退化草地植被生态恢复系统工程设计_蒙荣

退化草地植被生态恢复系统工程设计蒙　荣1,袁　清2,杨　3(1.内蒙古农业大学生态环境学院,内蒙古呼和浩特　010018;2.中国农业科学院草原研究所,内蒙古呼和浩特　010010;3.内蒙古大学生命科学学院,内蒙古呼和浩特　010021)摘要:　设计了生态环境适宜度分析及植被生态恢复系统工程决策专家系统的技术流程。

应用多种数据源、多种决策分析方法,建立生态环境基础空间数据库,确定生态环境适宜度评价模型,依据专家系统原理,在地理信息系统平台上分析生态环境适宜度,决策生成植被恢复的布局方案和优化栽培技术组合。

关键词:　环境适宜度评价;植被恢复;专家系统中图分类号:S812.5 文献标识码:A文章编号:1000-6311(2001)02-0007-05Designing of Expert System on Assessment of Ecological Environment Optimization and Vegetation Restoration.M ENG Rong1,YUAN Qing2,YANG Jie3(1.Ecological En-vironmental College,Inner Mongolia Agricultural U niversity,Hohhot010018,Chi-na;2.Grassland Research Institute,CAAS,Hohhot010010,China;3.Life Sci-ence College,Inner Mongolia U niversity,Hohhot010021,China):Grassland of China,No.2,2001,pp.7～11.A bstract:　The paper desig ned the technical procedure and realization method of the sy stem that contains assessment of ecological environmental and plant of vegetation restoration w ere desig ned.Spatial data bank on ecological environment was established by using the various data resources and methods of decision and analy sis.Assessment model on the optimization of ecological environment w as determined.Acco rding to the principal of expert system,plant allocation and sets of cultivation techniques w ere for-mulated by evaliating the ecological environment optimization based on G IS.Key words:　Optimization assessment of environment;　Vegetation restoration;　Ex-pert system 近年来,由于人口膨胀和生产力水平低下,导致滥垦、滥牧、滥樵,造成干旱草原地区土壤风蚀、干旱加剧、植被破坏和消失。

而在干旱地区草原生态环境中,植被起着核心作用,其退化或消失必然引起环境恶化。

因此,如何恢复重建退化草地植被对改善草地生态环境具有至关重要的意义。

收稿日期:2000-04-18;修订日期:2000-09-12基金项目:农业部草地资源生态重点开放实验室资助作者简介:蒙荣(1962-),女(蒙古族),副教授,在读博士,主要从事草地资源遥感技术与环境评价等的教学与科研工作,发表论文10余篇.—7—第23卷　第2期Vol.23　No.2 中国草地Gras sland of China2001年3月M ar.2001多年来,科研工作者在草地资源评价、生态环境适宜度分析及生态环境治理的研究和实践中积累了丰富的理论知识、经验和行之有效的方法。

例如,对草地基况的评价、对各生态要素适宜度的分析评价及其综合分析评价、对多种植物的生态生物学特性及其经济价值的充分研究等。

将这些知识、经验模式化、条理化,建立相应的实用性系统,更快、更有效地用于防治草地荒漠化,是一项改善生态环境很迫切、很有价值的工作。

1　系统技术流程设计为有效地评价生态环境和规划设计植被恢复方案,本研究设计了用多种数据源、多种决策分析方法进行管理,依据专家系统原理,在地理信息系统平台上分析生态环境适宜度,决策生成植被恢复的布局方案和优化栽培技术组合,见图1。

图1　生态环境适宜度评价及植被生态恢复设计系统技术流程1.1　建立基础数据库系统基础数据库系统包含影响生态环境适宜度状况的自然地理和社会经济、政治等基本要素,如气象气候、地质地貌、地表和地下水分布、地下水埋深、降水量分布、土地利用及规划分布、土壤基质与类型、植被类型和盖度、行政区划、人口密度分布、人均年纯收入分布、第一、第二、第三产业状况等等。

1.2　生态环境适宜度评价生态环境适宜度决定了植被恢复方案中植物种的选择和布局。

生态环境适宜度的计算过程为:首先确定生态环境适宜度评价指标体系,即参与评价的各自然地理与社会经济要素;第二,以栅格单元网格为单位,计算各自然地理和社会经济要素的适宜度;第三,参考专家意见,确定各要素对植物种选择和布局的权重;第四,在每个网格上进行各因子适宜度层面的加权空间叠加,通过多级加权求和模型计算出各网格上的综合适宜度,得到生态环境综合适宜度分布层,并对生态环境适宜度划分等级。

1.3　建立植被恢复方案根据生态环境综合适宜度等级分布,结合专家知识和经验,设定植物分布的综合适宜度阈值,选择适宜的乔木、灌木和草本植物及其相应的组合方案和生产技术措施,生成植被恢复工程设计的空间布局方案。

2　数据采集与处理2.1　数据采集数据采集是进行综合性、定量化计算的基础。

数据的范围应涵盖评价指标体系的全—8—中国草地　2001年　第23卷　第2期部内容。

数据类型包括以下4种:(1)航空和航天遥感数据,这些数据经过一系列计算产生环境适宜度评价所需的专题数据,如植被指数、植被覆盖度等数据;(2)系列自然地理专题数据,如土地利用现状、地质地貌、水文、气候、土壤、植被等专题内容;(3)包括社会经济方面的系列统计数据,如人口密度、分布、第一、第二、第三产业产值及构成等;(4)多年来地面直接观测的各种数据,如气象、土壤、植被等。

2.2　数据规范化在某一地区生态环境适宜度评价和植被恢复设计工作中,因数据来源不同,其类型多样(航空像片、卫星图像、专题图件、统计资料、观测数据等),所以对数据进行规范化、标准化处理是开发和使用系统功能的必要条件。

主要内容为:(1)数据预处理。

包括大地坐标配准、投影归一化、影像图矢量化、确定统一边界等。

(2)矢量数据栅格化处理。

作为评价指标的所有专题数据均需转化为栅格数据,以便使植物布局落实到每一个细小区域或网格上,每一网格为一个基本分析单元。

不同性质的数据,其栅格化的处理方法不同,面状数据,如土壤类型、土地利用现状、水资源分区等可直接栅格化;等值线数据,如地下水埋深、等温线等,可先转化为不规则三角网数据,利用内插法得到面状数据,再栅格化。

(3)数据归一化处理。

即把具有不同数量单位的各评价指标数据,如≥0℃的积温、降水量、地下水埋深、土壤类型面积等通过关联表转换成无量纲的可比数据。

3　生态环境适宜度评价模型及层次结构3.1　指标体系的确定在全面把握研究地区生态环境特点的基础上,选择对生态环境状况产生重要影响的系列生态要素作为参评因子。

每一参评因子又确定若干个对其影响重大的评价参数,根据这些因子和参数的相互关系构建系统完整的、层次分明的、操作简便的指标体系,见表1。

表1　生态环境适宜度评价指标体系参评因子 参 数气 候年均温,7月和1月月均温,绝对高温和绝对低温,≥0℃积温,年降雨量,日温差等。

水 文地表水分布,地下水储量,地下水埋深,水资源分区等。

地 貌山地,丘陵,平原,沙地等。

地 形坡度,坡向,坡位,坡形等。

土 壤土壤类型,土壤基质,土层厚度,土壤pH值,含盐量等。

植 被植物种类,生态类型,生物量,盖度等。

社会经济载畜量,年末存栏数,人口密度,人口分布,农民人均年纯收入,牧民人均年纯收入,第一、第二、第三产业生产总值等。

3.2　参评指标权重的确定实现生态环境综合适宜度评价的各参评因子权重值代表了参评因子对生态环境作用的重要性。

采用模糊数学法并参考专家意见准确、客观、合理地体现不同参评因子对形成环境综合状况的贡献程度,科学计算出各指标的权重值。

3.3　适宜度评价模型及程序在经过规范化处理的生态环境基础数据中,各专题因子数据均为反映生态环境某一方面状况的有序数据,它们之间以统一的空间位置共同反映同一地点或同一分析单元的环境状况。

每一分析单元均具有多重属性,包括专题属性及其权重值两个方面的内容。

—9—蒙　荣　袁　清　杨 退化草地植被生态恢复系统工程设计通过对这些属性数据采用多级加权求和模型的方法实现生态环境适宜度定量化评价,其评价结果为落实在每一基本分析单元上的生态环境综合适宜度,见图2。

这一过程分三步实施:第一,对各评价要素即参评因子的评价参数采用加权求和模型的方法,结合评价参数的空间分布特征、地理信息系统的空间分析、统计功能,利用各要素的栅格数据结构,以栅格单元网格(即基本分析单元)为单位,生成单因子的适宜度分布层;第二,借助学科领域知识和专家经验,确定各要素或因子对植物种选择和布局的权重值;第三,在每个网格上,依据各要素的适宜度信息进行空间叠加、提取、滤波和统计分析等,产生新的空间特征和新的属性关系,综合分析计算各网格上生态环境的综合适宜度值,并按其大小划分等级。

图2　生态环境适宜度评价的层次结构—10—中国草地　2001年　第23卷　第2期3.4　评价模型的层次结构评价模型具有从单要素适宜度到综合适宜度评价的层次结构关系,即由点到面、由局部到整体的关系,见图2。

4　植被生态恢复系统工程设计的原则4.1　植物对生态条件的适宜性原则植物布局首先考虑的是植物对各种生态条件的满足,通过分析植物对生态环境的适宜性,做到因地制宜,实现植物与生态环境的最优化匹配。

4.2　地区水资源供需平衡原则干旱地区发展生态建设,节水是资源持续利用的前提,因此水资源的供需平衡就是植被恢复生态系统工程设计的主要原则。