CN112365144A - 砒砂岩区生态承载力阈值确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,包括:判断待确定区域类型,判断待确定区域为覆土区或覆沙区或裸露区;获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x;根据待确定区域的类型以及x值,选择公式计算砂岩区生态承载力阈值y,覆土砒砂岩y=1.9668x‑0.2514,覆沙砒砂岩y=1.3731x‑0.0496,裸露砒砂岩y=1.0142x+0.0863。本发明的技术方案,可以较为准确地确定砒砂岩区生态承载力阈值,根据砒砂岩区生态承载力阈值可以合理控制植树造林(种草)的密度,提高砒砂岩区生态治理的经济性和科学性,既能快速增加植被覆盖度减少水土流失,又能增强植被的稳定性和可持续性。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理领域,特别是涉及一种砒砂岩区生态承载力阈值确定方法。
背景技术
砒砂岩是一种松散岩层,具体指古生代二叠纪和中生代三叠纪、侏罗纪和白垩纪的厚层砂岩、砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层。砒砂岩为陆相碎屑岩系,由于其上覆岩层厚度小、压力低,造成其成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低。
由于其成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低,遇水如泥、遇风成砂,造成水土流失非常严重,该岩层极易发生风化剥蚀,群众深受其害,视害毒如砒霜,故称其为“砒砂岩”。
对砒砂岩区生态承载力进行评估对于砒砂岩治理非常重要,在植树造林 (种草)的生态工程中,除了选用适合当地生长环境的植物类型外,必须充分考虑砒砂岩区生态承载力阈值状况,只有根据不同的砒砂岩类型按照海拔、坡度、坡向等地形差异下的生态承载最大阈值,合理控制植树造林(种草)的密度,才能有效进行砒砂岩区的生态治理。
发明内容
本发明的目的是提供一种砒砂岩区生态承载力阈值确定方法。
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,包括:
判断待确定区域类型,判断待确定区域为覆土区或覆沙区或裸露区;
获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x;
根据待确定区域的类型以及x值,选择公式计算砂岩区生态承载力阈值y,
覆土砒砂岩y=1.9668x-0.2514,
覆沙砒砂岩y=1.3731x-0.0496,
裸露砒砂岩y=1.0142x+0.0863。
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其中,根据海拔高度将待确定区域划分为多个不同海拔高度的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其中,获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x包括:
根据坡度将待确定区域划分为多个不同坡度的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其中,根据坡向将待确定区域划分为多个不同坡向的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
本发明的技术方案可以较为准确地确定砒砂岩区生态承载力阈值,根据砒砂岩区生态承载力阈值可以合理控制植树造林(种草)的密度,提高砒砂岩区生态治理的经济性和科学性,既能快速增加植被覆盖度减少水土流失,又能增强植被的稳定性和可持续性。
具体实施方式
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,包括:
判断待确定区域类型,判断待确定区域为覆土区或覆沙区或裸露区;
获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x;
根据待确定区域的类型以及x值,选择公式计算砂岩区生态承载力阈值y,
覆土砒砂岩y=1.9668x-0.2514,
覆沙砒砂岩y=1.3731x-0.0496,
裸露砒砂岩y=1.0142x+0.0863。
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其中,根据海拔高度将待确定区域划分为多个不同海拔高度的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其中,获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x包括:
根据坡度将待确定区域划分为多个不同坡度的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
本发明的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其中,根据坡向将待确定区域划分为多个不同坡向的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
在砒砂岩区生态承载力阈值指标确定方面,第一级指标根据砒砂岩地表物质覆盖状况,将砒砂岩区划为覆土区、覆沙区、裸露区3个类型;第二级指标根据海拔高度进行划分为3类;第三级指标是根据坡度划分为≤15°、15°-25°、>25°等3个等级;第四级指标是根据坡向划分为半阳坡、阳坡、半阴坡和阴坡4个坡向。
在植树造林(种草)的生态工程中,除了选用适合当地生长环境的植物类型外,必须充分考虑砒砂岩区生态承载力阈值状况,根据不同的砒砂岩类型按照海拔、坡度、坡向等地形差异下的生态承载最大阈值,合理控制植树造林(种草)的密度,提高砒砂岩区生态治理的经济性和科学性。
植被覆盖度即FVC,是指植被在地面上的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。
根据高程、坡度、坡向不同指标下的FVC均值(自变量x)与FVC阈值 (因变量y)的相关性拟合计算,得到覆土砒砂岩区、覆沙砒砂岩区、裸露砒砂岩区FVC阈值的拟合方程(表1)。可以看出,不同类型的砒砂岩区FVC 阈值拟合公式的复相关系数R2较高,覆土砒砂岩区的拟合公式复相关系数R2达到0.9561,覆沙砒砂岩区、裸露砒砂岩区的复相关系数分别为0.8499和 0.8332。
表1 FVC阈值拟合方程
式中y为砒砂岩区FVC阈值,x为砒砂岩区FVC均值。
为进一步检验FVC阈值拟合方程的实际估测精度,分别在覆土区、覆沙区、裸露区随机采集5个样方(3类共15个样方)作为检验点(表2)。在覆土砒砂岩区选择S1-S5样方,海拔高度指标下S1号、S2号为1200-1300m,S3号为≤1200m,S4号、S5号为>1300m;坡度指标下S1号、S2号、S3号为≤15°,S4号为15°-25°,S5号为>25°;坡向指标下S1-S5号分别为阴坡、半阳坡、阳坡、阳坡、半阴坡。在覆沙砒砂岩区选择S6-S10号样方,海拔高度指标下S6号、S8号为1000-1500m,S7号为≤1000m,S9号、S10号为> 1500m;坡度指标下S6号、S7号为15°-25°,S8号为>25°,S0号、S10号为≤15°;坡向指标下S6-S10号分别为阴坡、半阳坡、阳坡、半阳坡、半阴坡。在覆土砒砂岩区选择S11-S15号样方,海拔高度指标下S11号、S12号、S13、S15号为1000-1500m,S14号为>1500m;坡度指标下S11号、S13号、S14号为≤15°,S12号为15°-25°,S15号为>25°;坡向指标下S1-S5号分别为阴坡、阴坡、半阳坡、阳坡、半阴坡。在植被类型方面,覆土砒砂岩区S1-S5号植被类型主要为果树、柠条灌丛、大针茅和禾草草原;覆沙砒砂岩区S6-S10样方植被类型主要为柠条灌丛、沙蒿、禾草草原;裸露砒砂岩区S11-S15样方植被类型主要为长芒草草原。
将15个样方作为检验点,分析评价模型的确定误差和精度评价(表3)。结果表明不同砒砂岩类型区FVC阈值拟合方程确定的FVC阈值与实际阈值的相对误差相对较小(均<13%),其中覆土砒砂岩区的相对误差在 6.54%~11.22%之间,覆沙砒砂岩区的相对误差在6.04%~11.01%之间,裸露砒砂岩区的相对误差在12.90%~8.05%之间。不同砒砂岩类型区检验样方FVC阈值拟合精度主要集中于87%~94%,覆土砒砂岩区、覆沙砒砂岩区和裸露砒砂岩区FVC阈值的平均拟合精度分别为90.93%、91.52%和90.54%。可见采用累积百分比为90%的FVC值作为植被覆盖阈值具有较好的可信度,且FVC阈值拟合方程在实际应用中能保持较高的确定精度。
表2 检验样方特征
表3 FVC阈值模型确定误差
砒砂岩区海拔相对较高,大部分地区无法直接使用灌溉技术,植物生长主要依赖于大气降水。在覆沙砒砂岩类型区,降水相对较少且沙土持水能力相对较差。在伊金霍洛旗东南部8年树龄的杨树人工林调查发现,人工林营造中选用了生长较快的速生杨,没有较多考虑到当地的生态承载力。杨树行间距相对较小约(3m×3m),能够在造林初期保持较高的FVC。但是随着杨树的快速生长,对于土壤水分需求逐渐增多,而当地的大气降水和地下水含量无法满足杨树正常生长的土壤水分的需求,最终由于速生杨的种植密度超过了当地的生态承载力阈值,造成人工林不能持续发展而表现为许多杨树顶部干枯或整体枯死的现象。因此,根据覆沙砒砂岩区生态承载力阈值,在以后该地区人工林重建工程中,除了需要考虑造林植物种类外,例如可以采用樟子松替换大型耗水量大的杨树,种植柠条、柽柳等灌木或油蒿等半灌木等,还需综合考虑合理降低造林密度,使人工林的植被覆盖度不超过生态承载阈值。
在砒砂岩区水土保持和生态治理中,沙棘作为一种适应能力强、经济价值高的植物被广泛应用。自1986年开始,黄河水利委员会将砒砂岩分布最集中的内蒙古鄂尔多斯市列为沙棘试种项目区。1990年内蒙古实施了“内蒙古砒砂岩区沙棘专项治理工程”。1997年联合国开发计划署开始“中国沙棘援助项目”实施。1998年开展了“晋陕蒙砒砂岩区沙棘生态工程”建设项目。1998 年准格尔旗重点开发沙棘生态治理工程,并形成了准格尔旗沙棘种植域圈,构成“种植沙棘-修复生态-产业发展-增加农民收入”的良性发展产业链。一系列沙棘工程的快速实施,使沙棘造林在砒砂岩区方法开展,但是由于没有考虑当地生态承载力和人工林的管理不到位,造成一些沙棘林退化和枯死问题。
通过2019年开展的准格尔旗覆土砒砂岩区大红沟沙棘人工林调查发现,虽然该地区地形平坦、覆土条件较好,但是沙棘林大面积枯死的问题较为严重。该沙棘林于10年前营造,沙棘种植种植密度过大(1m×1m),种植密度达10000 株/ha,此后随着沙棘的生长和快速繁生出现大面积枯死问题。在沙棘种植密度方面,与大红沟相邻的什布尔太沟坡顶沙棘稳定性调查沙棘林的密度为 3000株/ha,2018年降水量是336.8mm,沙棘林平均耗水量是619740kg/ha。黄土高原北部吴起县9年生沙棘林的密度为4200株/ha,研究表明吴起县2007年降水量为350.00mm,沙棘林蒸腾量为1032832kg/ha,土壤蒸发量为1775986 kg/ha,沙棘林的稳定密度为1586株/ha。位于覆土砒砂岩区的准格尔旗相对于吴起县,其降水量较小,土壤层更薄,土壤蒸发量更高,稳定密度应更低一些。此外,对于坡顶沙棘种植,为了减少沙棘的生长停滞甚至干枯等衰老退化现象,除了应根据当地生态承载力阈值合理安排种植密度外,在沙棘人公里管理方面也需要每5-6年对沙棘林进行平茬或轮伐利用。
在生态恢复方面,当地政府和人民本着植树造林和生态效益相结合的方式,近年来开展了一系列经济林的营造工作。以覆土砒砂岩为例,根据生态承载力阈值特征,在坡顶地区,由于地形平坦,在砒砂岩生态治理中多人工种植樟子松、山桃、山杏等经济树种,以及山桃、山杏、柠条和沙棘等乔灌混交林。山桃和山杏种植密度4m×5m是较为合理的方案。
坡面沟道中,沙棘、柠条是防止水土流失较好的植物类型,沙棘封沟也被证明了是一种成功方案,在沙棘和柠条造林中,考虑到沙棘和柠条存活后的快速繁育能力,为了快速实现沟口植被郁闭,可以按2m×2m种植。在坡面相对平坦地区,克氏针茅和本氏针茅(实测40-50株/m2)作为当地的优势草种对于水土流失防治具有重要作用。
坡底部分由于水分、养分相对较好,调查发现坡底地区除了沙棘、草类生长较好外,二老虎沟沟底调查发现沙棘林覆盖度较高,单株沙棘高可达2.5m 以上,为了保持沙棘的稳定性和生长的可持续性,坡底沙棘造林密度可以适当减小,一般株行距可控制在3m×2.5m水平。柳树和杨树等乔木在沟底地区也分布较多,且生长较好,沟底水土流失防治中造林根据水分相对较多的实际情况,采用乔(柳树)灌(沙棘)结合的方式。柳树造林按水源涵养林造林标准,与沙棘等灌木树种混交,株行距确定为4m×5m。这样既能快速增加坡底植被覆盖度减少水土流失,又能增强坡底植被的稳定性和可持续性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其特征在于,包括:
判断待确定区域类型,判断待确定区域为覆土区或覆沙区或裸露区;
获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x;
根据待确定区域的类型以及x值,选择公式计算砂岩区生态承载力阈值y,
覆土砒砂岩y=1.9668x-0.2514,
覆沙砒砂岩y=1.3731x-0.0496,
裸露砒砂岩y=1.0142x+0.0863。
2.根据权利要求1所述的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其特征在于,获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x包括:
根据海拔高度将待确定区域划分为多个不同海拔高度的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
3.根据权利要求1所述的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其特征在于,获取待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x包括:
根据坡度将待确定区域划分为多个不同坡度的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
4.根据权利要求1所述的砒砂岩区生态承载力阈值确定方法,其特征在于,根据坡向将待确定区域划分为多个不同坡向的子区域,每一子区域设定若干检测点,计算每一检测点的植被盖度的值,将检测点的植被盖度的值的和除以检测点的数量得到待确定区域内若干检测点的植被盖度的均值x。
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CN104517037A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-15 | 中国科学院遥感与数字地球研究所 | 一种生态承载力的遥感估算方法 |
CN106599576A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-04-26 | 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 | 基于结构动力学的草地生态承载力定量方法 |
CN110310019A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-10-08 | 北京师范大学 | 一种流域水系统协同承载力评价模型的构建方法 |
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2020
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