基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统

技术领域

本发明涉及生态优化技术领域，具体涉及一种基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统。

背景技术

作为水、陆及其生态系统交错过渡与衔接的消落带，生态环境脆弱，容易收到自然和人为的双重威胁。但消落带作为水陆过渡的生态屏障，在面源污染、稳定库岸、防止水土流失、提供生物生境、美化景观等有着不可替代的生态服务功能。

现阶段消落带生态修复技术存在问题主要体现两大方面。一方面为植物品种选择不合理，消落带地处环境区别于陆地区域，其植物选择具有针对性，大多数植物在消落带区域生长不佳或无法生存，若盲目运用植物，忽略植物本身特性，消落带生态修复效果不佳，生物多样性不能得到保证，且会造成不必要的损失。并且，消落带的环境治理和生态修复是一个复杂的系统工程。若是盲目地进行生态修复，植物在夏季枯水期快速生长后遭受蓄水期长时间水淹，腐烂于水体中，会造成严重的内源污染。二方面为植物群落构建方式市政化，消落带多数处于自然荒野区域，其修复方式应与区域环境相适宜，区别于市政绿化，消落带植被群落构建对植物搭配比例有严格要求，适宜的比例搭配，有利于提升植物群落自身的稳定性，加强与自然条件的适应能力，减少后期管理维护。

综上，消落带植被营建在生境恢复、景观构建等方面有着紧密联系，虽然现有针对不同土质、不同水位线的的消落带植被营建方案，但总体来说，现有方案中仍缺少基于适生环境评估、特殊生境分析的具有针对性的消落带植被群落营建方案，现有技术的系统完整性、针对实践性等方面仍存在明显不足，仍需要在关键技术和实践上进一步研究和优化。

发明内容

本发明意在提供一种基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统，能够针对性、适应性、可操作性地完成特殊生境的生境营建设计，能够为特殊生境的生态治理及优化提供可靠的、细致的科学依据。

为达到上述目的，本发明提供的基础方案为：

方案一

基于特殊生境下的植被群落搭配方法，包括以下步骤：

步骤1，采集特殊生境区域处的基础环境数据，进行适生环境评估；

步骤2，基于适生环境评估结果，提取出环境影响因子；

步骤3，基于环境影响因子，将特殊生境区域沿岸线切分为多个一级区域，并按区域筛选出适生植物种类；

步骤4，按照生境结构营建策略，分区域进行适生植物配置，以进行生境营建；

所述生境结构营建策略包括以下子步骤：基于基础环境数据，确定各区域的留置单元空间、留置单元群落和待固化单元空间；针对待固化单元空间，基于环境影响因子，筛选固化方式；针对非留置单元空间和非留置单元群落，基于筛选出的适生植物种类，进行立体分层式的适生植物群落配置。

方案二

基于特殊生境下的植被群落搭配系统，用于执行如方案一所述的一种基于特殊生境下的植被群落搭配方法；包括评估模块、提取模块、筛选模块和智能搭配模块；

所述评估模块用于处理采集到的特殊生境区域处的基础环境数据，并进行适生环境评估，输出适生环境评估结果；所述提取模块用于基于适生环境评估结果，提取出环境影响因子；所述筛选模块用于基于环境影响因子，将特殊生境区域沿岸线切分为多个一级区域，并按区域筛选出适生植物种类；所述智能搭配模块用于按照生境结构营建策略，分区域进行适生植物配置，以进行生境营建。

本发明的工作原理及优点在于：

本方案能够基于基础环境数据完成针对特殊生境区域的环境评估，并根据环境评估结果，对特殊生境区域进行区域划分，并按区域筛选适生植物种类并进行适生植物配置。本方案能够基于特殊生境区域中的各区域板块的特性，针对性地完成生境营建；营建细致度较高，能够为特殊生境的生态治理及优化提供可靠的、细致的科学依据。并且，本方案中，在进行生境结构营建时，还对各区域的留置单元空间、留置单元群落和待固化单元空间进行区分并结合固化手段和立体分层式的适生植物群落配置方式，能够为特殊生境区域提供全面性地生态优化策略，有助于充分提升城市滨江环境品质。

特别的是，本方案提出了一种新的针对特殊生境(消落带)的生态优化方案。受限于消落带的形成特性(即由于河岸带的季节性水位涨落而形成)，现有的消落带植被群落修复等生态优化方案均是单一地从水动力和水位高度出发，按水位划分消落带区域，并进行植物搭配。现有方案中均没有关注到消落带中已有的生态环境状态，这使得许多消落带处现有的生态资源未得到利用，还易于使得新建的植物群落与消落带现有生态链条相斥或不适配，以致于实际的生态修复效果不佳。本方案则关注到了上述问题，在生境营建中，选择结合消落带处的基础环境数据进行适生环境评估，能够有效筛选出真正适配于消落带处的现有生境环境并能够有效融入现有生境环境，实现生境优化的植物组合，从根本上解决了生态链条相斥或不适配的问题。并且，相较于单纯的按水位、高程直接整区域替换植物的生态优化方案，本方案对生境区域的规划更为细致，通过对留置单元空间、留置单元群落和待固化单元空间的区分和针对性规划，能够充分利用消落带本身的生境资源，有助于降低生态优化成本的同时，能够更为针对性地解决消落带处的生境问题(如无法通过增设植被解决的、洪水冲刷力度较大的土质疏松区域等则通过筛选适合的固化方式进行针对性加固等)，生态治理更有效。

附图说明

图1为本发明基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统实施例一的方法流程示意图；

图2为本发明基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统实施例一的一级区域划分示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例一

实施例基本如附图1所示：基于特殊生境下的植被群落搭配方法，包括以下步骤：

步骤1，采集特殊生境区域处的基础环境数据，进行适生环境评估。

本实施例中，所述特殊生境区域为消落带区域；所述消落带区域指河流、湖泊、水库中由于季节性水位涨落而周期性露出水面的陆地区域。本实施例中，根据河岸带的水位消落情况划定消落带区域。

所述基础环境数据包括水文变化数据、水流冲刷数据、堤型数据、土质数据、植被数据、动物数据和基础地理数据(包括特殊生境区域的位置、范围、地形、地貌等)。本实施例中，所述基础环境数据可自水文站、土壤数据库及现场实测材料中提取得到。所述水文变化数据包括水位线、流量、水温、降水量、蒸发量、含沙量、淹没线、淹没范围、淹没时间、堤脚线等。所述水流冲刷数据包括冲刷力、冲刷频率、冲刷流速等。所述堤型数据包括堤型、坡度、坡向、高程等。所述土质数据包括土壤质地、土壤pH值、土壤孔隙度、土壤有机物含量等。所述植被数据包括植物覆盖率、常绿落叶比例、不同季节的观赏植物比例、植被单元类型、植被单元位置等。所述动物数据包括动物单元类型、动物位置、动物驻留时间、动物迁徙时间等。

步骤2，基于适生环境评估结果，提取出环境影响因子。

所述适生环境评估包括用地分析、水文分析、生境分析、植被分析、动物分析等。具体地，所述用地分析包括：基于基础数据中基础地理数据，确定特殊生境区域的地形地貌组成，如地形包括堤岸型和陡坡型，且堤岸型地形处包括沱型地貌单元等。所述水文分析包括基于水文变化数据和水流冲刷数据，确定特殊生境区域中受洪水冲刷、径流冲刷、横波侵蚀等影响而生成的不稳定岸线区域。所述生境分析包括基于基础数据中的土质数据，分析得到特殊生境区域中的土地生境。所述植被分析包括基于基础数据中的植被数据，分析得到特殊生境区域中的植被梯度分布和植被单元组成。

所述环境影响因子包括水位影响因子、土地影响因子和植被影响因子。所述水位影响因子包括水位高程、各水位高程对应的淹没时长和水质、岸线稳定性。所述土地影响因子包括土地地形地貌、土地生境、土地层次等。其中，土地生境包括块石、砾石、岩石、壤土、淤积泥土等。土地层次包括基于高程划分的自然江滩层、生态修复过渡层、生态修复强化层、水陆生态过渡层、游憩休闲生态强化层和眺望观景生态强化层。所述植被影响因子包括植物绿量(区域中的植物覆盖率)、植物多样性、群落结构、群落季相、群落空间、群落功能性、管护效果等。

步骤3，基于环境影响因子，将特殊生境区域沿岸线切分为多个一级区域，并按区域筛选出适生植物种类。

所述一级区域包括：浅丘陵段区域、陡坡段区域、河漫滩段区域和堤岸段区域，如附图2所示，基于高程、坡度、坡向等数据进行区域的识别与划分。本方案中，首先结合不同的地质数据对特殊生境区域按地形结构做了初步的区域划分，以便于准确筛选适宜于特定地形环境的植物类型，有助于提升植物群落搭配的适配度。

筛选适生植物种类时，按照筛选指标对待选植物进行综合评分，并选取综合评分高于阈值的待选植物作为适生植物。在实际应用中，所述阈值根据实际生态优化需求进行设定。

所述筛选指标包括生态适应性、繁殖难易度、水土保持性和生态安全性。具体地，所述生态适应性对应的评价指标包括植物的耐瘠薄性、耐水淹性、耐干旱性；所述繁殖难易度对应的评价指标包括植物的萌蘖性和成活率；所述水土保持性对应的评价指标包括植物的根系发达性、固土能力和耐冲刷度；所述生态安全性对应的评价指标包括生态危害度。本实施例中，各筛选指标和各评价指标的权重可按照层次分析法进行设定。如表1所示，针对生境组成为冲积河沙、冲积河沙+砾石、冲积河沙+块石、冲积河沙+岩石的不同高程区域，所选取得到的适生植物群落类型。

表1适生植物类型(示例)

步骤4，按照生境结构营建策略，分区域进行适生植物配置，以进行生境营建；

所述生境结构营建策略包括以下子步骤：基于基础环境数据，确定各区域的留置单元空间、留置单元群落和待固化单元空间；针对待固化单元空间，基于环境影响因子，筛选固化方式；针对非留置单元空间和非留置单元群落，基于筛选出的适生植物种类，进行立体分层式的适生植物群落配置。

在生境结构营建策略中，在确定各区域的留置单元空间、留置单元群落和待固化单元空间时，包括以下子步骤：

建立基于特殊生境区域的三维矢量地图；并按照实际测绘得到的特殊生境区域尺寸数据，标定三维矢量地图的尺寸坐标；并按照基础环境数据，为三维矢量地图附加参数图层；采集预设的针对留置单元空间、留置单元群落和待固化单元空间的空间筛选条件，根据空间筛选条件分别建立留置单元空间筛选图层、留置单元群落筛选图层和待固化单元空间筛选图层，各筛选图层中保留显示的三维矢量地图区域分别对应为留置单元空间、留置单元群落和待固化单元空间。

其中，留置单元空间包括特殊生境区域中的原有的江岸水文地貌单元，如碛、沱、河漫滩、河口等。留置单元群落包括江岸原生植被群落。待固化单元空间包括未设植被单元的空间、坡度因子≥1:2的空间，以及，冲刷因子(洪水流速)≥1.5m/s的空间。

进一步地，针对待固化单元空间，根据该空间的坡度因子及冲刷因子，筛选出适配的固化方式，具体如表2所示。所述固化方式包括植树、植草、铺设生态毯、抛石固岸。其中，生态毯可采用椰毯、面层防护系统+锚固系统等，能够对坡面提供有效侵蚀防护，减少水土流失；并对植被进行冲蚀防护，减少植被抗冲蚀疲劳。抛石固岸则可采用常规的抛石固岸方案。

表2固化方式选择方法(示例)

进一步地，在基于筛选出的适生植物种类，进行立体分层式的适生植物群落配置中，所述立体分层式的适生植物群落配置包括：草本群落—灌草群落—乔灌草群落的植物群落配置。该配置设置针对了消落带反季节动态水位变化的特点，能够有效提升植物群落多样性和恢复力，并提高生态系统服务功能。

具体地，在草本群落—灌草群落—乔灌草群落的植物群落配置中，还按照生境类型进行群落类型的进一步区分。

例如，针对河漫滩型+砾石生境、浅丘陵型+砾石生境，植物配置为——下部：以低矮草本为建群种，构建低矮禾草群落；中部：以灌木为建群种，构建灌丛群落；上部：以乔木为建群种，构建江岸林带。

针对河漫滩型+块石生境，植物配置为——下部：以自然原有植被为主；中部：以灌木为建群种，配以高草，构建灌丛群落；上部：以乔木为建群种，构建江岸林带。

针对浅丘陵型+块石生境，植物配置为——下部：有淤积泥沙，以低矮草本为建群种，构建低矮禾草群落；中部：以灌木为建群种，配以高草，构建灌丛群落；上部：以乔木为建群种，配以灌木、草本等，构建江岸林带。

针对河漫滩型+淤积泥沙生境、浅丘陵型+淤积泥沙生境，植物配置为——下部：以低矮草本为建群种，构建低矮禾草群落；中部：以高草为建群种，构建高草丛群落；上部：以乔木为建群种，构建江岸林带。

针对河漫滩型+壤土生境、浅丘陵型+壤土生境，植物配置为——下部：以低矮草本为建群种，构建低矮禾草群落；中部：以灌木为建群种，配以草本，构建灌草群落；上部：以乔木为主，配以灌木、草本等，构建江岸林带。

所述立体分层式的适生植物群落配置还包括：针对不同的水位线高度，进行不同的植物群落配置。本实施例中，针对水位线大于180m的非留置单元空间，配置常绿阔叶林；针对水位线为175-180m的非留置单元空间，配置耐洪树种(黄葛树、枫杨、南紫薇、桤木)、河岸灌木丛(增加鸟类食源性植物)；针对水位线为170-175m的非留置单元空间，配置多年生高草(芦苇、芦竹、芭茅、野古草、野青茅等)；针对水位线为165-170m的非留置单元空间，配置耐寒低矮草本(狗牙根、扁穗牛鞭草等)；针对水位线小于160m的非留置单元空间，配置滩涂季节性一年生植物。

基于适生植物配置后的特殊生境区域，模拟生成其中各个一级区域的改进环境影响因子；并根据改进环境影响因子，分区域进行动物单元配置。具体地，动物单元包括林鸟生活单元、涉禽类生活单元(山林居住、水边觅食)、两栖类生活单元、雁鸭生活单元、鱼栖港湾、底栖港湾。这样设置，能够基于植被优化后的特殊生境环境，进行动物单元的优化配置，能够为区域内各种类动物提供多样丰富的生存环境，提高生物多样性。

基于基础环境数据，提取得到特殊生境区域中的立面生态景观分布和现有动物单元；并结合动物单元配置，重构立面生态景观。所述立面生态景观包括滩、碛、洲、坨、浩。其中，碛为江中的石碓结构，内部有石梁、石槽、壶穴等地貌结构。坨为江水冲击受岸线阻隔形成的洄水区域，内部有岩壳、石洞、石缝等结构。浩为土、石天然坝梗结构围合形成的半封闭水域。通过立面生态景观的重构，能够丰富特殊生境区域中的生态区域。

本实施例提供一种基于特殊生境下的植被群落搭配系统，用于执行如上述的一种基于特殊生境下的植被群落搭配方法；包括评估模块、提取模块、筛选模块和智能搭配模块；

所述评估模块用于处理采集到的特殊生境区域处的基础环境数据，并进行适生环境评估，输出适生环境评估结果；所述提取模块用于基于适生环境评估结果，提取出环境影响因子；所述筛选模块用于基于环境影响因子，将特殊生境区域沿岸线切分为多个一级区域，并按区域筛选出适生植物种类；所述智能搭配模块用于按照生境结构营建策略，分区域进行适生植物配置，以进行生境营建。

本实施例提供的一种基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统，能够针对性、适应性、可操作性地完成特殊生境的生境营建设计，能够为特殊生境的生态治理及优化提供可靠的、细致的科学依据。特别的是，本方案在针对特殊生境进行生境营建时，对特殊生境进行了细致化的区域划分，并结合区域特性，利用包括保留与固化适宜的区域单元、构建立体分层植物群落、增引动物单元、丰富立面生态景观(对应于步骤4)在内的多维度的生境营建策略，对特殊生境处的包括植被群落、动物单元、景观单元在内的生态环境制定了有效的优化方案，能够有效优化特殊生境(即消落带)处的生态环境，提升城市滨江环境品质。

实施例二

基于特殊生境下的植被群落搭配方法，在实施例一的基础上，还包括：预备步骤和更新步骤。

所述预备步骤设于步骤1之前，所述预备步骤包括：确定特殊生境区域的边界范围，包括最大高程和最低高程。具体包括，采集对应特殊生境区域(即对应消落带区域)的河岸带的近10年的水位消落数据，并构建关系函数，并基于关系函数预估得到即时的水位消落数据。并采集实时的水文变化数据对即时的水位消落数据进行修正，进而根据修正后的水位消落数据，确定特殊生境区域的边界范围。

所述更新步骤设于步骤4之后，所述更新步骤包括：实时采集环境新闻信息，并从中提取出与河岸带存在关联影响的新闻影响信息，并根据新闻影响信息对步骤4中的适生植物群落配置和动物单元配置进行微调。以环境新闻信息中的大型污水排放/泄漏信息为例，该信息事件的发生会对排放对接水流、排放对接水流的河岸带的土壤、以及排放对接水流的部分流段的空气环境造成负面影响，则该信息属于新闻影响信息。在捕捉到该新闻影响信息后，根据的排放地点信息，采集与该排放地点对接的管网排布信息或河流信息，并根据排放量预测排放影响范围。若排放影响范围与特殊生境区域存在重合，则针对重合区域中的适生植物群落配置和动物单元配置进行微调。

本实施例提供的一种基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统，相较于实施例一，群落搭配的动态性更强，且具有一定的实时性，能够及时指导优化特殊生境处的生态结构。其中，预备步骤能够准确确认特殊生境的边界范围，可保证生态优化规划充分；更新步骤能够结合即时发生的环境影响事件，对植被群落搭配方式进行微调，以保证特殊生境处的生态环境能够应对突发的环境影响事件，生态保护效果更好。

实施例三

基于特殊生境下的植被群落搭配方法，在实施例一的基础上，还包括：比例调整步骤。

所述比例调整步骤设于步骤4之后，所述比例调整步骤包括：在进行立体分层的适生植物群落配置后，还对各层植物群落的植物组成比例进行二次调整。

在进行二次调整时，按照预设调整策略进行调整。所述预设调整策略包括：

S1：采集所配置的各植物群落的历史生长数据；所述历史生长数据包括普通生长平均速度、偏好环境条件和偏好环境下的优生平均速度。以浅丘陵型+块石生境的下部的植物配置为例，采集所选择的低矮草本，如狗牙根和牛鞭草的历史生长数据。

S2：匹配各植物群落的偏好环境条件与基础环境数据，并计算出植物群落配置处，如低矮草本配置处的各植物群落的偏好环境得分。所述偏好环境得分高低，与偏好环境条件和基础环境数据的匹配度呈正比。

S3：当某植物群落的偏好环境得分大于预设阈值时，对该层植物群落的植物组成比例进行调整，且调整方式为：设偏好环境得分大于预设阈值的植物群落为A，对应的初始组成占比为x，预设阈值设为a，本实施例中a＝75％；则A二次调整后的组成占比为x-[a-(v

本实施例提供的一种基于特殊生境下的植被群落搭配方法及系统，能够结合植物在具体的生境中的生长长势预估，对各层植物群落的植物组成比例进行调整。通过此方案，能够进一步准确地规划植物群落的搭配比例，能够有效避免部分植物生长过速反而破坏特殊生境处的生态稳定性，植物群落搭配更细致、更稳定，且具有长效性。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。