本发明属于生态评价技术领域，尤其涉及一种公路对草地生态敏感区累计影响的评价方法。
背景技术：
草地是陆地生态系统中典型的生态敏感区，修建公路可影响其涵养水源、维持生物多样性等重要的服务功能。然而，随着交通的逐渐便利，大量草地尤其是海拔较高的生态敏感地区受修建公路的影响，正面临着草地退化、土壤理化性质改变的严峻挑战。为了减少公路对草地生态敏感区的影响，各公路段正在积极实施不同的修复管理，如三江源等地区采用了播种、移植草皮等修复手段。然而公路对草地的累计影响较为复杂，随草地海拔、草地植被类型、公路总面积、公路车流量、公路修建年限等而变化，依靠经验决定各草地敏感区沿公路带的修复措施，可能导致草地退化加剧、水土流失等现象。因此，研究公路对草地敏感区累计影响的评价方法，确定不同公路段对草地敏感区的累计影响，以保证公路两侧的草地得到科学的修复，对草地生态系统生物多样性的维持，修复草地生态系统具有十分重要的意义。
技术实现要素：
本发明旨在提出一种简单、准确的评估公路对草地生态系统累计影响的方法，从而为公路两侧草地生态敏感区的草地修复提供依据。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种公路对草地生态敏感区累计影响的评价方法，所述评价方法包括以下步骤：
s1、确定草地生态敏感区评价范围
根据我国公路的划分等级及不同等级公路的污染物排放量、公路建设所耗年限的长短以及公路建设临时占地面积，确定公路对草地生态敏感区累计影响的范围，并以此确定对草地生态敏感区评价时的采样范围，并在所述采样范围之外设置配对的天然草地对比区，在公路影响区及配对的天然草地区均设置至少5个调查区，各调查区的面积为10m×10m，且各调查区之间沿公路的延伸方向应至少相隔50m，每个调查区随机设置至少5个1m×1m的重复样方，且各样方之间的最短距离大于5m；
s2、确定公路两侧草地目标评价指标
根据草地生态敏感区的背景调查数据，确定公路两侧草地的三类目标评价指标：土壤理化性质、草地植被、土壤生物；三类目标评价指标分别记作i1、i2、i3；
其中，草地植被类包括a个评价指标，分别为i11、i12、……、i1a；土壤理化性质类包括b个评价指标，分别为i21、i22、……、i2b；土壤生物类包括c个评价指标，分别为i31、i32、……、i3c；
s3、确定公路两侧草地目标评价指标的测定方法
s4、根据目标评价指标的测定方法获取任一调查区的多个样方的各目标评价指标平均值，并进一步获取公路影响区及天然草地区内多个调查区的各目标评价指标平均值，并进一步获取公路两侧草地目标评价指标的相对值；
若公路影响区内多个调查区的目标评价指标平均值高于天然草地区，则根据下式得到该指标的相对值：
若公路影响区内多个调查区的目标评价指标平均值低于天然草地区，则根据下式得到该指标的相对值：
其中：ii为公路影响区内指标i的计算平均值，i′i为天然草地区内指标i的计算平均值；
s5、获取草地生态敏感区目标评价指标的综合得分，根据综合得分确定公路对草地生态敏感区累计影响的程度，并根据影响程度采取不同的响应等级进行草地修复；
其中，草地生态敏感区目标评价指标的综合得分的获取方法为：
将草地植被类的a个评价指标、土壤理化性质类的b个评价指标、土壤生物类的c个评价指标根据指标的作用性再次分类为：对草地生态系统具有促进或消极作用的pi评价指标体系、对草地生态系统的影响是中性的pj评价指标体系及对草地生态系统有害的pk评价指标体系；目标评价指标综合得分的根据下式得到：
其中，pi、pj、pk为3种不同性质的指标评价体系，pi中包括n个评价指标；pj中包括m个评价指标；pk中包括s个评价指标，
进一步的，所述步骤s1中草地生态敏感区评价时的采样范围为：高速公路和一级公路区域的采样范围为距公路垂直距离280m～300m，二级公路和三级公路区域的采样范围为距公路垂直距离180m～200m，四级公路区域的采样范围为距公路垂直距离30m～50m；天然草地的采样范围为：高速公路和一级公路的采样范围为距公路垂直距离350m～400m；二级公路和三级公路的采样范围为距公路垂直距离250m～300m；四级公路的采样范围为距公路垂直距离100m～150m。
进一步的，所述步骤s2中草地植被类包括6个评价指标：植被高度、植被盖度、地上生物量、地下生物量、植物多样性、空间异质性，分别记为i11、i12、i13、i14、i15、i16；土壤理化性质类包括10个评价指标：土壤含水量、容重、ph值、有机碳含量、总碳含量、总氮含量、总磷含量、土壤酶活性、重金属含量、有机污染物含量，分别记为i21、i22、i23、i24、i25、i26、i27、i28、i29、i210；土壤生物类包括4个评价指标：微生物生物量c、微生物生物量n、微生物多样性、土壤小动物丰度，分别记为i31、i32、i33、i34。
进一步的，植被高度i11、植被盖度i12的测定方法可为目测法；地上生物量i13的测定方法为收割法：于生长季旺盛期齐地面收割样方内地上部分的所有植物，将收获的植物按种分选后于65℃的烘箱内放置24h至恒重，得到收获的植物重量，即为地上生物量i13；地下生物量i14的测定方法为根钻法；植物多样性i15的测定采用物种丰富度或辛普森多样性指数，其中物种丰富度为调查样方内包含的植物种类数量；空间异质性i16的测定指标为变异系数；土壤含水量i21通过铝盒烘干称重法测定；容重i22的测定方法为环刀法；ph值i23的测定使用ph计；有机碳含量i24的测定方法为氧化还原法；总碳含量i25的测定可使用分析仪；总氮含量i26的测定可使用氮元素分析仪；总磷含量i27的测定使用钼锑抗分光光度法；土壤酶活性i28测定方法为乙炔还原法；重金属含量i29测定方法为原子吸收分光光度法；有机污染物含量i210测定方法为超临界流体萃取方法；微生物生物量ci31及微生物生物量ni32的测定方法均为氯仿熏蒸浸提法；微生物多样性i33为细菌、古菌或者真菌的多样性，这3种类型微生物的多样性均通过高通量测序的方式得出；土壤小动物丰度i34的测定方法为诱虫器采集法。
进一步的，植被盖度i12的测定方法可通过遥感影像分析法。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明聚焦于在草地生态敏感区修建公路所产生的累计影响如何评价的问题，用准确、全面的采样及测定方法，得出科学的评价结果，从而为后期的草地修复管理提供一定的参考依据；
2、本发明的评价方法不仅可以用于公路修建对草地生态敏感区累计影响的评价，也适用于对放牧、围栏封育等一些人为利用管理下草地退化程度的综合评价。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
本实施例提供的公路对草地生态敏感区累计影响的评价方法，包括以下步骤：
s1、确定草地生态敏感区评价范围
根据我国公路的划分等级及不同等级公路的污染物排放量、公路建设所耗年限的长短以及公路建设临时占地面积，确定公路对草地生态敏感区累计影响的范围，并以此确定对草地生态敏感区评价时的采样范围，并在所述采样范围之外设置配对的天然草地对比区，在公路影响区及配对的天然草地区均设置至少5个调查区，各调查区的面积为10m×10m，且各调查区之间沿公路的延伸方向应至少相隔50m，每个调查区随机设置至少5个1m×1m的重复样方，且各样方之间的最短距离大于5m；
需要说明的是，不同等级公路的污染物排放量的对比情况为：四级公路>三级公路>二级公路>一级公路>高级公路；一般而言，修建不同等级公路所耗时长(公路建设的难易程度)的对比情况为：高速公路>一级公路>二级公路>三级公路>四级公路；修建不同等级公路临时占地面积的对比情况为：高速公路>一级公路>二级公路>三级公路>四级公路。
s2、确定公路两侧草地目标评价指标
根据草地生态敏感区的背景调查数据，确定公路两侧草地的三类目标评价指标：土壤理化性质、草地植被、土壤生物；三类目标评价指标分别记作i1、i2、i3；
其中，草地植被类包括a个评价指标，分别为i11、i12、……、i1a；土壤理化性质类包括b个评价指标，分别为i21、i22、……、i2b；土壤生物类包括c个评价指标，分别为i31、i32、……、i3c；
s3、确定公路两侧草地目标评价指标的测定方法
s4、根据目标评价指标的测定方法获取任一调查区的多个样方的各目标评价指标平均值，并进一步获取公路影响区及天然草地区内多个调查区的各目标评价指标平均值，并进一步获取公路两侧草地目标评价指标的相对值；
若公路影响区内多个调查区的目标评价指标平均值高于天然草地区，则根据下式得到该指标的相对值：
若公路影响区内多个调查区的目标评价指标平均值低于天然草地区，则根据下式得到该指标的相对值：
其中：ii为公路影响区内指标i的计算平均值，i′i为天然草地区内指标i的计算平均值；
s5、获取草地生态敏感区目标评价指标的综合得分，根据综合得分确定公路对草地生态敏感区累计影响的程度，并根据影响程度采取不同的响应等级进行草地修复；
其中，草地生态敏感区目标评价指标的综合得分的获取方法为：
将草地植被类的a个评价指标、土壤理化性质类的b个评价指标、土壤生物类的c个评价指标根据指标的作用性再次分类为：对草地生态系统具有促进或消极作用的pi评价指标体系、对草地生态系统的影响是中性的pj评价指标体系及对草地生态系统有害的pk评价指标体系；目标评价指标综合得分的根据下式得到：
其中，pi、pj、pk为3种不同性质的指标评价体系，pi中包括n个评价指标；pj中包括m个评价指标；pk中包括s个评价指标，
高速公路和一级公路区域的采样范围为距公路垂直距离280m～300m，二级公路和三级公路区域的采样范围为距公路垂直距离180m～200m，四级公路区域的采样范围为距公路垂直距离30m～50m；天然草地的采样范围为：高速公路和一级公路的采样范围为距公路垂直距离350m～400m；二级公路和三级公路的采样范围为距公路垂直距离250m～300m；四级公路的采样范围为距公路垂直距离100m～150m。
所述步骤s2中草地植被类包括6个评价指标：植被高度、植被盖度、地上生物量、地下生物量、植物多样性、空间异质性，分别记为i11、i12、i13、i14、i15、i16；土壤理化性质类包括10个评价指标：土壤含水量、容重、ph值、有机碳含量、总碳含量、总氮含量、总磷含量、土壤酶活性、重金属含量、有机污染物含量，分别记为i21、i22、i23、i24、i25、i26、i27、i28、i29、i210；土壤生物类包括4个评价指标：微生物生物量c、微生物生物量n、微生物多样性、土壤小动物丰度，分别记为i31、i32、i33、i34。
具体的，在本实施例中，pi中包括13个评价指标，分别为i11、i12、i13、i14、i15、i24、i25、i26、i27、i31、i32、i33、i34；pj中包括5个评价指标，分别为i16、i21、i22、i23、i28；pk中包括2个评价指标，分别为i29、i210；
具体的，植被高度i11、植被盖度i12的测定方法可为目测法：测量样方内单个植物物种的平均高度、盖度，然后再根据各物种的相对盖度进行加权平均，得出最终的平均高度即为植被高度i11，样方内所有植物物种的盖度相加得出植被盖度i12；地上生物量i13的测定方法为收割法：于生长季旺盛期齐地面收割样方内地上部分的所有植物，将收获的植物按种分选后于65℃的烘箱内放置24h至恒重，得到收获的所有植物重量，即为地上生物量i13；地下生物量i14的测定方法为根钻法：于地上生物量收割后在原位置分层采集土壤样品，采集土壤样品时采用分层的方式：如分别采集0-5cm、5-10cm、10-20cm、20-30cm、30-50cm的土壤，并清洗以获得分层地下生物量，将获得的各层的地下生物量相加即得地下生物量i14；按照分层的方式有两个好处：一是方便取土工作；二是可以对比不同土层中根系的分布状况；植物多样性i15的测定可采用物种丰富度或辛普森多样性指数，其中物种丰富度为调查样方内包含的植物种类数量；辛普森多样性指数的计算公式如下：
其中，s为样方内的植物物种数目，ps代表调查样方内第s个植物物种的相对丰度，其中，相对丰度的计算方法为：第s个植物物种的盖度占样方内总盖度的比例，或者，第s个植物物种的地上生物量占样方内总地上生物量的比例)；空间异质性i16的测定指标为变异系数，任一调查区的多个样方的变异系数的计算公式为：多个重复样方之间总盖度/总地上生物量的标准差除以它们的平均值；土壤含水量i21通过铝盒烘干称重法测定：
土壤含水量(％)＝[(w1-w2)/(w2-w0)]×100
其中，w0表示烘干的空铝盒质量，精确到0.0001g；w1表示铝盒和鲜土烘干之前的质量；w2表示铝盒和土样烘干后的质量；容重i22的测定方法为环刀法：使用环刀在样方内的采样点的土壤剖面内(剖面的表层土壤即可，0-10cm)获得一定体积的土样，将土样烘干后，获取该样点单位体积烘干土的重量；ph值i23的测定使用ph计：将体积比为1:5的土样、去离子水混匀30分钟后所得的悬浮液直接进行ph的测定；有机碳含量i24的测定方法为氧化还原法：先在土壤样品(过0.25mm筛网的风干土)中加入定量的重铬酸钾-硫酸溶液用于氧化土壤中的有机碳(可用油浴加热，有助于充分氧化土壤中的有机碳)，再用硫酸亚铁铵标准溶液滴定剩物的重铬酸钾溶液，最后根据反应前后重铬酸钾的含量的变化推算土壤中的有机碳含量；总碳含量i25的测定可使用variomaxc/n分析仪(elementaramericas,mountlaurel,newjersey,usa)；总氮含量i26的测定可使用lecofp-528氮元素分析仪(leco,st.joseph,michigan,usa)；总磷含量i27的测定使用钼锑抗分光光度法：样品经氢氧化钠消解并调节ph后，加入抗坏血酸溶液和钼酸铵盐溶液可显色，最后使用紫外分光光度计测定土壤中总磷含量；土壤酶活性i28指固氮酶活性，测定方法为乙炔还原法，基于固氮酶可以将乙炔还原成乙烯的原理，可使用气相色谱测定固氮酶的活性；重金属含量i29测定方法为原子吸收分光光度法：使用硝酸、氢氟酸以及高氯酸全对土壤样品进行消解，再使用原子吸收分光光度法测定土壤中的重金属全量；有机污染物含量i210测定方法为超临界流体萃取方法：使用超临界流体萃取技术，可测定土壤中多环芳烃有机污染物的含量；微生物生物量ci31及微生物生物量ni32的测定方法均为氯仿熏蒸浸提法：氯仿熏蒸可将土壤样品中的微生物杀死，从而增加土壤中的碳含量，通过比较熏蒸与未熏蒸浸提液中碳含量的差异(重铬酸钾容量法)，得出土壤中微生物c含量；微生物多样性i33为细菌、古菌或者真菌的多样性，这3种类型微生物的多样性均通过高通量测序的方式得出：主要指测序及生物信息学分析后所得的out(操作分类单元)数目，相当于微生物物种的数目；土壤小动物丰度i34的测定方法为诱虫器采集法：根据土壤中小动物对光源、温度的趋避性，可设置不同类型的漏斗进行动物样品的收集，主要评价土壤中小动物的种类。
需要说明的是，本发明的方法只适用于公路对草地累计影响的评价，而不适用于森林、公共用地等；所述目标评价指标均为科学研究常用表征指标，能够表征公路对草地生态敏感区的累计影响；目标指标的采样方法具有多元化、准确化等特征，如针对指标i12的测定方法，可根据草地类型的不同进行选择，比如：针对生长有灌木的草地，可采用遥感影像分析法进行。
通过草地生态敏感区累计影响评价指标的计算与目标评价指标综合得分的计算，方法明确且操作简单；根据实际经验，按照公路对草地生态敏感区累计影响的强弱程度，将累计影响划分为5个等级，5个等级分别为等级ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ和ⅴ；其中，综合得分为-1＜z≤-0.5，对应的累计影响等级为等级ⅰ；综合得分为-0.5＜z≤-0.3，对应的累计影响等级为等级ⅱ；综合得分为-0.3＜z≤-0.1，对应的累计影响等级为等级ⅲ；综合得分为-0.1＜z≤0，对应的累计影响等级为等级ⅳ；综合得分为z＞0，对应的累计影响等级为等级ⅴ。
其中，公路对草地的累计影响为等级ⅰ时，可按照重度退化草地的响应等级进行修复；公路对草地的累计影响为等级ⅱ时，可按照中度退化草地的响应等级进行适当的修复；公路对草地的累计影响为等级ⅲ时，可按照轻度退化草地的响应等级进行保护；公路对草地的累计影响为等级ⅳ和等级ⅴ时，可按照未轻度退化草地的响应等级进行保护与利用；通过上述累计影响的等级的划分，可为草地敏感区的生态修复提供科学的依据。