见表2；
表2城市搬迁地绿化树种根体积评估模型指标
(4)基于绿化树种根系生物量＝根体积*根密度的假设，计算得城市搬迁地绿化树种地下生物量：
B＝d·V
式中：B为城市搬迁地绿化树种地下生物量，g，d为根密度，g/cm3，V为根体积，cm3。
(5)建立基于胸径的城市搬迁地绿化树种地下生物量线性模型：
B＝aD+b
式中：B为城市搬迁地绿化树种地下生物量，g，D为胸径，cm，a，b为拟合系数。
综上所述，本发明相较于现有技术的有益效果是：
(1)本发明首次构建了城市搬迁地绿化树种根体积的评估指标体系和地下生物量评估模型，立地条件、养护方法和树穴体积等评估因子的选择与城市搬迁地的绿化实际高度契合，可以较好的评估绿化树种根体积的大小；
(2)本发明不需要破坏性的挖掘绿化树种根系，不破坏根系原生环境，对绿化树种生长影响较小，符合城市绿化树种研究实际，为城市搬迁地其他树种地下生物量模型的研究提供了参考依据；
(3)本发明把量纲、表现形式、单位、意义等不同的多项指标量化、标准化，让所有指标处在一个数学体系内，便于代入模型计算；
(4)本发明不仅可以量化城市搬迁地绿化树种地下生物量，也可以估算绿化树种地下生物量的年增长量，可用于预测绿化短期效果和中长期效果，为城市搬迁地绿化质量评估，绿化方案的制定与改进提供科学依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为城市搬迁地绿化树种地下生物量模型；
图2为城市搬迁地绿化树种地下生物量估算值与实测值对比。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
下面结合附图1-2及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
参照图1-2，在上海园科院青松基和上海三林绿地选择树龄、立地条件和养护方法不同的9个绿化树种样地为测试点，收集树龄、基径及养护方法等数据(表3)，将绿化树种树龄基准值定为30年；采集土样，测定土壤指标；因大树龄绿化树种的挖取较难批准，每个样地随机选择一株长势良好，林龄在4-13年的绿化树种作为测试对象，使用野外便携式探地雷达系统Zond-12e探测分析得到主根体积；取少部分主根(50g左右)测定其体积和干重，计算根密度；将树根整个挖出，去土，带回实验室烘干后测量其干重作为实际地下生物量。
为评估城市搬迁地绿化树种地下生物量模型估算的准确度，将估算值与地下生物量实测值进行对比，建立线性回归关系，得出二者的相关系数R2。
表3城市搬迁地绿化树种样木指标
将数据无量纲化后分析根体系与各指标的相关性，根据相关系数选出相关性最高的4个指标，土层厚度(R2＝0.98)、树龄(R2＝0.98)、容重(R2＝0.96)和有机质含量(R2＝0.93)作为因变量Xi，建立根体积估算模型(模型各指标见表4)：
V＝β0+β1X1+β2X2+…+βiXi
式中：V为城市搬迁地绿化树种根体积，cm3，Xi为土层厚度、容重、有机质含量、树龄评估指标，βi为回归系数。
表4模型指标
根据B＝d·V获得城市搬迁地绿化树种地下生物量数据(表5)，式中B为城市搬迁地绿化树种地下生物量，g，d为根密度，g/cm3，V为根体积，cm3。
表5城市搬迁地绿化树种地下生物量评估结果
建立基于胸径的城市搬迁地绿化树种地下生物量线性模型B＝2448.7D-12417，式中：B为城市搬迁地绿化树种地下生物量，g，D为胸径，cm，拟合系数R2达到0.99(如图1)。
将地下生物量估算值与实测值进行对比，建立线性回归关系，二者的相关系数达到0.98(如图2)，说明本发明的城市搬迁地绿化树种地下生物量模型评估准确度较高，可为城市搬迁地树种碳储量评估，以及为城市搬迁地其他树种地下生物量模型的研究提供参考依据。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)根系体积评估指标筛选，测量绿化树种根密度，筛选出影响城市搬迁地绿化树种根体积的因子及具体评估指标，分为项目层和指标层两级，所述项目层包括立地条件、养护方法、树龄、地径；所述指标层为项目层对应的具体评估指标：立地条件包括土层厚度、容重、沙粒含量、有机质含量、酸碱度、动物多样性、地下水位和排水能力，养护方法包括施肥、灌溉、修剪和病虫害防治养护次数，树龄，地径；
(2)评估指标的无量纲化：采用均值化方法进行无量纲处理，根据评价指标的性质不同，采用相应的处理方法，将无量纲化后的值控制在0～1之间；
(3)以城市搬迁地绿化树种根体积为因变量，以立地条件、养护方法、树龄、地径评估指标为自变量，建立多元线性回归方程估算根体积；
(4)基于绿化树种地下生物量(B)＝根体积(V)*根密度(d)的假设计算城市搬迁地绿化树种地下生物量；
(5)以城市搬迁地绿化树种地下生物量为因变量，胸径为自变量，建立地下生物量与胸径的关系模型。
2.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其特征在于，步骤(1)中的测量绿化树种根密度的方法为取主根密度作为根密度，主根密度通过选取部分主根，测定其体积和干重计算获得。
3.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其特征在于，步骤(2)中进行无量纲化处理时，各指标设定的基准值如下：
(a)城市搬迁地立地条件：土层厚度基准值为150cm；土壤容重的基准值范围为1.5-2.0g/cm3；土壤沙粒含量的基准值范围为20-25％；土壤有机质含量的基准值为20g/kg；土壤酸碱度的基准值范围为7.5-8.0；动物多样性指数的基准值为2.5；
地下水位的基准值为5m；将绿地排水能力分为强，中，弱三个等级，分别赋值3，2，1，排水能力的基准值取为3；
(b)养护方法：施肥分为3次以上，1-2次，分别赋值5，3；灌溉分为5次以上，2-4次，1次以下，分别赋值3，2，0；修剪分为3次以上，2次以下，分别赋值2，0；病虫害防护分为3次以上，1-2次，分别赋值2，1；由于不同的养护方法可以同时实施，故养护方法的基准值取各指标最大赋值之和12；
(c)树龄：以调查样地绿化树种的最大树龄为树龄基准值。
4.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其特征在于，步骤(2)中评估指标的无量纲化的处理方法具体为：
当指标是正向指标，即指标数值越大越好，则采用上限效果测度：P＝Xi/X0；该类指标包括：土层厚度、土壤有机质含量、动物多样性指数和排水能力；
当指标是逆向指标，即指标数值越小越好，则采用下限效果测度：P＝X0/Xi；
当指标是适度指标，即指标数值处于某一适度的数值时最好，偏大或偏小均不好，采用中心效果测度：当指标实际值≥适中值P＝X0/Xi；当指标实际值<适中值P＝Xi/X0；该类指标包括：土壤容重、沙粒含量和土壤酸碱度；
其中P为无量纲化值，Xi为实际值，X0为基准值。
5.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其特征在于，步骤(3)中根体积估算多元线性回归方程为：
V＝β0+β1X1+β2X2+…+βiXi
式中：V为城市搬迁地绿化树种根体积，Xi为立地条件、养护方法、树龄、地径评估指标，βi为回归系数。
6.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其特征在于，步骤(4)中城市搬迁地绿化树种地下生物量的计算方法为：
B＝d·V
式中：B为城市搬迁地绿化树种地下生物量，d为根密度，V为根体积。
7.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地绿化树种地下生物量模型的构建方法，其特征在于，步骤(5)中城市搬迁地绿化树种地下生物量与胸径的关系模型为：
B＝aD+b
式中：B为城市搬迁地绿化树种地下生物量，D为胸径，a，b为拟合系数。
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| CN112001654A (zh) | 2020-11-27 |
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