一种沙生植物产业的优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种沙生植物产业的优化配置方法，包括：获取目标区域土壤‑植被系统水分平衡现状数据和沙生植物需水特性数据，建立三生用水系统模型，计算沙生植物产业的适宜发展规模数据；选取出适宜性指标和可行性指标，量化沙生植物产业的优先发展程度数据；根据所述目标区域植被耗水与天然降水之间的水分平衡关系，计算出沙生植物的适宜种植密度数据；对目标区域的沙生植物产业的空间布局进行优化配置。该方法配置优化过程合理、简单，利于改善目标区域脆弱的生态环境，提高沙生植物的成活率，减少种植资源浪费；用于指导合理规划种植沙生植物，促进生态环境绿色发展，实现人与自然和谐发展。

【技术实现步骤摘要】
一种沙生植物产业的优化配置方法
本专利技术属于环境治理和修复领域，特别一种沙生植物产业的优化配置方法。
技术介绍
沙漠化是困扰全球生态脆弱区居民生产生活的核心问题之一，严重影响各地区经济、社会和生态环境的可持续发展。为修复干旱区生态环境，许多国家和地区实施了一系列生态工程并探索生态产业发展模式，如通过区域性的特色沙生植物产业来实现经济-生态协同发展。然而，干旱区存在严重的资源性缺水问题，难以维持大规模人工林的生长和发展；伴随着经济发展速度的加快和城镇化水平的提高，再加上以沙产业为代表的生态用水涨幅较大，水资源的供需矛盾日益突出。如何基于干旱区沙生植物产业的水资源承载能力，建立平衡的水资源开发利用策略和产业空间布局方案，成为当前研究的关键问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种至少解决上述部分技术问题的沙生植物产业的优化配置方法，该方法基于干旱区沙生植物产业的水资源承载能力，建立平衡的水资源开发利用策略和产业空间的最优布局。本专利技术实施例提供一种沙生植物产业的优化配置方法，包括：获取目标区域土壤-植被系统水分平衡现状数据和沙生植物需水特性数据，利用系统动力学-多目标优化建立耦合沙生植物产业的三生用水系统模型，计算沙生植物产业的适宜发展规模数据；根据沙生植物的生长发育和目标区域生态产业发展的需求，选取出适宜性指标和可行性指标，量化沙生植物产业的优先发展程度数据；根据所述目标区域植被耗水与天然降水之间的水分平衡关系，计算出沙生植物的适宜种植密度数据；基于所述沙生植物产业的适宜发展规模数据、优先发展程度数据和沙生植物的适宜种植密度数据，对目标区域的沙生植物产业的空间布局进行优化配置。与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种沙生植物产业的优化配置方法，具有如下优点：将目标区域栅格化，可根据每个栅格内的产业发展优先程度大小和适宜种植适宜密度，对沙生植物整体发展规模分别进行最优空间匹配。利于改善目标区域脆弱的生态环境，提高沙生植物的成活率，减少种植资源浪费；用于指导合理规划种植沙生植物，促进生态环境绿色发展，实现人与自然和谐发展。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的沙生植物产业的优化配置方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的沙生植物产业的优化配置方法技术路线图；图3为阿拉善“三生”用水系统结构图；图4为阿拉善“三生”用水系统动力学流图；图5为生产用水模块结构系统动力学流图；图6为生活用水模块结构系统动力学流图；图7为生态用水模块结构系统动力学流图；图8为供水模块结构系统动力学流图；图9为沙生植物产业空间优化配置示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。参见附图1所示，本专利技术实施例公开了一种沙生植物产业的优化配置方法，具体包括如下步骤：S100、获取目标区域土壤-植被系统水分平衡现状数据和沙生植物需水特性数据，利用系统动力学-多目标优化建立耦合沙生植物产业的三生用水系统模型，计算沙生植物产业的适宜发展规模数据；S200、根据沙生植物的生长发育和目标区域生态产业发展的需求，选取出适宜性指标和可行性指标，量化沙生植物产业的优先发展程度数据；S300、根据所述目标区域植被耗水与天然降水之间的水分平衡关系，计算出沙生植物的适宜种植密度数据；S400、基于所述沙生植物产业的适宜发展规模数据、优先发展程度数据和沙生植物的适宜种植密度数据，对目标区域的沙生植物产业的空间布局进行优化配置。该方法配置优化过程合理、简单，利于改善目标区域脆弱的生态环境，提高沙生植物的成活率，减少种植资源浪费；用于指导合理规划种植沙生植物，促进生态环境绿色发展，实现人与自然和谐发展。本专利技术在解释具体技术方案时，皆以阿拉善盟(以下简称“阿拉善”)为主的内蒙古干旱荒漠区为例，进行描述。阿拉善是我国沙漠化最严重的地区之一，同时也是沙生植物产业发展最迅速的地区。该方法比如选择阿拉善为典型目标区域，以该地区种植面积最广、最具代表性的梭梭-肉苁蓉、白刺-锁阳两类特色沙生植物产业为研究对象，在明确土壤-植被系统水分平衡现状和沙生植物需水特性的基础上，利用系统动力学-多目标优化建立耦合特色沙生植物产业的阿拉善“三生”用水系统模型，计算沙生植物产业的适宜发展规模；根据气候、土壤、水分等适宜性指标，以及天然植被距离、道路距离等可行性指标来量化沙生植物产业的优先发展程度；根据植被耗水与天然降水之间的水分平衡关系计算沙生植物的适宜种植密度；最后综合以上指标形成沙生植物产业的空间布局方案。参照图2所示，为本专利技术实施例提供的沙生植物产业的优化配置方法技术路线图，下面通过三大板块进行描述，还是以阿拉善地区举例说明；当然该方法并非只应用于阿拉善地区，其它干旱地区、甚至其它非干旱地区皆可使用。上述三大板块分别为：阿拉善土壤-植被系统的水分平衡分析；特色沙生植物产业整体规模与水资源优化调控；特色沙生植物产业的空间优化布局。1阿拉善土壤-植被系统的水分平衡分析1.1土壤-植被系统水分平衡研究方法根据农业气象学中与植被蒸散耗水相关的理论，可以认为某种植被的生态需水量能通过直接计算植被正常生长状态下的蒸散耗水量来确定，即在适宜的水分供给条件下，植被的生理蒸腾量和植被分布范围内土壤的蒸发量之和。在栅格尺度上计算区域内的植被生态需水量，则需要划分1km×1km的栅格图层来计算，每个栅格可分为植被覆盖区域和非植被覆盖区域，植被生态需水量W可表示为：W＝Ec+Es(1)Ec在此处可表示为每个栅格内植物生长蒸腾耗水量(mm)，除与植被本身的叶面蒸腾强度有关以外，还与植被的覆盖度有关，覆盖度越大，在相同蒸发强度下的蒸发量越大，则导致需水量越大。计算方法为：Ec＝ET×fc(2)式中，ET为的某种特定植被的蒸腾耗水量(mm)；fc为植被的覆盖度，与NDVI值有关。Es是植被群落间(或无植被覆盖区域)的蒸散量(mm)，此处无植被蒸腾，因此仅有土壤蒸发量部分，或称为裸地潜水蒸发量。计算方法为：Es＝Ep×(1-fc)(3)其中，Ep为非植被覆盖区的土壤年蒸发量或潜水蒸发强度(mm)。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在于，包括：/n获取目标区域土壤-植被系统水分平衡现状数据和沙生植物需水特性数据，利用系统动力学-多目标优化建立耦合沙生植物产业的三生用水系统模型，计算沙生植物产业的适宜发展规模数据；/n根据沙生植物的生长发育和目标区域生态产业发展的需求，选取出适宜性指标和可行性指标，量化沙生植物产业的优先发展程度数据；/n根据所述目标区域植被耗水与天然降水之间的水分平衡关系，计算出沙生植物的适宜种植密度数据；/n基于所述沙生植物产业的适宜发展规模数据、优先发展程度数据和沙生植物的适宜种植密度数据，对目标区域的沙生植物产业的空间布局进行优化配置。/n

【技术特征摘要】
1.一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在于，包括：
获取目标区域土壤-植被系统水分平衡现状数据和沙生植物需水特性数据，利用系统动力学-多目标优化建立耦合沙生植物产业的三生用水系统模型，计算沙生植物产业的适宜发展规模数据；
根据沙生植物的生长发育和目标区域生态产业发展的需求，选取出适宜性指标和可行性指标，量化沙生植物产业的优先发展程度数据；
根据所述目标区域植被耗水与天然降水之间的水分平衡关系，计算出沙生植物的适宜种植密度数据；
基于所述沙生植物产业的适宜发展规模数据、优先发展程度数据和沙生植物的适宜种植密度数据，对目标区域的沙生植物产业的空间布局进行优化配置。


2.如权利要求1所述的一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在于，获取目标区域土壤-植被系统水分平衡现状数据，包括：
将植被的生理蒸腾量和植被分布范围内土壤的蒸发量之和，作为目标区域土壤-植被系统水分平衡现状数据；
在栅格尺度上计算区域内的植被生态需水量，每个栅格分为植被覆盖区域和非植被覆盖区域，植被生态需水量W表示为：
W＝Ec+Es(1)
Ec表示为每个栅格内植物生长蒸腾耗水量，单位mm；Es表示植被群落间的蒸散量，单位mm。


3.如权利要求2所述的一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在于，所述Ec的计算包括：
Ec＝ET×fc(2)
式中，ET表示某种特定植被的蒸腾耗水量，单位mm；fc表示植被的覆盖度，与NDVI值相关；
所述Es的计算包括：
Es＝Ep×(1-fc)(3)
其中，Ep表示非植被覆盖区的土壤年蒸发量或潜水蒸发强度，单位mm。


4.如权利要求2所述的一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在于，所述获取沙生植物需水特性数据，包括：
根据目标区域平均降水状况和生态需水量，计算土壤水分的盈亏，得到水资源供需差额：
P-W＝Δw(4)
P表示目标区域平均降水状况和生态需水量；W表示植被生态需水量；当Δw表示水资源供需差额；当Δw大于0时，系统内的土壤水分盈余，满足植物生长的适宜水分条件；相反，Δw小于0时，系统内的土壤水分亏损，无法达到植物正常的适宜水分条件。


5.如权利要求4所述的一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在于，所述某种特定植被的蒸腾耗水量ET，计算过程包括：
ET＝PE×KC×KS(5)
式中，PE作物的潜在蒸散量，单位mm/d，由温度和降水等气候条件决定；KC表示植被的耗水系数；KS表示土壤水分系数，受土壤质地和实际土壤含水量来控制。


6.如权利要求1所述的一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在于，利用系统动力学-多目标优化建立耦合沙生植物产业的三生用水系统模型，计算沙生植物产业的适宜发展规模数据，包括：
根据目标区域各部门用水结构特点和要素之间的反馈关系划分结构，划分为生产用水模块、生活用水模块、生态用水模块以及供水模块，并将水资源供需比作为模型的核心变量；
进行有效性检验与敏感性分析，确定是否满足预设条件；
当满足预设条件时，对水资源的多目标优化调控；包括：建立各部门用水量与敏感性因素间的回归方程，建立优化目标函数和约束条件；
根据优化目标函数和约束条件，求解回归方程，得到沙生植物产业规模与用水量的获取数据，作为沙生植物产业的适宜发展规模数据。


7.如权利要求6所述的一种沙生植物产业的优化配置方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：许端阳，张晓宇，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11