技术领域
[0001] 本
发明涉及输水工程技术领域，具体为一种生态输水工程输水过程中生态变化数据研究方法。
背景技术
[0002] 水是地球万物的生命之源，是人类赖以生存和发展的
基础条件，是维系地球
生态系统功能和
支撑社会经济系统发展不可替代的基础性自然资源和战略资源，近年来，受到
气候变化和经济社会不断发展的影响，水资源短缺已经成为全球普遍存在的问题，以生态恢复和环境保护为根本目的的生态输水工程，已经开始实施了，随着一系列生态治理工程的实施，流域环境出现了明显变化，特别是实现了流域水文过程完整性的恢复，随着水分条件的改善，植被得到了显著恢复，主要表现为植被长势好转和
生物多样性的恢复，与此同时，当地的生态环境得到改善，主要表现在
风沙灾害的减少和当地经济的恢复与发展。
[0003] 目前对于生态输水工程中生态变化的研究并不能够确定生态环境的变化方向与可持续发展观点一致性，而且在水资源极为敏感的干旱区，将几十亿立方的水用于保护和恢复生态，并不能够确定作用效果，同时生态输水工程涉及面积达数万平方千米，不同河段或地域由于环境条件不同、地表植被分布、种类和长势的差异，导致植被生态响应也千差万别，直接对大范围的生态变化进行统筹评估，工作量非常浩大，而且地区生态十分脆弱，对外界干扰的响应十分明显，地表植被存在明显的“反复性”转变，使得遥感分析结果的年度动态
波动巨大，不能够明确信息的趋势走向。
发明内容
[0004] (一)解决的技术问题
[0005] 针对
现有技术的不足，本发明提供了一种生态输水工程输水过程中生态变化数据研究方法，解决了目前对于生态输水工程中生态变化的研究并不能够确定生态环境的变化方向与可持续发展观点一致性，而且在水资源极为敏感的干旱区，将几十亿立方的水用于保护和恢复生态，并不能够确定作用效果，直接对大范围的生态变化进行统筹评估，工作量非常浩大，而且遥感分析结果的年度动态波动巨大，不能够明确信息趋势走向的问题。
[0006] (二)技术方案
[0007] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种生态输水工程输水过程中生态变化数据研究方法，具体包括以下步骤：
[0008] 步骤一、地表信息采集：通过野外调研，在典型流域断面设置监测样带，然后在检测样带中截取出间距不同的大样方，记录大样方内部胡杨的生态特征，包括数量、胸径、冠幅、长势等，在大样方内随机设置出灌木样方，然后记录样方内灌木的种类、数量、冠幅、基径等，最后，在大样地内随机设置草本样方，记录样方内草本的种类、数量、冠幅灌木和草本
植物的数据资料，同时收集每个大样方海拔、
地下水、PH值、
土壤含水量、土壤电导率、土壤水PH、地下水矿化度、地下水埋深等资料；
[0009] 步骤二、地表信息查找：查找输水前胡杨冠幅、高度、长势、枝下高、树冠疏失度等资料，柽柳输水前的冠幅、盖度等资料和草本植物的盖度资料，同时对该流域的遥感影像数据信息进行收集处理，对比步骤一中收集的资料，得到植被与生态环境因子之间的关系，明确流域生态系统的变化特点；
[0010] 步骤三、地下水埋深测量：对沿垂直河道方向(平行于观
测井走向)布设植物调查样带，并将样地分割成4个样方，在每个样方内进行胡杨总株数统计，以及胡杨的年龄以及径向生长量记录，然后对采用标准枝法，根据样方内灌木长势情况和鲜重进行记录，最后对草本植物物种数、冠幅株高以及鲜重进行记录；
[0011] 步骤四、信息整合计算：对步骤一、步骤二和步骤三中得到的信息进行汇总计算
整理，得到物种多样性指数、重要值和地上生物量，建立CCA排序。
[0012] 优选的，步骤一中的监测样带，在离河道50m、100m、150m、300m、500m、 750m和1050m的距离上分别设置一个50m×50m的大样方，在大样方内随机设置5个1m×1m的草本样方，并且在大样方内随机设置3个5m×5m的灌木样方。
[0013] 优选的，步骤二中遥感影像数据信息的处理方式就是对遥感影像进行几何校正和配准，并对各时期遥感影像进行目视判读和数字化工作。
[0014] 优选的，步骤二中遥感影像数据信息经过处理后借助Mann-Kendall趋势进行检验。
[0015] 优选的，步骤三中植物调查样带的带长为2000m，采用100m×100m的20 个连续样地组成，并且将样地分割成4个50m×50m样方。
[0016] 优选的，步骤三中植物调查样带的带长为2000m，采用100m×100m的20 个连续样地组成，并且将样地分割成4个50m×50m样方。
[0017] 优选的，步骤三中，采用标准枝法，根据样方内灌木长势情况，将灌木分为大、中、小三个等级，用卷尺测量每株灌木的冠幅、株高，记录每种长势下灌木的总枝数，选取3-5个标准枝，用
锯子沿分枝处截断，并称鲜重。
[0018] 优选的，步骤三中在样方对
角线两侧分别随机布设6-8个1m×1m小样方，记录小样方内物种数、冠幅株高，然后齐地面将地上部分剪下，称取鲜重。
[0019] 根据采集的植被样地资料，计算出各样地植物的重要值，重要值计算公式为：重要值＝(相对盖度+相对
密度+相对高度)/3。
[0020] 为了综合反映研究区内草本群落物种多样性的变化特点，采用Margalef 指数、Alatalo指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数进行整合判断。
[0021] (三)有益效果
[0022] 本发明提供了一种生态输水工程输水过程中生态变化数据研究方法。具备以下有益效果：
[0023] (1)、该生态输水工程输水过程中生态变化数据研究方法，通过步骤一、地表信息采集：通过野外调研，在典型流域断面设置监测样带，然后在检测样带中截取出间距不同的大样方，记录大样方内部胡杨的生态特征，包括数量、胸径、冠幅、长势等，在大样方内随机设置出灌木样方，然后记录样方内灌木的种类、数量、冠幅、基径等，最后，在大样地内随机设置草本样方，记录样方内草本的种类、数量、冠幅灌木和草本植物的数据资料，同时收集每个大样方海拔、地下水、PH值、土壤含水量、土壤电导率、土壤水PH、地下水矿化度、地下水埋深等资料；步骤二、地表信息查找：查找输水前胡杨冠幅、高度、长势、枝下高、树冠疏失度等资料，柽柳输水前的冠幅、盖度等资料和草本植物的盖度资料，同时对该流域的遥感影像数据信息进行收集处理，对比步骤一中收集的资料，得到植被与生态环境因子之间的关系，明确流域生态系统的变化特点；步骤三、地下水埋深测量：对沿垂直河道方向 (平行于观测井走向)布设植物调查样带，并将样地分割成4个样方，在每个样方内进行胡杨总株数统计，以及胡杨的年龄以及径向生长量记录，然后对采用标准枝法，根据样方内灌木长势情况和鲜重进行记录，最后对草本植物物种数、冠幅株高以及鲜重进行记录；步骤四、信息整合计算：对步骤一、步骤二和步骤三中得到的信息进行汇总计算整理，得到物种多样性指数、重要值和地上生物量，建立CCA排序，利用取样调差，降低工作总量，明确生态变化数据研究方法，得到信息比较走势图，形成走向明确的信息趋势，解决了目前对于生态输水工程中生态变化的研究并不能够确定生态环境的变化方向与可持续发展观点一致性，而且在水资源极为敏感的干旱区，将几十亿立方的水用于保护和恢复生态，并不能够确定作用效果，直接对大范围的生态变化进行统筹评估，工作量非常浩大，而且遥感分析结果的年度动态波动巨大，不能够明确信息趋势走向的问题。
附图说明
[0024] 图1为本发明的塔里木河下游地区4个断面24个样地的TWINSPAN分类图；
[0025] 图2为本发明塔里木河下游地区植物群落物种的TWINSPAN分类图；
[0026] 图3为本发明最大值标准化后的环境因子数据的展示表；
[0027] 图4为本发明7个环境因子间的相关系数展示表；
[0028] 图5为塔里木河下游地区植物群落的CCA二维排序图。
具体实施方式
[0029] 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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0030] 请参阅图1-5，本发明实施例提供一种技术方案：一种生态输水工程输水过程中生态变化数据研究方法：具体包括以下步骤：
[0031] 步骤一、地表信息采集：通过野外调研，在典型流域断面设置监测样带，然后在检测样带中截取出间距不同的大样方，记录大样方内部胡杨的生态特征，包括数量、胸径、冠幅、长势等，在大样方内随机设置出灌木样方，然后记录样方内灌木的种类、数量、冠幅、基径等，最后，在大样地内随机设置草本样方，记录样方内草本的种类、数量、冠幅灌木和草本植物的数据资料，同时收集每个大样方海拔、地下水、PH值、土壤含水量、土壤电导率、土壤水PH、地下水矿化度、地下水埋深等资料；
[0032] 步骤二、地表信息查找：查找输水前胡杨冠幅、高度、长势、枝下高、树冠疏失度等资料，柽柳输水前的冠幅、盖度等资料和草本植物的盖度资料，同时对该流域的遥感影像数据信息进行收集处理，对比步骤一中收集的资料，得到植被与生态环境因子之间的关系，明确流域生态系统的变化特点；
[0033] 步骤三、地下水埋深测量：对沿垂直河道方向(平行于观测井走向)布设植物调查样带，并将样地分割成4个样方，在每个样方内进行胡杨总株数统计，以及胡杨的年龄以及径向生长量记录，然后对采用标准枝法，根据样方内灌木长势情况和鲜重进行记录，最后对草本植物物种数、冠幅株高以及鲜重进行记录；
[0034] 步骤四、信息整合计算：对步骤一、步骤二和步骤三中得到的信息进行汇总计算整理，得到物种多样性指数、重要值和地上生物量，建立CCA排序。
[0035] 本研究应用TWINSPAN多元划分方法对英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻4个断面的24个样地和32种植物进行划分。在划分过程中，首先把所有样地和种类分成0和1两大类，然后这两大类再各自划分成两类，以此类推，直至达到所要求的划分水平为止，选择最多划分水平为7，每次划分最多分类数为2，首先，以24个样方的物种重要值为基础，得到塔里木河下游地区样地的TWINSPAN聚类图，图1的右侧显示的是应用TWINSPAN划分出来的9 个样地类型，除20号样地应属于依干不及麻断面以外，其余样地的分类均与实际断面的布设相吻合，分类结果基本符合实际情况。英苏断面与阿拉干断面属于同一大类，与喀尔达依和依干不及麻具有较大的差异性。英苏断面离大西海子放水口最近，地下水位高；而阿拉干断面位于其文阔尔河与老塔里木河两条河交汇处，水量大，地下水位也较高。这两个断面植被比其他两个断面茂盛，植物以胡杨、柽柳、骆驼刺、河西苣等占优势，且长势较好，数量多。除此以外，其他植物如花花柴、盐生草、胀果甘草等也有所分布。
[0036] 喀尔达依与依干布及麻断面关系较为密切，这两个断面水分条件较差，地下水位较低，植被生长状况差，有些样方为大片的空地。这两个断面主要以胡杨、柽柳、黑果枸杞以及骆驼刺等为建群种。从图1的结果还可以看出，距河岸较远的样地与距河岸较近的样地亦明显的划分开来。如英苏断面断面距河岸较远的4，5，6号样地与距河岸较近的1，2，3号样地在第3划分水平处分开，反映出距河岸不同横向距离上样地间的差异。其中，4，5，6号样地地表几为风蚀光板地，几乎没有胡杨分布，柽柳的长势极为衰败，在柽柳灌丛基部可见少量芦苇或骆驼刺残根。其它断面亦有类似景观。
[0037] 图2的右侧显示的是应用TWINSPAN对32种植物种类划分的结果。主要分为3个种类组：组I有7种，包括种1、2、11、15、18、22和24；组II 有6种，包括种5、9、20、23、27和31；组III有19种，包括种3、4、6、 7、8、10、12、13、14、16、17、19、21、25、26、28、29、30和32。其中组III所包括的大多数种类在样地种的出现频次较低。由于TWINSPAN分类主要依据的是植物种类数据，因此对种类的划分不考虑环境因子的影响。
[0038] 由图3和图4可以看出，土壤含水率与地下水埋深呈极显著负相关 (-0.860)，土壤电导率与土壤含水率也呈显著负相关(-0.677)；土壤电导率与海拔、地下水矿化度与地下水PH等呈现显著负相关，相关系数分别为 -0.481和-0.410；地下水矿化度与海拔、土壤水PH与土壤电导率、地下水埋深与土壤电导率、地下水埋深与土壤水PH等呈极显著正相关，相关系数分别为0.611、0.566、0.747和0.705，由此说明，水盐动态及其相互作用是影响该地区环境因子变化的主要因素。
[0039] 图5中，“Δ”植物的种类，其数字所代表的种类与图2中的相同。在排序图中，环境因子用带有箭头的线段表示，连线的长短表示植物种类分布与该环境因子关系的大小，箭头连线与排序轴的夹角表示该环境因子与排序轴相关性的大小，箭头所指的方向表示该环境因子的变化趋势。分析时，可以做出某一物种与环境因子连线的垂直线，垂直线与环境因子连线相交点离箭头越近，表示该物种与该类生境因子的正相关性越大，处于另一端的则表示与该类环境因子具有的负相关性越大。从图3中可以看出，个别物种，如物种12与26、物种8与30、物种19与29在图形中由于“拥挤”而出现重叠现象。
[0040] 植物种类与环境因子箭头共同反映出植物种类的分布沿每一环境因子的梯度方向的变化特征，第一排序轴与地下水矿化度、地下水PH呈正相关 (0.5031，0.4279)，与土壤含水率呈负相关(-0.4362)；第二排序轴与土壤电导率、土壤水PH呈正相关(0.6745，0.5370)，与地下水埋深、海拔呈负相关(0.4671，0.4824)。
[0041] 从图5中可以看出，第一象限与第二象限共分布有16种植物，占到全部物种的50％，这些植物的分布与地下水埋深呈相反方向，表明这些植物分布在地下水位较浅的区域，第三象限分布有9种植物，这些植物受到土壤水的影响，生长较好，第四象限由于地下水和海拔的影响，植物分布最少，由此可见，水分条件是影响该地区植物分布的重要因素。除此以外，PH值、土壤电导率、矿化度亦较强的影响着该地区植被的分布格局，多数样地与植物种类趋向于PH值、土壤电导率、矿化度降低的方向分布。
[0042] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
[0043] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型，本发明的范围由所附
权利要求及其等同物限定。
