一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法及系统与流程

本发明涉及放牧规划的，尤其涉及一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法及系统。

背景技术：

1、草原作为陆地生态系统的主要组成部分，在调节养分循环和平衡中起到不可或缺的作用，同时草原作为发展区域畜牧业的重要载体，具有维持区域经济自然协调发展的作用。不适当的放牧策略则会引发各类草地健康问题，草原生态系统遭到破坏，最终会导致草原土壤肥力下降，草地退化、甚至沙化，对草原生态功能的发挥和草地资源的可持续利用产生影响。

2、草地利用方式不仅影响草原土壤养分的积累和畜牧业的发展水平，而且可以直接改变草地群落外貌特征、群落物种多样性及生态稳定性，从而影响草地生态系统的健康水平。全年连续放牧、禁牧、选择划区轮牧、轻度放牧、生长季休牧等植被利用方式直接对土壤机械组成、孔隙度、养分等土壤理化性质产生影响，从而影响到土壤养分循环和草地生产力。放牧强度的增加会显著影响草地群落外貌特征，降低植物群落的高度、盖度、频度，引起群落的地上生物量和枯落物量，进而影响草原群落的基本结构和养分循环过程，降低草地生产力。不同利用方式对草地生态结构功能和生态健康状况都会有不同程度的影响,因此选择适宜的放牧强度对维持草地生产力和改善草原生态环境恶化有重要的作用。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法及系统解决现有的过度放牧导致草原生态环境恶化的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

5、本发明实施例提供了一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，包括：基于草场群落组成和群落结构确定草场放牧强度；

6、基于所述草场放牧强度结合草场土壤性质及植被量，构建放牧强度优化数学模型；

7、通过所述放牧强度优化模型对草场放牧强度进行优化规划。

8、作为本发明所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法的一种优选方案，其中：还包括：所述确定草场放牧强度即确定放牧羊的最大数量；将所述确定草场放牧强度转换为确定牧羊利益最大化；

9、所述草场土壤性质的决策因子至少包括土壤含氮量，所述土壤含氮量和所述放牧强度逆向影响。

10、作为本发明所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法的一种优选方案，其中：构建放牧强度优化数学模型，包括：目标函数和约束条件；

11、目标函数，表示为：

12、q＝a×s

13、其中，a为羊的单价，s为牧羊的数量，q为出售羊羔的利润；

14、约束条件，包括土壤全氮含量和放牧强度的约束，植被量和放牧强度的约束；

15、所述土壤全氮含量和放牧强度的约束，表示为：

16、ft＝f(s)

17、其中，s为放牧强度，ft为土壤全氮量；

18、所述植被量和放牧强度的约束，表示为：

19、r＝f(s)

20、其中，r＝mt-mt-1＝zt-1-xt-1，mt为t时刻的植被剩余量，mt-1为t-1时刻植被初始量，zt-1为t-1时刻植被生长增长量，xt-1为t-1时刻放牧消耗量；

21、放牧消耗量和放牧强度的关系，表示为：

22、i＝as

23、其中，i为放牧消耗量，s为放牧强度，a为系数表示家畜日食量且a＝1.8。

24、作为本发明所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法的一种优选方案，其中：所述植被量的影响因子包括：降雨量，植被截流量，植被生长速度；当降水量降低，植被覆盖度增高，叶面积指数增大时，植被截流量则增大，表示为：

25、icstore＝cp·icmax·[1-exp(-k·rcum/icmax)]

26、其中，icstore为植被截流量，cp为植被覆盖率，icmax为植被的最大截流量，k为植被密度校正因子，rcum为累积降雨量。

27、作为本发明所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法的一种优选方案，其中：还包括：根据所述植被截流量判断植被生长能力，表示为：

28、l＝c1icstore

29、其中，l为生长能力，c1为系数且c1＝1.3。

30、作为本发明所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法的一种优选方案，其中：放牧强度优化数学模型，表示为：

31、

32、其中，p为降水量。

33、作为本发明所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法的一种优选方案，其中：草场放牧强度进行优化规划，包括：

34、根据所述放牧强度优化数学模型计算得到放羊数量最大阈值；

35、若所述放牧强度优化数学模型的两个相邻变量的惩罚函数无约束最优点差值不小于浮点相对精度时，则继续迭代收敛；

36、若所述放牧强度优化数学模型的两个相邻变量的惩罚函数无约束最优点差值小于浮点相对精度时算法终止，确定算法终止时的最优解为最优规划方案，进行草场放牧的实际规划。

37、第二方面，本发明实施例提供了一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化系统，包括，

38、放牧强度确定模块，用于基于草场群落组成和群落结构确定草场放牧强度；

39、模型搭建模块，用于基于所述草场放牧强度结合草场土壤性质及植被量，构建放牧强度优化数学模型；

40、优化规划模块，用于通过所述放牧强度优化模型对草场放牧强度进行优化规划。

41、第三方面，本发明实施例提供了一种计算设备，包括：

42、存储器和处理器；

43、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任一实施例所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法。

44、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法。

45、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过保持草原可持续发展的情况下对草场内放牧羊的数量进行求解，得到放牧最大阈值，既保证了生态系统的稳定性，又提高了经济效益。

技术特征：

1.一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，其特征在于，还包括：所述确定草场放牧强度即确定放牧羊的最大数量；将所述确定草场放牧强度转换为确定牧羊利益最大化；

3.如权利要求2所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，其特征在于，构建放牧强度优化数学模型，包括：目标函数和约束条件；

4.如权利要求3所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，其特征在于，所述植被量的影响因子包括：降雨量，植被截流量，植被生长速度；当降水量降低，植被覆盖度增高，叶面积指数增大时，植被截流量则增大，表示为：

5.如权利要求4所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，其特征在于，还包括：根据所述植被截流量判断植被生长能力，表示为：

6.如权利要求5所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，其特征在于：放牧强度优化数学模型，表示为：

7.如权利要求6所述的基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法，其特征在于，草场放牧强度进行优化规划，包括：

8.一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化系统，其特征在于，包括：

9.一种计算设备，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至7任意一项所述基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于草场土地状态预测的放牧强度优化方法及系统，包括：基于草场群落组成和群落结构确定草场放牧强度；基于草场放牧强度结合草场土壤性质及植被量，构建放牧强度优化数学模型；通过放牧强度优化模型对草场放牧强度进行优化规划。本发明通过保持草原可持续发展的情况下对草场内放牧羊的数量进行求解，得到放牧最大阈值，既保证了生态系统的稳定性，又提高了经济效益。

技术研发人员：张英,王为,姚望,黄杰,徐龙舞,王明伟
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15