CN116012733A - 一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生态环境治理和草地修复技术领域，特别涉及一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，包括裸斑大小及播种总面积估测、物种组配和补播；本发明通过多种乡土草种的合理组配可有效增加补播群落的生物多样性；同时合理调配上繁草和下繁草的比例，从而减少补播物种的地上竞争；引入具有根茎的物种，增加恢复群落的稳定性和可持续性，对退化草地裸斑的恢复效果明显；此外，采用条播，并只在裸斑播种，降低种子成本。

Description

一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法

技术领域

本发明涉及生态环境治理和草地修复技术领域，特别涉及一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法。

背景技术

青藏高原约占中国陆地国土面积的1/4，是长江、黄河、澜沧江等的发源地，是中国水资源和生态安全的关键地区。青藏高原分布各类草地151.4万km²，占青藏高原面积的60％，其中高寒草甸的面积最大，达64.1万km²，占青藏高原草地总面积的42％。近年来，由于人类气候变化和人类活动双重影响，青藏高原草地退化问题日趋严重，其中，以“黑土滩”为代表次生裸地最为严重。高寒草地草毡层脱落形成裸斑，是高寒草地开始向“黑土滩”退化的重要阶段，因此裸斑恢复成为治理“黑土滩”等重度退化高寒草地的关键，也是限制我国高寒草地生态恢复的重难点，受到国家和科研工作者的高度重视。

高寒草地裸斑基本丧失自我恢复能力，通常采用人工补播措施修复。但大量的修复实践工作存在以下问题：①以补播单一草种或少数几个草种为主，难以恢复草地的生物多样性，造成恢复效果的不可持续；②此外，以垂穗披碱草等上繁草为主的补播在前三年的高产后因竞争生物量不断下降，草产量不可持续；③草地裸斑的土壤松软，保水能力差，造成撒播的草种出苗差，建植成功率低；④在非裸斑草地撒播的草种由于草垫层的阻碍很难接触土壤，建植成功率低，造成草种的大量浪费。以上问题严重影响高寒草地生态修复的效果，但目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中提出的问题，提供一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，通过多种乡土草种的合理组配可有效增加补播群落的生物多样性。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：裸斑大小及播种总面积估测；所述的裸斑大小及播种总面积估测包括如下步骤：

步骤(1)：以大疆P4Multispectral无人机为工具，利用专业的软件DJIGSPro规划飞行计划，向无人机传送作业任务，完成试验区域的图片采集；采集过程中，为保证航片完全覆盖采集区域，每条航线适当向外扩展一定距离；利用大疆智图软件将拍摄的照片拼接，合成正射影像；

步骤(2)：根据裸斑和植被覆盖地的植被覆盖度不同，利用ENVI对NDVI指数，调整阈值，可以精确识别草地中的裸斑：

注：NIR代表近红外波段，R代表红光波段；

步骤(3)：将识别后的照片导入Photoshop软件中转化成裸斑分布的灰度图，然后导入Metlab中进行过滤降噪、边界平滑处理后得到裸斑为纯白色，背景为纯黑色二值图；计算影像中裸斑的数量、每个裸斑中心坐标(像元位置)、周长(边界像元数量)、面积(区域像元数量)等信息；然后结合每张影像图片所包含的像元数量以及图片所覆盖的实际地表面积，求出每张图片的每个像元所代表的实际面积和距离；通过求得的裸斑的面积和周长计算每个裸斑的形状指数；形状指数D一般用来表征裸斑形状的规则程度，值越大，说明裸斑形状越不规则、复杂；值越小，说明裸斑形状越规则、简单；计算公式如下：

注：P为裸斑的周长，A为裸斑的面积。

步骤(4)：通过二值图获得影像中所有裸斑的形状、大小、位置信息后，结合裸斑的面积大小对其做简单的分类，从而针对裸斑面积大小进行相应的草地恢复建植措施。

步骤2：物种组配；所述物种组配包括如下步骤：

步骤(1)：草地生态修复不仅需要修复草地的生产功能，也要恢复草地群落结构的多样性；通过多种乡土草种的合理组配，以恢复草地的生物多样性，实现恢复效果的可持续；经实验筛选，所采用的乡土草种包括两种上繁禾草，垂穗披碱草、中华羊茅和四种下繁禾草，紫羊茅、星星草、草地早熟禾、冷地早熟禾，其中紫羊茅、草地早熟禾、冷地早熟禾具有发达根茎；

步骤(2)：所选用的草种种源需为修复地区的乡土种源，且选用的种子净度在85％以上，发芽率在85％以上；

步骤(3)：将垂穗披碱草、中华羊茅、星星草、草地早熟禾、紫羊茅、冷地早熟禾按质量分数比20:10:10:30:20:10均匀混合，用免耕补播机械播种或人工播种，播量为6-10kg/亩；

步骤(4)：所用物种和比例可根据目标草地的实际情况调整，如在退化严重或降水较少地区可在增大播种量的同时提高上繁草的比例。

步骤3：补播，所述补播包括如下步骤：

步骤(1)：补播时间宜在5月中上旬，根据步骤1中估测的裸斑面积计算总的用种量；

步骤(2)：采用条播的方式减少种子用量，同时增加播种深度；采用免耕补播机械或人工开沟，开沟深度2-4cm，行距15-35cm；

步骤(3)：根据种子大小播种深度在2-4cm，垂穗披碱草和中华羊茅等大种子播种深度需较深，但不超过4cm；草地早熟禾等小种子播种深度需较浅，不超过3cm。但由于草地裸斑失去了大量植物根系，土壤保水能力差，播种太浅会造成出苗差，因此深度不小于2cm，以减少水分散失；

步骤(4)：用免耕补播机械播种或人工播种，只在裸斑地块播种，播量为6-10kg/亩；

步骤(5)：播种后用免耕补播机或人工覆土、镇压。

本发明具有有益效果：本发明通过多种乡土草种的合理组配可有效增加补播群落的生物多样性；同时合理调配上繁草和下繁草的比例，从而减少补播物种的地上竞争；引入具有根茎的物种，增加恢复群落的稳定性和可持续性，对退化草地裸斑的恢复效果明显；此外，采用条播，并只在裸斑播种，降低种子成本。

附图说明

图1为本发明的实施例1中的补播第一年的草地盖度图；

图2为本发明的实施例1中的补播第一年的草地生物量图；

图3为本发明的实施例1中的补播第一年的优质牧草生物量占比图；

图4为本发明的实施例1中的不同面积裸斑和植被覆盖地块在生长季的土壤含水量比较图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例采用免耕补播的方法恢复甘肃省甘南州玛曲县大水地区重度退化高寒草地。供试草种有垂穗披碱草(Elymusnutans)、中华羊茅(Festucasinensis)、星星草(Puccinelliatenuiflora)、冷地早熟禾(Poacrymophila)、草地早熟禾(Poapratensis)紫羊茅(Festucarubra)，其中垂穗披碱草、中华羊茅为上繁草，星星草、草地早熟禾、紫羊茅、冷地早熟禾为下繁草，种子由兰州大学草地农业科技学院提供。

共配置5种乡土草组配方式：组配A：垂穗披碱草+中华羊茅+草地早熟禾(混播比例2:1:1)；组配B：垂穗披碱草+中华羊茅+草地早熟禾+紫羊茅，按上繁草和下繁草不同比例设置(混播比例2:1:1:1)；组配C：垂穗披碱草+中华羊茅+草地早熟禾+紫羊茅(混播比例2:1:2:1)；组配D：垂穗披碱草+中华羊茅+草地早熟禾+紫羊茅(混播比例2:1:3:2)；组配E：垂穗披碱草+中华羊茅+草地早熟禾+紫羊茅+冷地早熟禾+星星草(混播比例2:1:3:2:1:1)，总的播量均为6kg/亩。

于5月中旬进行补播作业，补播前利用估测裸斑的大小及播种总面积，计算总的用种量。采用免耕补播机开沟，行距20cm。人工条播，播种深度2-4cm，后覆土、镇压，各处理5次重复。

于8月进行样方调查，测定生物量，每小区随机选取50cm*50cm的样方一个，调查多样性和生物量。

如图1所示，所有补播处理的盖度较对照均有较大提升，其中补播方案A、B、C和D显著提升了植被盖度(P＜0.05)。如图2和3所示，所有处理的生物量均高于对照，且优质牧草的生物量占比得到显著提升(P＜0.05)。

如图4所示，可以看出裸斑面积显著影响土壤水分，随着裸斑面积的增加土壤水分呈先降低后增加趋势。

通过上述实验及其测定结果可知，本发明所申请的高寒草地裸斑修复方法可有效提升重度退化高寒草地的盖度、生物量和优质牧草占比，所有物种组配中，组配C和组配D对生物量和盖度的提升最大，组配E对优质牧草比例的提升最大，即下繁草占比较高的组配表现更优。可以预测随着补播年限的增加，上繁草的占比将逐渐下降，下繁草维持群落盖度和生物量的作用将不断凸显。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：裸斑大小及播种总面积估测；所述的裸斑大小及播种总面积估测包括如下步骤：

步骤(1)：以大疆P4 Multispectral无人机为工具，利用专业的软件DJI GS Pro规划飞行计划，向无人机传送作业任务，完成试验区域的图片采集；利用大疆智图软件将拍摄的照片拼接，合成正射影像；

步骤(2)：根据裸斑和植被覆盖地的植被覆盖度不同，利用ENVI对NDVI指数，调整阈值，可以精确识别草地中的裸斑：

注：NIR代表近红外波段，R代表红光波段；

步骤(3)：将识别后的照片导入Photoshop软件中转化成裸斑分布的灰度图，然后导入Metlab中进行过滤降噪、边界平滑处理后得到裸斑为纯白色，背景为纯黑色二值图；计算影像中裸斑的数量、每个裸斑中心坐标(像元位置)、周长(边界像元数量)、面积(区域像元数量)等信息；然后结合每张影像图片所包含的像元数量以及图片所覆盖的实际地表面积，求出每张图片的每个像元所代表的实际面积和距离；通过求得的裸斑的面积和周长计算每个裸斑的形状指数；形状指数D一般用来表征裸斑形状的规则程度，值越大，说明裸斑形状越不规则、复杂；值越小，说明裸斑形状越规则、简单；计算公式如下：

注：P为裸斑的周长，A为裸斑的面积；

步骤(4)：通过二值图获得影像中所有裸斑的形状、大小、位置信息后，结合裸斑的面积大小对其做简单的分类，从而针对裸斑面积大小进行相应的草地恢复建植措施；

步骤2：物种组配；所述物种组配包括如下步骤：

步骤(1)：草地生态修复不仅需要修复草地的生产功能，也要恢复草地群落结构的多样性；通过多种乡土草种的合理组配，以恢复草地的生物多样性，实现恢复效果的可持续；

步骤(2)：所选用的草种种源需为修复地区的乡土种源，且选用的种子净度在85％以上，发芽率在85％以上；

步骤(3)：将草种种源组配后，用免耕补播机械播种或人工播种；

步骤(4)：所用物种和比例可根据目标草地的实际情况调整，如在退化严重或降水较少地区可在增大播种量的同时提高上繁草的比例；

步骤3：补播，所述补播包括如下步骤：

步骤(1)：补播时间宜在5月中上旬，根据步骤1中估测的裸斑面积计算总的用种量；

步骤(2)：采用条播的方式减少种子用量，同时增加播种深度；采用免耕补播机械或人工开沟；

步骤(3)：根据种子大小播种深度在2-4cm；

步骤(4)：用免耕补播机械播种或人工播种，只在裸斑地块播种；

步骤(5)：播种后用免耕补播机或人工覆土、镇压。

2.根据权利要求1所述的一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于：在步骤1的步骤(1)中，采集过程中，为保证航片完全覆盖采集区域，每条航线适当向外扩展一定距离。

3.根据权利要求1所述的一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于：在步骤2的步骤(1)中，所采用的乡土草种包括两种上繁禾草和四种下繁禾草，两种上繁禾草为垂穗披碱草和中华羊茅，四种下繁禾草为紫羊茅、星星草、草地早熟禾、冷地早熟禾，其中紫羊茅、草地早熟禾、冷地早熟禾具有发达根茎。

4.根据权利要求3所述的一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于：在步骤2的步骤(3)中，将垂穗披碱草、中华羊茅、星星草、草地早熟禾、紫羊茅、冷地早熟禾按质量分数比20:10:10:30:20:10均匀混合。

5.根据权利要求1所述的一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于：在步骤2的步骤(3)中，播量为6-10kg/亩。

6.根据权利要求1所述的一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于：在步骤3的步骤(2)中，开沟深度为2-4cm，行距为15-35cm。

7.根据权利要求1所述的一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于：在步骤3的步骤(3)中，所述垂穗披碱草和中华羊茅等大种子播种深度需较深，但不超过4cm；所述草地早熟禾等小种子播种深度需较浅，不超过3cm，但由于草地裸斑失去了大量植物根系，土壤保水能力差，播种太浅会造成出苗差，因此深度不小于2cm，以减少水分散失。

8.根据权利要求1所述的一种利用乡土草种物种组配修复重度退化高寒草地裸斑的方法，其特征在于：在步骤3的步骤(4)中，播量为6-10kg/亩。

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