一种高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价方法

技术领域

本发明属于草地退化改良技术领域,尤其涉及一种高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价方法。

背景技术

青藏高原是我国天然草地分布面积最大的一个区，约占全国草地面积的1/3，一般海拔在3000-5000米，平均海拔4000米以上。高原上冻土广布，植被多为天然草原，主要植被类型为高寒草甸，约占青藏高原草地的46.7％。

近年来，在全球气候变化特别是人类活动的影响下，青藏高原高寒草地面临着严峻的退化问题，退化面积约有4.5×10

草地的退化，最先表现在地上植被群落特征的改变。天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标(GB 19377-2003)中将植物群落特征、组成结构、指示植物、地上部产草量和土壤养分作为必须监测项目，以此判定草地退化程度。这些指标都是局限于地上部分，忽略了地下部分的退化指标。

目前，主要聚焦于高寒草甸草地研究，研究主要从高寒草甸草地退化成因、退化草地土壤质量评价、退化草地修复技术等。因此，为描述草地退化程度，采用样方调查、取样测试、3S技术等手段进行土地质量评价，主要是通过已有退化程度分类方法进行分区分级，再探究不同区域土壤的物理、化学、生物等性质变化机理；此外，也进行了土壤性质变化规律探究等相关研究。

由于前期研究之前并未面临大面积草皮剥离堆放导致沙化退化问题，剥离草皮的相关研究也是少之又少，现主要研究聚焦于草皮剥离、存放和回用等技术性研究。但针对我国不同地区不同类型的剥离草皮退化程度的评价、保护和利用的研究较少。根据不同类型的退化草皮怎么利用，利用到什么程度还存在疑问。

发明内容

本发明提出一种高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价方法，旨在理清剥离草皮特点、草皮性质，做出准确评价，进而确定合理、高效、安全的草皮回用方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价方法，包括：

获取土壤样本，对所述土壤样本进行室内测试，获取土壤理化性质指标；

基于主成分分析法对所述土壤理化性质指标进行处理，获取所述土壤理化性质指标的最小数据集的权重数值；

基于改进逼近理想解分析法，对所述土壤理化性质指标的最小数据集和所述土壤理化性质指标的最小数据集的权重数值进行计算，获取加权欧式距离及距离比例；

对所述加权欧式距离及距离比例进行排序分级，获取草皮退化程度，完成高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价。

可选的，获取所述土壤样本包括：

获取高寒草甸表土剥离堆积区施工资料，基于所述高寒草甸表土剥离堆积区施工资料确定剥离草皮堆积区；

基于所述剥离草皮堆积区，设置取样点，在所述取样点进行取样，获取所述土壤样本。

可选的，所述土壤理化性质指标包括含电导率、阳离子交换量、全磷、容重、土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷、速效钾和pH值。

可选的，基于主成分分析法对所述土壤理化性质指标进行处理，获取所述土壤理化性质指标的最小数据集的权重数值包括：

基于主成分分析法对土壤理化性质指标进行标准化和协方差计算，获取主成分的特征值和方差贡献率；

对所述主成分的特征值和方差贡献率进行筛选，获取若干个所述特征值≥1和所述累计贡献率≥70％的主成分指标；

对若干个所述特征值≥1和所述累计贡献率≥70％的主成分指标进行筛选，获取所述土壤理化性质指标的最小数据集；

对所述土壤理化性质指标的最小数据集进行加权求和，获取所述土壤理化性质指标的最小数据集的权重数值。

可选的，基于主成分分析法对土壤理化性质指标进行标准化和协方差计算，获取主成分的特征值和方差贡献率包括：

基于主成分分析法，将所述土壤理化性质指标进行转换，获取样本矩阵；

对所述样本矩阵进行标准化，获取样本标准化矩阵；

对所述样本标准化矩阵进行协方差计算，获取主成分的特征值和方差贡献率。

可选的，基于改进逼近理想解分析法，对所述土壤理化性质指标的最小数据集和所述土壤理化性质指标的最小数据集的权重数值进行计算，获取加权欧式距离及距离比例包括：

基于改进逼近理想解分析法，对所述土壤理化性质指标的最小数据集进行数据筛选，获取最优理想值和最劣理想值；

对所述土壤理化性质指标的最小数据集的权重数值、所述最优理想值和所述最劣理想值进行计算，获取加权欧式距离及距离比例。

可选的，对所述加权欧式距离及距离比例进行排序分级，获取草皮退化沙化评价结果包括：

对所述加权欧式距离及距离比例进行排序，获取土壤指标排序结果；

基于指标规定界定值，对所述土壤指标排序结果进行分级，获取草皮退化程度。

可选的，所述草皮退化程度包括轻度沙化草皮、中度退化草皮和重度退化草皮。

本发明具有以下有益效果：

本发明公开一种高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价方法，该方法能应用草皮剥离土壤进行退化程度评价，通过厘清高寒草甸草地退化和剥离草皮退化的立地条件，明晰剥离草皮退化机理，能够更好地分析草皮回用的注意点，进而根据草皮特点确定合理、高效、安全的草皮回用方法。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一种高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提出的草皮剥离堆积区的全貌图；

图3为本发明实施例提出的草皮剥离堆积区的局部状况和取样图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1-3所示，本实施例中提供一种高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价方法，包括：调查高寒草甸未扰动草甸区域和草皮剥离堆放区域并取样，进行室内试验获得堆积区草皮土壤的理化性质等指标；采用主成分分析法，将测取的指标数值转化为样本矩阵，而后进行标准化和协方差计算，获取主成分的特征值、方差贡献率；按照多个特征值≥1和累计贡献率≥70％的主成分指标，获取主成分矩阵，并筛选主成分矩阵中每列数值最大的指标，进而获取土壤理化性质指标的最小数据集和最小数据集的权重数值；采用改进逼近理想解(topsis)分析方法，将主成分分析筛选得到土壤理化性质指标的最小数据集进行分析，获取土壤理化性质指标的最小数据集中各个土壤理化性质指标理想值

基于各个土样的加权欧式距离和距离比例的计算结果，结合《第二次土壤普查养分分级标准》、《土壤干旱等级》(DB63/T 1578-2017)、《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》(GB 19377-2003)等相关标准和研究，确定指标规定界定值进行排序分级，基于所述土壤指标排序结果进行分级，获取草皮退化程度，包括轻度沙化草皮、中度退化草皮和重度退化草皮。具体步骤如下：

步骤一、收集高寒草甸表土剥离堆积区施工资料，获取剥离草皮堆积区和未剥离草皮的土壤性质、堆积时间、方量、深度、尺寸。确定所有剥离草皮堆积区进行取样，每个草皮取样采用五点取样法确定五个取样点，取样时需要清除表面浮石，杂草。同一深度的剥离草皮堆积区需要采用进行混合后取出1kg左右土样。

本实施例选取调查青藏高原新建川藏线汪布曲草原的各个高寒草甸剥离草皮堆积区和未扰动草甸区域，布设42个采样点，其中，未扰动草甸区域8个，高寒草甸剥离草皮堆积区34个。

步骤二、将获取的土样进行土壤性质测试，获取土壤理化性质等指标。

其中，土壤指标包括含水量、机械组成、容重、土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷、速效钾和pH值等指标数值，如表1所示。

表1

步骤三、采用主成分分析法，将42个样本下的10种指标转换为大小为42*10的样本矩阵，进行归一化和协方差计算，获取由各个土壤理化性质指标组成主成分指标的协方差矩阵，通过协方差矩阵，计算主成分的特征值、方差贡献率，按照若干个所述特征值≥1和所述累计贡献率≥70％的主成分指标，获取主成分矩阵，筛选矩阵每列数值最大对应指标，进而获取土壤理化性质指标的最小数据集和最小数据集的权重数值。

本实施例中数据整理使用Excel 2021，数据计算使用SPSS，经KMO和Bartlett球形度检验，KMO值为0.603，Bartlett球形度检验的相伴概率P＜0.01(极显著水平)，数据具有相关性，根据特征值大于1以及累积贡献率大于70％的原则，选取前4个因子作为主成分，将选择指标赋予权重，如表2-5所示，其中表2为标准化矩阵表，表3为主成分分析的特征根与方差贡献率，表4为土壤指标与主成分的相关性表，表5为主成分分析的特征值、方差贡献率和权重表。

表2

表3

表4

表5

基于所述主成分分析法筛选出特征值≥1和累计贡献率≥70％的多个主成分指标和成分矩阵每列指标数值最大的土壤表，获取评价草皮退化程度最具影响力的土壤指标和相应指标权重值为有机质(43.09％)、速效磷(25.65％)、pH值(17.57％)、容重(13.78％)；

将主成分分析筛选得到土壤理化性质指标的最小数据集进行分析，获取土壤理化性质指标的最小数据集中各个土壤理化性质指标理想值

基于各个土样加权欧式距离和距离比例的计算结果，结合《第二次土壤普查养分分级标准》、《土壤干旱等级》(DB63/T 1578-2017)、《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》(GB 19377-2003)等相关标准和研究，确定指标规定界定值进行排序分级，最后对土壤指标排序结果进行分级，获取草皮退化程度，完成高寒草甸区剥离草皮块退化程度评价，草皮退化程度包括轻度沙化草皮、中度退化草皮和重度退化草皮。

最终进行排序分级，如表6-9所示，表6为现场自然状态下的草甸草地土壤理化性质数值表，表7为剥离草甸土壤理化性质数值表，表8为土壤理化指标最优、最劣值，表9为土壤欧式距离比例及评价指数表。

表6

表7

表8

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表9

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以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。