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测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法

阅读：166发布：2020-05-08

专利汇可以提供测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，包括以下步骤：设置样地，确定样地的坡面上不同坡位处样地的栽植的植被生长指标；确定坡位测定值，计算以一给定坡位作为坡脚的坡面的加权平均值；计算植被生长指标随坡位下降逐步加权平均得到的植被生长指标的坡面滑动平均值；统计坡面长度的增加，确定每个坡段的植被生长指标，然后对每个坡段的植被生长指标的大小进行比对分析。依据水平坡长所对应的植被生长指标的坡面滑动平均值的变化来度量坡面尺度效应。本发明测定方法在定量描述森林植被生物量的坡面变化规律及其空间尺度效应，为提高森林经营水平和实施精细化管理提供技术支持。，下面是测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，其特征在于：测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法包括以下步骤：
设置样地，确定样地的坡面不同坡位处样地的栽植植被生长指标和植被水文指标；
确定坡位测定值，坡位测定值为各个坡位点代表的坡面水平长度，对植被生长指标和植被水文指标分别与坡位的测定值加权平均，得到植被生长指标和植被水文指标在整个样地坡面的平均值；
计算以一给定坡位作为坡脚的坡面加权平均值；
计算植被生长指标和植被水文指标随坡位下降逐步加权平均得到的植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值；
统计坡面长度的增加，导致植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值的变化规律；
确定每个坡段的植被生长指标和植被水文指标，然后对每个坡段的植被生长指标和植被水文指标的大小进行比对分析，依据水平坡长所对应的植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值的变化来度量坡面尺度效应，建立植被生长指标和植被水文指标随离开坡顶距离的变化规律。
2.如权利要求1所述的测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，其特征在于：坡面的加权平均值的计算公式为：
公式一中：P为坡面加权平均值，a1、a2...an指在不同坡位处样地内调查的植被生长指标或者植被水文指标；S1、S2...Sn指不同坡位处样地所代表的坡面水平度。
3.如权利要求2所述的测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，其特征在于：植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值的具体计算方法为：从坡顶样地向下，依据各样地所代表的坡段长度，进行某个指定样地及其上坡所有样地的植被生长指标和植被水文指标的坡段长度加权平均，如此，所有样地参与计算时，即可获得整个样地坡面的平均值。
4.如权利要求3所述的测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，其特征在于：植被水文指标包括林木蒸腾、林下蒸散、冠层截留、径流量，植被结构值包括林分密度、林冠郁闭度、平均树高、平均胸径、叶面积指数。
5.如权利要求4所述的测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，其特征在于：样地设置，给定流域，然后选择典型的坡面，选择第一个坡面为半阴坡，平均坡度为40度，斜坡长510米，对应的水平坡长为412米；选择第二坡面为阴坡，平均坡度为20度，斜坡长为600米，对应的水平坡长为562米，将两个坡面上进行植被的同时栽植。
6.如权利要求5所述的测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，其特征在于：在每个坡面的坡顶、上坡、中上坡、中下坡、下坡和坡脚分别设置一个水平投影面积为30米乘以30米的标准样地，然后进行样地的植被生长指标的检测。

说明书全文

测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及水文数据分析技术领域，特别涉及一种测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法。背景技术：

[0002] 森林植被的生物量是森林生态系统长期生产与代谢过程中积累的结果，是森林生态系统运转的能量基础和物质来源；森林的植被生物量包括植被的根、茎、叶、花果、种子和凋落物等的总重量。植被生物量是评价森林生态系统结构和功能的重要指标。

[0003] 在降水有限、水分再分配明显的半干旱区的山地坡面上，森林生物量通常表现出明显的坡向、坡位差异。便捷、精确地测算整个坡面的森林生物量目前还很困难。发明内容：

[0004] 有鉴于此，有必要提供一种测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法。

[0005] 一种测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法，包括以下步骤：

[0006] 设置样地，确定样地的坡面上不同坡位处样地的栽植的植被生长指标和植被水文指标；

[0007] 确定坡位测定值，坡位测定值为各个坡位点的坡面水平长度，对植被生长指标和植被水文指标分别与坡位的测定值加权平均，得到植被生长指标和植被水文指标在整个样地坡面的平均值；

[0008] 计算以一给定坡位作为坡脚的坡面的加权平均值；

[0009] 计算植被生长指标和植被水文指标随坡位下降逐步加权平均得到的植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值；

[0010] 统计坡面长度的增加，导致植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值的变化规律；

[0011] 确定每个坡段的植被生长指标和植被水文指标，然后对每个坡段的植被生长指标和植被水文指标的大小进行比对分析，依据水平坡长所对应的植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值的变化来度量坡面尺度效应，建立植被生长指标和植被水文指标随离开坡顶距离的变化规律。

[0012] 优选的，坡面的加权平均值的计算公式为：

[0013]

[0014] 公式一中：P为坡面加权平均值，a1、a2...an指在不同坡位处样地内调查的植被生长指标或者植被水文指标；S1、S2...Sn指不同坡位处样地所代表的坡面水平度。

[0015] 优选的，植被生长指标和植被水文指标的坡面滑动平均值的具体计算方法为：从坡顶样地向下，依据各样地所代表的坡段长度，进行某个指定样地及其上坡所有样地的植被生长指标和植被水文指标的坡段长度加权平均，如此，所有样地参与计算时，即可获得整个样地坡面的平均值。

[0016] 优选的，植被水文指标包括植被结构值、植被蒸散量，植被结构值包括林分密度、林冠郁闭度、平均树高、灌木层盖度、草本层盖度。

[0017] 优选的，样地设置，选择小流域，然后选择典型的坡面，选择第一个坡面为半阴坡，平均坡度为40度，斜坡长510米，对应的水平坡长为412米；选择第二坡面为阴坡，平均坡度为20度，斜坡长为600米，对应的水平坡长为562米，将两个坡面上进行植被的同时栽植。

[0018] 优选的，在每个坡面的坡顶、上坡、中上坡、中下坡、下坡和坡脚分别设置一个水平投影面积为30米乘以30米的标准样地，然后进行样地的植被生长指标的检测。

[0019] 尺度效应广泛存在于自然界，是指某特征值随着空间和时间尺度的增大而变化的现象，采用本发明的测定方法可以很好的判断植被生长指标与水文要素坡面尺度效应。本发明测定方法在定量描述森林植被生物量的坡面变化规律及其空间尺度效应，为提高森林经营水平和实施精细化管理提供技术支持，本发明按照坡位从上到下各设置了6块样地，调查各样地的立地条件及林分特征后，采用设定坡点，计算每个坡段的植被生物量的坡长加权平均值和植被生物量的坡长滑动平均值，定量描述地上植被生物量随坡面长度的变化规律，从而实现整个坡面的生物量的精确计算。附图说明：

[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

[0021] 图1为植被生长指标计算用样地坡面选点示意图。

[0022] 图中：第一样地1、第二样地2、第三样地3、第四样地4、第五样地5、第六样地6、坡顶7、坡脚8。
具体实施方式：

[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0024] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0025] 本发明提供了以下具体的实施例。

[0026] 测定植被生长指标与水文要素坡面尺度效应的方法包括以下步骤：

[0027] 设置样地，确定样地的坡面上不同坡位处样地的栽植的植被生长指标；

[0028] 确定坡位测定值，坡位测定值为各个坡位点的坡面水平长度，对植被生长指标分别与坡位的测定值加权平均，得到植被生长指标在整个样地坡面的平均值；

[0029] 计算以一给定坡位作为坡脚的坡面的加权平均值；

[0030] 计算植被生长指标随坡位下降逐步加权平均得到的植被生长指标的坡面滑动平均值；

[0031] 统计坡面长度的增加，导致植被生长指标的坡面滑动平均值的变化规律；

[0032] 确定每个坡段的植被生长指标，然后对每个坡段的植被生长指标的大小进行比对分析，依据水平坡长所对应的植被生长指标的坡面滑动平均值的变化来度量坡面尺度效应，建立植被生长指标随离开坡顶距离的变化规律。

[0033] 坡面的加权平均值的计算公式为：

[0034]

[0035] 公式一中：P为坡面加权平均值，a1、a2...an指在不同坡位处样地内调查的植被生长指标；S1、S2...Sn指不同坡位处样地所代表的坡面水平度。

[0036] 植被生长指标的坡面滑动平均值的具体计算方法为：从坡顶样地向下，依据各样地所代表的坡段长度，进行某个指定样地及其上坡所有样地的植被生长指标的坡段长度加权平均，如此，所有样地参与计算时，即可获得整个样地坡面的平均值。

[0037] 植被生长指标的坡面平均值是指在坡面上，依据生长指标的各个坡位样地所代表的坡面水平长度，进行生长指标的坡长加权平均计算，得出生长指标整个坡面的坡面平均值。

[0038] 如图1可知，生长指标的坡面平均值的计算方法如下：

[0039]

[0040] 公式二中，Q为植被生长指标的坡面平均值，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ分别为第一样地1、第二样地2、第三样地3、第四样地4、第五样地5和第六样地6的坡面水平长度，A、B、C、D、E、F分别代表第一样地1、第二样地2、第三样地3、第四样地4、第五样地5和第六样地6的植被生长指标植的值，坡面水平长度Ⅰ的起始点为坡顶7与第一样地1的中点，终点为第一样地1与第二样地2的中点；坡面水平长度Ⅱ的起始点为第一样地1与第二样地2的中点，终点为第二样地2与第三样地3的中点，

[0041] 坡面水平长度Ⅲ的起始点为第二样地2与第三样地3的中点，终点为第三样地3与第四样地4的中点，

[0042] 坡面水平长度Ⅳ的起始点为第三样地3与第四样地4的中点，终点为第四样地4与第五样地5的中点，

[0043] 坡面水平长度Ⅴ的起始点为第四样地4与第五样地5的中点，终点为第五样地5与第六样地6的中点，

[0044] 坡面水平长度Ⅵ的起始点为第五样地5与第六样地6的中点，终点为第六样地6与坡脚8的中点，

[0045] 根据公式二可计算出六个样地的植被生长指标的平均值。然后根据平均值与每个坡段的生长指标进行比较，分析出每个坡段的生长指标的大小值。

[0046] 植被生长指标包括植被结构值、植被蒸散量，植被结构值包括林分密度、林冠郁闭度、平均树高、灌木层盖度、草本层盖度。

[0047] 样地设置，选择小流域，然后选择典型的坡面，选择第一个坡面为半阴坡，平均坡度为40度，斜坡长510米，对应的水平坡长为412米；选择第二坡面为阴坡，平均坡度为20度，斜坡长为600米，对应的水平坡长为562米，将两个坡面上进行植被的同时栽植。

[0048] 在每个坡面的坡顶、上坡、中上坡、中下坡、下坡和坡脚分别设置一个水平投影面积为30米乘以30米的标准样地，然后进行样地的植被生长指标的检测。

[0049] 尺度效应广泛存在于自然界，是指某特征值随着空间和时间尺度的增大而变化的现象，采用本发明的测定方法可以很好的判断植被生长指标与水文要素坡面尺度效应。

[0050] 将本发明应用到宁夏六盘山半干旱区的叠叠沟小流域，选择生长华北落叶松人工林的半阴坡和阴坡两个坡面，按坡位从上到下各设置了六块20m×20m的样地，调查各样地的立地条件及林分特征后，采用烘干法及六盘山区建立的生物量经验公式计算地上生物量，确定地上植被生长指标值；以“离开坡顶的水平距离”为尺度变量，定量描述地上植被生物量随坡面空间尺度增加而变化规律，及坡面上任意坡位处样地的地上生物量与坡面平均值的关系。研究区坡面上森林植被地上生物量存在明显的坡向、坡位差异；水分条件较差的半阴坡上的平均地上生物量比水分条件较好的阴坡低18.16％，但半阴坡上生物量的坡位间变幅比阴坡高14.71％，这说明半阴坡的坡面效应强于阴坡，并与土壤厚度及土壤水分条件差异有关；地上生物量的坡位变化在不同坡面上大致遵循相同的规律，都是由坡顶向下逐渐增大，至下坡处或者半阴坡或中下坡处或者阴坡达到最大，之后又逐渐减小。

[0051] 采用本发明的方法可以深入的研究植被生物量的坡面分配和变化规律，对精确估计森林生态系统的生物量和指导林业生产均很有帮助。本发明在六盘山半干旱区的叠叠沟小流域，选择生长着华北落叶松人工同龄纯林的半阴坡和阴坡2个典型坡面，在不同坡位设置标准样地，调查森林地上生物量，定量分析地上生物量的坡面变化规律，为提高坡面样地抽样调查精度、开展森林合理经营提供重要依据，也为森林生态系统的恢复和精细化管理提供理论指导。

[0052] 本发明测定方法在定量描述森林植被生物量的坡面变化规律及其空间尺度效应，为提高森林经营水平和实施精细化管理提供技术支持，本发明按照坡位从上到下各设置了6块样地，调查各样地的立地条件及林分特征后，采用设定坡点，计算每个坡段的植被生物量的坡长加权平均值和植被生物量的坡长滑动平均值，定量描述地上植被生物量随坡面长度的变化规律，从而实现整个坡面的生物量的精确计算。

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