基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法与流程

本发明涉及一种生态领域的表土与草皮保护方法，特别是涉及一种基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法。

背景技术：

在高寒高海拔区域，受高寒、干旱、多风等因素限制，生态环境极其脆弱，植被一旦受破坏后恢复困难。在公路、铁路等基础设施建设中，不可避免地要对沿线植被造成破坏，不仅可供恢复的植物种类较少，且恢复的效果也不尽理想。公路、铁路里程长，跨越多个植被气候区，沿线气候条件、水热状况、植被类型均存在很大差异，对不同路段的植被保护与利用应采用科学的保护与恢复方法。进行区域植被保护与恢复研究对于快速恢复扰动地带植被、防治水土流失都有重要的意义，但是目前在工程实践中尚存在几方面问题，主要表现在：

1.缺乏区域生态环境综合评价，导致工程实践中对草皮保护或恢复的措施缺乏区域调配限定，一些原生存环境比较优良区域的草皮跨生态区域调运用在不适宜区域，从而导致铺植草皮发生逆向演替，甚至大量死亡的现象。

2.表土剥离厚度、剥离保护与利用缺乏技术依据，对于哪些土壤可以利用哪些土壤不能利用，缺乏科学的界定与研究，许多工程实践中均采用整齐划一的剥离厚度设计，这使得一方面一些优质的土壤资源被浪费，另一方面一些土质比较差的土壤类型又被保护下来。

3.虽然国内有些研究对于不同土地利用类型下土壤的合理剥离厚度进行了研究，但剥离厚度设计大多是根据土壤的养分状况进行设计，在工程实践中由于建设过程造成植物生长基础—土壤条件的缺失，植物生长缺乏的不仅是养分，更主要的是缺乏能够提供基本保水保肥作用的生长载体。

4.当前国内对于植被与表土保护利用，较少进行相互的协调利用研究设计，如草皮利用与表土保护很少协调起来进行综合考虑，在工程实践中有的地方有草皮却没有足够的表土铺垫于草皮下，致使草皮回铺建成失败。

5.当今表土保护利用实践中，对于表土种子库的保护与利用方式考虑不足，大多研究或工程实践仅只从表土养分角度进行表土资源的利用，致使乡土植物的建成成效受到一定影响；大量的前人研究表明，土壤种子库集中分布于土壤表层10cm以内，在传统剥离保护方式下，表层20-30cm乃至更深的土壤厚度被混合剥离堆放并回覆利用，这使得表层土壤种子库得到了“稀释”，使单位体积土壤中种子库密度大为降低，从而不利于乡土植物建成。

正因如此，在交通、管道等基础设施建设中，尤其是生态环境比较敏感脆弱的高寒高海拔区域，由于气候寒冷，人工播种建成困难，边坡又面临着比较严重的冻融侵蚀，因此对于自然草皮植被及表土资源进行科学的剥离保护与回铺利用尤其重要，开展植被与表土资源的科学评价与规划利用，指导工程建设部门在公路建设中针对性地采取保护与恢复技术，具有实用价值。

有鉴于上述现有的植被与表土保护利用技术存在的缺陷，本发明人经过不断的研究、设计,并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，克服现有植被与表土保护缺乏科学规划的弊端，利用遥感手段进行植被类型因子、环境因子等级划分，并结合现场踏勘采集土壤样品进行土壤类型的详细划分，从而提出基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，所要解决的技术问题实现了在环境因子等级区域范围内实现草皮植被资源的调配，并根据植被建植需要、表土性质进行表土剥离保护与利用方案设计，从而生态环保性能更佳，更适于推广利用，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其特征在于筛选植被类型与覆盖度因子作为植被因子，筛选年积温、区域干燥度指数作为环境因子，将植被类型所在的环境因子等级区作为草皮调配利用的限定区域，将草甸植被类型及草甸土作为草皮保护区与表土保护区，对其他植被类型区进行现场踏勘与土壤取样，测定土壤理化性质，进一步划分出表土改良保护区，根据环境因子分级划分段落确定草皮与表土调配利用原则，提出分区表土与草皮协同保护方法，具体步骤如下：

步骤1：划定区域草皮保护级别与环境因子等级；

步骤2：现场调查与取样；

步骤3：土壤样品理化性质分析与分类指标；

步骤4：草皮与表土剥离保护区域判识；

步骤5：草皮与表土的剥离与调配利用；

步骤6：草皮回铺及表土回覆利用后的养护方案；

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其中所述的步骤1：划定区域草皮保护级别与环境因子等级，包括如下步骤：

(1)划定草皮保护级别

①一级区的划定，施工扰动区内全部高寒草甸植被，以及高寒草原、高山垫状矮半灌木、温带山地矮禾草、矮半灌木草原等植被类型中，植被覆盖度大于40％时，能起挖草皮，进行保护与利用，赋值为1，划定为一级区；

②二级区的划定，对于灌木、半灌木荒漠植被，一旦起挖后植被易于枯死，植被保护与恢复利用的可行性相对较小，划定为二级区；同时，所述的①中植被覆盖度小于40％，也划定为二级区；

③三级区的划定，对于农业作物、盐壳、流动沙丘、裸露戈壁、裸露石山、高山碎石，倒石碓和高寒荒漠冰川雪被，基本上没有草皮保护的可能，划定为三级区；

(2)划定环境因子等级

选取年积温、干燥度指数两个环境因子，应用空间数据叠加方法，采用等权重加和计算分值，将评价分值按自然分界法，由低至高划分为1-5级。

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其中所述的步骤2：现场调查与取样，具体步骤如下：针对步骤1中划分的一级区和二级区中各种植被类型选择1至多个调查点，进行现场调查，包括植物样方调查和土壤调查，植物样方调查包括记录植被类型及植被高度、盖度等指标，评价草皮成片块状剥离可行性，土壤调查按照土质、沙质、砾质、土夹石记录表层土壤质地特征，记录草皮层及草皮下土壤层厚度，扦取10cm土样,对于草甸植被类型先剥离草根层后再扦取下层土样。

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其中所述的步骤3：土壤样品理化性质分析与分类指标如下：

——分析土壤颗粒物组成指标，包括：﹥1.0mm、1.0-0.5mm、0.5-0.25mm、0.25-0.05mm、0.05-0.02mm、0.02-0.002mm、﹤0.002mm范围内的粒径比例；

——室内分析土壤样品的化学指标，包括：有机质、pH值、全盐量、全氮、有机碳、速效钾、速效磷、速效氮等营养成分；

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其中所述的步骤4：草皮与表土剥离保护区域判识的具体步骤如下：

针对现场调查的各种植被类型，识别需要进行草皮剥离保护与利用的区域以及需要进行表土剥离的区域，

——划分草皮分类保护区，根据所述的步骤1中的草皮保护级别划分，将所有一级区中的高寒草甸植被类型划为草皮剥离保护区；对于一级与二级区中草原植被类型，结合现场踏勘调查记录，按照草皮块间粘连程度划分为：可成卷草地与不可成卷草地两种植被类型，可成卷草皮植被类型区也划入草皮剥离保护区；

——划分表土分类保护区，基于土壤颗粒物组成，参照国际制土壤质地分级标准，划分土壤质地类型，土壤质地优先保护顺序依次为：壤土、粘土与砂土、砾质土；其中，粘土与砂土分布区划为表土改良保护利用区，砾质土分布划为非表土保护区，壤土结合地上植被类型划分为草甸壤土与草原壤土进行管理，其中草甸壤土分布区划为表土剥离保护利用区，草原壤土土壤pH值<8.5及全盐量<0.3％、土壤有机质含量分级一、二、三级的区域划入表土剥离保护区,草原壤土有机质含量分级为四、五级的区域，或土壤pH值≥8.5或全盐量≥0.3％的草原壤土区域宜划入表土改良保护利用区；

——将调查采集土壤有机质进行类型数量划分，判识各区域土壤养分类型的优先保护顺序分级如下表1：

表1土壤有机质含量分级

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其中所述的步骤5：草皮与表土的剥离与调配利用的具体步骤如下：

——根据草皮剥离保护区与表土分类保护区结合形式，设计草皮与表土剥离工艺方案；

——根据表土分类保护区类型、区域草皮剥离面积及计划回铺草皮的下垫土厚度需求、边坡土壤回填厚度需求，确定表土剥离的厚度；

草皮与表土剥离具体方案如下表2：

表2不同区域结合形式的表土剥离方案

——剥离草皮只在草皮剥离区所在的环境因子等级区等级以上区域调配利用；

——剥离的表土是根据草皮剥离保护区需要的量进行调配利用。

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其中所述的步骤6：草皮回铺及表土回覆利用后的养护方案是根据划定的环境因子等级，设计不同等级区草皮回铺养护管理方案，对于环境因子等级较低区域，加强养护，提高草皮成活率及播种种子的成活率。

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法,其中所述的分区表土与草皮协同保护方法是在表土改良保护利用区的表土保护与利用实行一种综合的调配改良利用方案，针对粘土与砂土分布区，互相进行土壤调配与掺加改良，实现土壤质地性能的改善,具体为：在砂土分布区，针对其蓄水力弱、养分含量少、保肥能力差、土温变化快的缺点，调配粘土进行改良，以充分利用粘土保水、保肥性好，养分含量丰富，土温比较稳定的优点；在粘土分布区，则调配进入砂土进行土壤质地改良，通过这种方式实现边坡回填土壤质地改良的目的。

前述的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，其中所述的在表土剥离中采用分层剥离土壤方案，针对种子库的利用，利用特定机械设备，先进行上层0-10cm的表土剥离，再进行下层表土剥离，并进行分开堆放；在表土回覆利用时，先进行下层表土回覆，再进行上层表土回覆，并同时将上层表土回覆与播种当地草籽相结合。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。其至少具有下列优点：

1、本发明提出的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，由于针对性地将本身就可良好应用的草甸植被类型进行遥感识别，划分出草皮与土壤的重点保护剥离区，现场踏勘取样仅针对比较复杂的草原植被类型开展，从而可以最大程度地提高工作效率，产生经济效益。

2、本发明提出的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，由于进行了草皮剥离保护区与表土剥离保护区的划分，并分别进行了判识，对适于剥离利用的植被类型、土壤类型进行了识别，从而弥补了当今工程实践中缺乏科学的依据，草皮剥离与土壤剥离较盲目的现象。

3、本发明提出的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，由于将草皮的回铺利用面积与播种绿化面积与表土保护量进行了结合的计算分析，并根据分析结果进行土壤的剥离调配与利用，从而可以针对性地开展现场表土的利用性，提高表土的利用效率。

4、本发明提出的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，由于将草原植被类型区的表土进行了理化性质分析，并根据分析结果进行不同类型区域之间的土壤调配与改良，从而可以最大程度地提高现场表土的可利用性，提高植被的建植成效。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

1、图1是本发明图1是本发明草皮保护级别示意图。

其中：

1：一级区

2：二级区

3：三级区

2、图2环境因子评价等级图。

其中：

6：环境因子评价1级

7：环境因子评价2级

8：环境因子评价3级

9：环境因子评价4级

10：环境因子评价5级

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，其具体实施步骤、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1、图2所示，本发明较佳第一实施例的基于遥感分区与现场调查相结合的表土与草皮协同保护的方法，其主要包括以下步骤：

实施例1

某公路位于青藏高原高寒区，沿途植被类型以高寒草原、高寒草甸、荒漠草原等为主，在公路建设中，为了实现全线植被的科学规划、高效保护与利用，采用了本发明人提出的方法。

首先以该公路中心线为对象，生成两侧各5km缓冲区，以该面状区域作为评价区。主要思路是划分草皮保护与表土保护区域，划分积温、干燥度为基础上的环境因子等级。再对各草皮保护级别区设调查点进行现场踏勘与土壤取样，进行土壤肥力与质地分析，根据环境因子等级划分提出分区表土与草皮协同保护与利用方法。

具体步骤如下：

步骤1：划定区域植被因子等级与环境因子等级

(1)划定草皮保护级别

①一级区的划定，施工扰动区内全部高寒草甸植被，以及高寒草原、高山垫状矮半灌木、温带山地矮禾草、矮半灌木草原等植被类型中，植被覆盖度大于40％的，可以起挖草皮，进行保护与利用，赋值为1，划定为一级区；

②二级区的划定，对于灌木、半灌木荒漠植被，一旦起挖后植被易于枯死，植被保护与恢复利用的可行性相对较小，划定为二级区；同时，所述的①中植被覆盖度小于40％，也划定为二级区；

③三级区的划定，对于农业作物、盐壳、流动沙丘、裸露戈壁、裸露石山、高山碎石，倒石碓和高寒荒漠冰川雪被，基本上没有草皮保护的可能，划定为三级区；

(2)划定环境因子等级

筛选年积温、干燥度指数两个环境因子，进行数据的采集，经空间插值生成栅格数据，应用空间分析叠加方法，将两个因子数据分别进行标准化，对标准化后的数值采用等权重加和计算分值，按自然分界法，由高至低划分为1-5级。

1级数值范围：1.208-2.000

2级数值范围：0.549-1.208

3级数值范围：0.286-0.549

4级数值范围：0.183-0.286

5级数值范围：0.088-0.183

评价结果如图2所示：图中6为环境因子初步评价1级，7为环境因子初步评价2级，8为环境因子初步评价3级，9为环境因子初步评价4级，10为环境因子初步评价5级。

步骤2：现场调查与取样

针对步骤1中划分的一级区和二级区中各种植被类型选择1至多个调查点，进行现场调查，包括植物样方调查和土壤调查，植物样方调查包括记录植被类型及植被覆盖度等指标，评价草皮成片块状剥离可行性，土壤调查按照土质、沙质、砾质、土夹石记录表层土壤质地特征，记录草皮层及草皮下土壤层厚度，扦取10cm土样,对于草甸植被类型先剥离草根层后再扦取下层土样；表3为现场调查取样点：

表3现场调查取样点

步骤3：土壤样品理化性质分析

土壤样品理化性质分析与分类指标如下：

——分析土壤颗粒物组成指标，包括：﹥1.0mm、1.0-0.5mm、0.5-0.25mm、0.25-0.05mm、0.05-0.02mm、0.02-0.002mm、﹤0.002mm范围内的粒径比例，所得结果见表4；

表4土壤颗粒物组成指标测定

——室内分析土壤样品的化学指标，包括：有机质、pH值全盐量、全氮、有机碳、速效钾、速效磷、速效氮等营养成分；所得结果见表5:

表5土壤样品的化学指标测试结果

步骤4：草皮与表土剥离保护区域判识

针对现场调查的各种植被类型，识别需要进行草皮剥离保护与利用的区域以及需要进行表土剥离的区域。

——划分草皮分类保护区，根据步骤1中的草皮保护级别划分，将所有一级区中的高寒草甸植被类型划为草皮剥离保护区；对于二级区中草原植被类型，结合现场踏勘调查记录，按照草皮块间粘连程度划分为：可成卷草地与不可成卷草地两种植被类型，可成卷草皮植被类型区也划入草皮剥离保护区；所得结果见表6：

表6公路沿线草皮剥离保护区划分

——划分表土分类保护区，基于土壤颗粒物组成，参照国际制土壤质地分级标准，划分土壤质地类型，土壤质地优先保护顺序依次为：壤土、粘土与砂土、砾质土；其中，粘土与砂土分布区划为表土改良保护利用区，砾质土分布划为非表土保护区，壤土结合地上植被类型划分为草甸壤土与草原壤土进行管理，其中草甸壤土分布区划为表土剥离保护利用区，草原壤土土壤pH值<8.5及全盐量<0.3％、土壤有机质含量分级一、二、三级的区域划入表土剥离保护区,草原壤土有机质含量分级为四、五级的区域，或土壤pH值≥8.5或全盐量≥0.3％的草原壤土区域宜划入表土改良保护利用区；判别结果见表7：

表7表土分类保护区划分

——将调查采集土壤有机质根据表1进行类型数量划分，判识各区域表土保护优先顺序；见表1：

表1土壤有机质含量分级

根据表5中土壤有机质含量，确定草原表土保护优先顺序为：QZ10、QZ11、QZ8、QZ5、QZ3、QZ1、QZ4、QZ6、QZ2；

步骤5：草皮与表土的剥离与调配利用

——根据草皮剥离保护区与表土分类保护区结合形式，设计草皮与表土剥离工艺方案；

——根据表土分类保护区类型、区域草皮剥离面积及计划回铺草皮的下垫土厚度需求、边坡土壤回填厚度需求，确定表土剥离的适当厚度；草皮与表土剥离具体方案见表2。

表2不同区域结合形式的表土剥离方案

本实施例中草皮与表土剥离具体方案参考表1，得到如下方案：QZ12草甸植被类型区、QZ10可成卷草地采用分层剥离、尽量厚方式，QZ1不可成卷草地表土剥离保护区采用混合剥离、尽量厚策略，对于表土改良保护利用区QZ11、QZ8、QZ5、QZ3、QZ4、QZ6、QZ2采用分层剥离、适当厚的策略；本公路沿线调查段落无非表土保护区。

——剥离草皮只在草皮剥离区所在的环境因子等级区等级以上区域调配利用；

本实施例中QZ12中剥离草皮所在环境区域为三级，则只在一至三级区间范围内调配利用。

——剥离的表土可根据草皮剥离保护区需要的量进行调配利用；

本实施例中QZ11、QZ8、QZ5、QZ3、QZ4、QZ6、QZ2所在环境区域为四级，可以应用于一至五级区域进行调配利用；

步骤6：草皮回铺及表土回覆利用后的养护方案

根据划定的环境因子等级，设计不同等级区草皮回铺养护管理方案，对于环境因子等级较低区域，如本实施例中的四级与五级区，需加强养护，提高草皮成活率及播种种子的成活率。

实施例2

针对实施例1中的不同区段的土壤质量，将粘土区QZ5与粒土区QZ6互相进行土壤调配与掺加改良，实现了土壤质地性能的改善,具体为：

在砂土分布的QZ5区，针对其蓄水力弱、养分含量少、保肥能力差、土温变化快的缺点，调配QZ6区的粘土进行改良，以充分利用粘土保水、保肥性好，养分含量丰富，土温比较稳定的优点；

在粘土分布的QZ6区，调配进入QZ5区的砂土进行土壤质地改良，通过这种方式实现了边坡回填土壤质地改良的目的。

实施例3

针对实施例1中的不同区段的草原表土，实施了分层剥离与回铺的技术，针对种子库的利用，利用特定机械设备，先进行了上层5cm的表土剥离，再进行下层表土剥离，并进行分开堆放；在表土回覆于边坡利用时，先进行下层表土回覆，再进行上层表土回覆，并同时将上层表土回覆与播种当地草籽相结合，不仅实现了边坡植被的成功建成，且增加了人工植被群落的多样性。

实施例实施之后，由于将QZ12区剥离的草皮用于了环境因子等级区域一至三级区域，草皮的适应性较好，铺植草皮成活率良好，达到80％以上；在表土保护方面，针对性地对QZ12区草甸壤土类型划分到表土剥离保护利用区，并与草甸采用分层剥离，尽量厚地保存了草甸表土，这些表土一方面用于草甸段落铺植草皮下垫土，使垫土厚度达到20cm,有效提高了草皮的成活率，还有一些富余的表土又调运到临近区域QZ11区，用于草原段边坡表土回覆，改良了边坡的土壤条件，提高了边坡播种建坪效果，植被建植两年后覆盖率达到30％以上，远远超过了周边植被覆盖度13％的指标，取得了良好的植被恢复效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。