湿地植物生境退化的判别方法

摘要

本发明提供一种湿地植物生境退化的判别方法。该方法包括：基于湿地中的植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别。本发明的方法可以对湿地植物生境进行定量化分析，可以实现准确、可靠地判别湿地植物生境，以及预测湿地植物生境是否存在退化现象。

说明书

技术领域

本发明涉及滨海湿地保护与管理领域，尤其涉及一种湿地植物生境退化的判别方法。

背景技术

滨海湿地作为海洋、陆地的交界面，它对气候变化的敏感程度与脆弱性极高，极易受到人为活动的影响，从而改变自身的水文过程，造成湿地的退化。盐沼植物群落能够起到海岸带屏障的作用，消浪、促淤、保护潮滩，它们在长期进化过程中形成的对湿生环境的适应是保持湿地结构和功能的重要保障，但近年来随着湿地的退化，植物群落也发生了明显的退化。

当植物受到的海浪或者风力压力超出其抵抗断裂、弯曲、或拔除的能力时，有机体产生机械故障，植物群落受到影响；与此同时，生境中的水文连通条件对植物群落生物量及群落分布产生显著影响，植物根系等对土壤的水文结构连通也有不同程度的响应。

目前，湿地的退化标准从湿地面积、水文条件、水质、非持续性资源利用状况、外来物种入侵等方面进行考虑，但当湿地面积开始缩减、湿地功能发生退化时，植物群落往往已经发生巨大的变化，再进行湿地恢复时需要较长时间才能回到原有状态。另外，目前大部分都是通过人为观测的手段对湿地的退化进行判断，并没有精确的湿地退化的判断标准。

鉴于此，有必要从植物生物力学特性和土壤水文连通强度上对滨海湿地内退化的植物生境进行识别，以便尽早发现退化植物生境，及时进行恢复与补救。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种湿地植物生境退化的判别方法，用以解决现有技术中的对湿地退化的判断不准确、判断具有滞后性的缺陷，实现准确、可靠、提前预测和判别湿地植物生境的效果。

具体地，本发明实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种湿地植物生境退化的判别方法，包括：

基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境进行判别。

进一步地，所述基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别包括：

基于点连通指数和/或中心度指数来判定湿地中的土壤的水文连通强度的大小，其中，所述点连通指数以及所述中心度指数用于表征所述水文连通强度的大小；

基于所述水文连通强度来判断湿地的植物生境是否存在退化现象。

进一步地，所述基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别还包括：

测定湿地中的土壤的点连通指数以及中心度指数。

进一步地，所述测定湿地中的土壤的点连通指数以及中心度指数包括：

测定湿地中的多个地点的土壤含水率和田间持水率，其中，所述多个地点包括中心地点和围绕所述中心地点的邻域地点；

基于湿地中的多个地点的土壤含水率和田间持水率得到所述点连通指数以及所述中心度指数。

进一步地，所述基于湿地中的多个地点的土壤含水率和田间持水率得到所述点连通指数以及所述中心度指数包括：

如果一地点的土壤含水率大于田间持水率，将所述地点的土壤含水率减去田间持水率，得到所述地点的连通替换值；

如果一地点的土壤含水率小于或等于田间持水率，将所述地点的连通替换值设置为零；

将所述中心地点的连通替换值分别减去各个邻域地点的连通替换值，得到所述中心地点到各个邻域地点的点连通指数分量值，其中，得到的非零的点连通指数分量值中的个数为所述湿地中的土壤的中心度指数；

将全部非零的点连通指数分量值相加得到所述湿地中的土壤的点连通指数；

其中，所述点连通指数越接近于零，所述水文连通强度越大，所述中心度指数越高，所述水文连通强度越大。

进一步地，基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别还包括：

测定湿地中的植物的茎杆的抗弯特性；

测定湿地中的植物的根系的抗拉特性；

基于植物的茎杆的抗弯特性和/或植物的根系的抗拉特性来判断湿地是否存在退化现象。

进一步地，所述基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别包括：

将湿地中的预定区域划分成多个预定单元；

分别测定多个预定单元的每个单元的植物的力学特性以及土壤的水文连通强度；

基于多个预定单元的植物的力学特性的平均值以及土壤的水文连通强度的平均值来判断湿地的植物生境是否存在退化现象。

进一步地，所述多个预定单元的每个单元的面积介于1m

第二方面，本发明提供一种湿地植物生境判别装置，包括：

判别单元，用于基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述湿地植物生境退化的判别方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述湿地植物生境退化的判别方法的步骤。

本发明提供的湿地植物生境退化的判别方法、装置、电子设备及存储介质，基于湿地中的植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别。具体地，通过测定湿地中的植物的茎杆的抗弯特性和根系的抗拉特性，以及湿地中的土壤的点连通指数以及中心度指数来判断湿地植物生境是否存在退化现象。本发明的判别方法定量化地对湿地植物生境是否存在退化进行分析，可以实现准确、可靠地判别湿地植物生境，以及提前预测湿地植物生境是否存在退化的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法的示意图；

图2为本发明一实施例提供的湿地中的研究区域的PHCI值的密度分布直方图；

图3为本发明一实施例提供的湿地植物生境判别装置的结构示意图；以及

图4为本发明一实施例提供的用于湿地植物生境判别的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

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。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。

目前，湿地的退化标准从湿地面积、水文条件、水质、非持续性资源利用状况、外来物种入侵等方面进行考虑，但当湿地面积开始缩减、湿地功能发生退化时，植物群落往往已经发生巨大的变化，再进行湿地恢复时需要较长时间才能回到原有状态。另外，目前大部分都是通过人为观测的手段对湿地的退化进行判断，并没有精确的湿地退化的判断标准。

因此，改进的湿地植物生境退化的判别方法将为湿地的植物生境判别和预测带来提高植物生境判别的准确性、实现超前预测湿地植物生境的有益效果。为此，本发明提供了一种湿地植物生境退化的判别方法，下面将通过具体实施例对本发明提供的内容进行详细解释和说明。

图1示出了湿地植物生境退化的判别方法的示意图。如图1所示，本发明实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法包括如下步骤：

步骤110：基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别。

在步骤110中，通过测定湿地中的植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度来判别(或检测)湿地的植物生境，判断湿地的植物生境是否存在退化现象。当然，判断湿地的植物生境是否存在退化现象只是对湿地的植物生境进行判别的其中一个方面，本发明的对湿地的植物生境进行判别得到的数据还可以用于其它方面，不限于用于判断湿地的植物生境是否存在退化现象。

在一个示例中，当湿地中的植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度均为良好时，判定湿地的植物生境不存在退化现象；当湿地中的植物的生物力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度中的任何一个没有表现良好(落入预定的范围)时，判定湿地的植物生境存在退化现象。当然，也可以在湿地中的植物的生物力学特性和湿地中的土壤的水文连通强度中的两个均表现异常时，判定湿地的植物生境存在退化现象。

在一个示例中，还可以在植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度的基础上，另外参考湿地中的植物的株高、茎直径、叶长、根长等植物形态特征数据来判断湿地的植物生境是否存在退化现象。

在一个示例中，所述湿地为滨海湿地，当然，湿地还可以为其它类型的湿地。

在评价湿地中的植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度之前，首先，要先测定湿地中的植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度。具体地，获取湿地中的完整的成熟植株，然后，利用万能实验机测得植物茎秆的抗弯力大小、静曲强度，植物根系的抗拉力、抗拉强度等力学指标。通过环刀取样获取湿地中的土壤，对土壤称重、干燥处理等之后，获得土壤含水量、田间持水率等，然后通过土壤含水量和田间持水率得到土壤的水文连通强度。

在上述实施例中，通过检测植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度来定量的检测湿地的植物生境，实现了精确、可靠的湿地植物生境检测以及湿地植物生境是否存在退化现象的准确判断和预测。

基于上述实施例，在本发明另一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法中，所述基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别包括：

基于点连通指数和/或中心度指数来判定湿地中的土壤的水文连通强度的大小，其中，所述点连通指数以及所述中心度指数用于表征所述水文连通强度的大小；

基于所述水文连通强度来判断湿地的植物生境是否存在退化现象。

在上述实施例中，基于图论，来分析湿地中的多个地点的点连通指数和中心度指数，通过点连通指数以及所述中心度指数来表征所述水文连通强度的大小，实现了对水文连通强度的大小的准确的判断。

基于上述实施例，在本发明另一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法中，所述测定湿地中的土壤的水文连通强度包括：

测定湿地中的土壤的点连通指数以及中心度指数。

基于图论，选取湿地中的特定的多个地点，将多个地点作为研究对象，多个地点可以看作多个节点，通过研究多个节点间的点连通指数和中心度指数来实现对湿地的土壤的水文连通性能进行检测，土壤的水文连通性能(强度)侧面反映了湿地的生境的情况，因此，通过测定点连通指数以及中心度指数，就实现了对湿地的生境的检测和评价。

在上述实施例中，通过测定湿地中的土壤的点连通指数以及中心度指数，实现了对湿地的生境的准确、科学的检测和评价。

基于上述实施例，在本发明另一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法中，所述测定湿地中的土壤的点连通指数以及中心度指数包括：

测定湿地中的多个地点的土壤含水率和田间持水率，其中，所述多个地点包括中心地点和围绕所述中心地点的邻域地点；

基于湿地中的多个地点的土壤含水率和田间持水率得到所述点连通指数以及所述中心度指数。

在一个示例中，通过TDR手持土壤含水量测定仪测定每个表层土壤中的土壤含水量并进行记录。

在一个示例中，田间持水率计算方法是：用土壤环刀取样品，带回实验室后将有孔盖一面向下置入平底容器重，并缓慢加水保持水面比环刀上沿低2mm左右，浸泡24小时，然后取出称量并记录，此时为土壤样品的饱和重量，记为w

在上述实施例中，通过相对容易测得的土壤含水率和田间持水率来计算点连通指数以及中心度指数，实现了对湿地植物生境的准确、便捷的检测。

基于上述实施例，在本发明另一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法中，

所述基于湿地中的多个地点的土壤含水率和田间持水率得到所述点连通指数以及所述中心度指数包括：

如果一地点的土壤含水率大于田间持水率，将所述地点的土壤含水率减去田间持水率，得到所述地点的连通替换值；

如果一地点的土壤含水率小于或等于田间持水率，将所述地点的连通替换值设置为零；

将所述中心地点的连通替换值分别减去各个邻域地点的连通替换值，得到所述中心地点到各个邻域地点的点连通指数分量值，其中，得到的非零的点连通指数分量值的个数为所述湿地中的土壤的中心度指数；

将全部非零的点连通指数分量值相加得到所述湿地中的土壤的点连通指数；

其中，所述点连通指数越接近于零，所述水文连通强度越大，所述中心度指数越高，所述水文连通强度越大。

具体地，选取湿地中的特定区域，将特定区域划分成九宫格，每个九宫格单元的为1m×1m的样方。

在每个样方中，某一单元(节点)C

与上述公式(1)类似，可以计算各个邻域点的连通替换值。

其中，连通替换值越大说明该单元水势越高，连通替换值大于0的点被认为是连通的，被称为连通节点(Vertex)；连通节点V

PHCI

在一个示例中，V

而节点V

其中，n为与节点V

如图2所示，计算获得研究区域PHCI值的密度分布直方图，由于PHCI算法的特性，某一区域的PHCI值的总和为0，因此，PHCI的绝对值反映出连通状态下各个连通点之间的均衡度，值越接近于0说明其状态越趋于一致，连通性越强，值越大说明点与点之间的差异性越大，连通性弱；获得中心度指数的密度分布直方图，由于消除了边缘样点对统计结果的影响，所有样点的中心度指数变化区间为0到8，则中心度指数越高连通性越强。

在一个示例中，当中心度指数和点连通指数这两个指数同时表现连通性弱时可判定土壤水文连通性弱。

在上述实施例中，通过上述的公式来计算中心点的点连通指数，通过图论的方式来研究湿地土壤的水文连通强度，实现对湿地土壤的水文连通强度的定量分析，进而实现了对湿地生境的定量分析。

基于上述实施例，在本发明另一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法中，所述基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别包括：

测定湿地中的植物的茎杆的抗弯特性；

测定湿地中的植物的根系的抗拉特性。

基于植物的茎杆的抗弯特性和/或植物的根系的抗拉特性来判断湿地是否存在退化现象。

在上述实施例中，通过植物的茎杆的抗弯特性和/或植物的根系的抗拉特性以及用点连通指数和/或中心度指数来表征的水文连通强度来综合判断湿地是否存在退化现象，实现了对湿地的是否存在退化现象的准确地判断。

基于上述实施例，在本发明另一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法中，所述基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别包括：

将湿地中的预定区域划分成多个预定单元；

分别测定多个预定单元的每个单元的植物的力学特性以及土壤的水文连通强度；

基于多个预定单元的植物的力学特性的平均值以及土壤的水文连通强度的平均值来判断湿地的植物生境是否存在退化现象。

具体地，选取湿地中的样地；

将样地划分成多个预定单元；

分别测定多个预定单元的每个单元的植物的生物力学特性以及土壤的水文连通强度；

将多个预定单元的植物的生物力学特性取平均，并将多个预定单元的土壤的水文连通强度取平均；

基于多个预定单元的植物的生物力学特性的平均值以及土壤的水文连通强度的平均值是否落入预定范围来判断湿地的植物生境是否存在退化现象。

具体地，选取湿地中的特定区域，将特定区域划分成九宫格，每个九宫格单元的为1m×1m的样方。每个样方内进行五点取样获得成熟植株5株。

对每个样方内进行九点取样获得一个中心地点和围绕该中心地点的8个邻域地点，从9个地点处进行土壤取样，来研究9个地点之间的水文连通情况。

在一个示例中，将测定出的每个九宫格单元的植物的茎秆的抗弯力大小，将九个九宫格单元的植物的茎秆的抗弯力大小取平均得到抗弯力平均值，将测定出的每个九宫格单元的植物的根系的抗拉力大小，将九个九宫格单元的植物的根系的抗拉力大小取平均得到抗拉力平均值，检查抗弯力平均值是否落入合理的抗弯力范围，检查抗拉力平均值是否落入合理的抗拉力范围，将抗弯力平均值和抗拉力平均值二者作为评价该研究区域的生境的指标。

在一个示例中，将测定出的每个九宫格单元的土壤的点连通指数，将九个九宫格单元的土壤的点连通指数取平均得到点连通指数平均值，将测定出的每个九宫格单元的土壤的中心度指数，将九个九宫格单元的土壤的中心度指数取平均得到的中心度指数平均值。检查点连通指数平均值是否落入合理的点连通指数范围，检查中心度指数是否落入合理的中心度指数范围，将点连通指数平均值和中心度指数平均值二者作为评价该研究区域的生境的指标。

通过该研究区域的植物的茎秆的抗弯力大小、植物的根系的抗拉力大小以及土壤的点连通指数和中心度指数来反映该湿地的植物生境情况。

在上述实施例中，通过取平均，实现了对研究区域的生境的更准确地评价。

基于上述实施例，在本发明另一实施例提供的湿地植物生境退化的判别方法中，所述多个预定单元的每个单元的面积介于1m

在上述实施例中，通过测定面积为1m

综上，上述方法利用易于测得的力学特性和土壤含水量等指标，并且基于图论构建水文连通性参数化方法对连通强度进行识别，从植物体自身特性和环境水文条件来识别退化植物生境，该方法具有现实的可操作性、可行性和适宜性，有利于退化植物生境的快速识别，及时进行恢复措施的实施。

本发明提供的湿地植物生境退化的判别方法、装置、电子设备及存储介质，基于湿地中的植物的生物力学特性以及湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别。具体地，通过测定湿地中的植物的茎杆的抗弯特性和根系的抗拉特性，以及湿地中的土壤的点连通指数以及中心度指数来判断湿地植物生境是否存在退化现象。本发明的判别方法对湿地植物生境是否存在退化进行定量化分析，可以实现准确、可靠地检测湿地植物生境，以及预测湿地植物生境是否存在退化现象。

下面对本发明提供的湿地植物生境判别装置进行描述，下文描述的湿地植物生境判别装置与上文描述的湿地植物生境退化的判别方法可相互对应参照。

图3示例了一种湿地植物生境判别装置实体结构示意图，如图3所示，该装置可以包括：

判别单元，用于基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别。

图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行湿地植物生境退化的判别方法，该方法包括：

基于湿地中的植物的力学特性和/或湿地中的土壤的水文连通强度来对湿地的植物生境是否存在退化现象进行判别。

可以理解的是，所述计算机程序可以执行的细化功能和扩展功能可参照上面实施例的描述。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述湿地植物生境退化的判别方法的全部步骤。

可以理解的是，所述计算机程序可以执行的细化功能和扩展功能可参照上面实施例的描述。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实现上述湿地植物生境退化的判别方法的全部步骤。

可以理解的是，所述计算机程序可以执行的细化功能和扩展功能可参照上面实施例的描述。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的安全防御方法。

此外，在本发明中，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。

此外，在本发明中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。