一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法与流程

本发明属于沙地保护和治理方向，具体涉及一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，适用于北方半干旱、半湿润沙区区域内林、田、草、沙面积占比的优化配置。

背景技术：

1、在我国北方广袤的沙漠地区，水资源是决定区域植被建设、生态修复与社会经济可持续发展的核心要素。在充分考虑区域水资源制约的前提下，如何通过最优化沙区系统内林、田、草、沙的面积占比来改善区域水资源利用与补给之间的平衡关系，对于实现沙区生态环境的治理与修复具有重要的理论价值与实践意义。

2、在过去沙漠理论研究与治理实践中，由于受到理论认知、行业隔离和技术手段等多因素限制，林业、农牧业、水利和环境等部门多是关注行业或局部问题的研究与实践，而未将林地、草地、裸沙和农田等主要土地利用类型统筹起来综合考虑区域水资源限制与生态环境治理的关系。随着近年来沙区治理、开发和人口数量的激增，区域内水分消耗较高的农田占比面积快速增加、而水分深层渗漏较高的裸沙面积却急剧减少；再加上气候变化对水资源输入的负面影响，导致了区域水资源利用与补给之间的平衡关系遭到破坏，出现了地下水位明显下降、人工固沙植被衰退和固定沙丘活化等实际问题。因此，在充分考虑沙区水资源供给平衡的状态下，如何确定沙区小区域内林、田、草、沙面积占比的优化配置方法，已经成为实现沙区生态修复与水资源安全的关键问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，以解决目前沙区治理中，没有统筹考虑到林地、草地、裸沙和农田等主要土地利用类型的区域水资源利用与生态环境治理的关系，从而无法确保固沙植被的稳定性和水资源安全的问题。

2、本发明提供的一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，其特征在于：所述优化方法包括：

3、步骤一、确定待优化沙区区域内林地、农田、草地和裸沙地的土壤水分深层渗漏量，建立不同土地利用类型下，土壤水分深层渗漏量与降雨量、植被覆盖率之间的关系；

4、步骤二、构建待优化沙区区域土壤水分深层渗漏总量的估计模型，根据林地、农田、草地和裸沙地的面积和土壤水分深层渗漏量，估计待优化沙区区域每年的土壤水分深层渗漏总量；

5、步骤三、构建待优化沙区区域土壤水分深层渗漏总量的线性模型，在确保待优化沙区区域水资源安全的约束条件下，基于上述待优化沙区区域每年的土壤水分深层渗漏总量的估计值，应用机器学习回归模型反演待优化沙区区域内林地、农田、草地和裸沙地的优化面积及其占比。

6、进一步地，不同土地类型下土壤水分深层渗漏量与降雨量、植被覆盖率之间的关系表达式为：

7、yi＝a1×x1+a2×x2+a0                             (1)

8、式中：yi为不同土地类型的土壤水分深层渗漏量，mm；i为林地、农田、草地和裸沙地不同利用土地类型；x1为植被盖度，％；x2为降雨量，mm；a0、a1和a2是拟合参数。

9、进一步地，所述估计模型的表达式为：

10、dt＝b1y1+b2y2+b3y3+b4y4                              (2)

11、式中：dt为待优化沙区区域的土壤水分深层年总渗漏量，mm；y1、y2、y3和y4分别为林地、农田、草地和裸沙地四种主要土地类型的土壤水分深层渗漏量，mm；b1、b2、b3、b4分别为待优化沙区区域内为林地、农田、草地和裸沙地四种主要土地类型的面积，km2。

12、进一步地，所述线性模型的表达式为：

13、

14、其中：和分别为林地、农田、草地和裸沙地的面积权重向量和渗漏特征向量：

15、

16、

17、式中：ω11，ω21,ω31,ω41依次为第1年待优化沙区区域内林地、农田、草地和裸沙地的面积，km2；ω1n，ω2n,ω3n,ω4n依次为第n年待优化沙区区域内林地、农田、草地和裸沙地的面积，km2；yt11，yt21,yt31,yt41依次为第1年待优化沙区区域内林地、农田、草地和裸沙地各个类型的单位面积渗漏量，mm；yt1n，yt2n,yt3n,yt4n依次为第n年待优化沙区区域内林地、农田、草地和裸沙地各个类型的单位面积渗漏量，mm；单位面积渗漏量通过公式(1)得到。

18、进一步地，所述线性模型中的约束条件是：根据最低年降雨量确保待优化沙区区域最低渗漏量。

19、进一步地，在所述应用机器学习回归模型反演过程中，使用尽可能多年地待优化沙区区域每年的土壤水分深层渗漏总量的估计值。

20、本发明和现有技术相比具有如下有益效果：本发明提供的沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，适用于北方半干旱、半湿润沙区区域内林、田、草、沙面积及其占比的优化配置，基于对沙地土壤水分深层渗漏与地下水补给的长期研究积累，并结合低覆盖度治沙理论与技术，创造性地提出统筹考虑沙区区域林、田、草、沙等主要类型的面积占比与其水资源供给平衡的自然约束法则，来确定沙区区域主要土地利用类型的优化面积及其占比的方法，最终实现沙区水资源安全与生态修复的双赢。

技术特征：

1.一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，其特征在于：所述优化方法包括：

2.根据权利要求1所述一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种半干旱沙区区域林田草沙面积及其占比的优化方法，包括：建立不同土地利用类型下，土壤水分深层渗漏量与降雨量、植被覆盖率之间的关系；构建待优化沙区土壤水分深层渗漏总量的估计模型，根据林田草沙的土地面积和土壤水分深层渗漏量，估计待优化沙区每年的土壤水分深层渗漏总量；构建待优化沙区土壤水分深层渗漏总量的线性模型，在确保待优化沙区水资源安全的约束条件下，应用机器学习回归模型反演待优化沙区区域内林田草沙的优化面积及其占比。本发明解决了目前北方半干旱沙区治理中，没有统筹考虑到林、草、沙、田等主要土地利用类型的区域水资源利用与生态修复之间的关系，无法确保固沙植被的稳定性和区域水资源安全的问题。

技术研发人员：熊伟,廉泓林,李卫,杨文斌,刘雅莉,韩雨晴,王思涵
受保护的技术使用者：中国林业科学研究院生态保护与修复研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15