喀斯特石漠化草地生态系统结构优化与稳定性提升方法

本发明属于喀斯特石漠化治理草地生态系统领域，具体涉及喀斯特石漠化草地生态系统结构优化与稳定性提升方法。

背景技术：

1、近年来，由于人类不合理社会经济活动的干扰破坏，造成喀斯特地区土壤严重侵蚀，基岩大面积出露，土地生产力严重下降，地表出现类似荒漠景观的土地退化，从而造成喀斯特石漠化。

2、对喀斯特石漠化的治理一直是个难题，且缺乏相关的技术参考，为此，本发明通过实地踏查研究，统计分析了喀斯特石漠化治理不同草地生态系统的植物物种结构、冠层结构和土壤细菌群落结构，旨在探明喀斯特石漠化治理草地生态系统的现状，同时结合抵抗力、恢复力和变异性等指标采用多维度稳定的研究方法，综合评估喀斯特石漠化治理不同草地生态系统的稳定性，对草地可持续管理、草地生态系统稳定性和功能提升及石漠化治理成果巩固提供科学参考。

技术实现思路

1、本发明通过提供喀斯特石漠化草地生态系统结构优化与稳定性提升方，法，以解决目前喀斯特石漠化治理困难，缺乏技术参考的问题，具体方案如下：

2、喀斯特石漠化草地生态系统结构优化与稳定性提升方法，包括以下步骤：

3、s1：获取草地生态系统的植物物种结构、冠层结构、土壤微生物结构；

4、s2：对草地生态系统恢复力与抵抗力的影响性状和效应性状进行分类；

5、s3：对草地生态系统恢复力与抵抗力进行计算；

6、s4：对草地生态系统的结构变异性、功能变异性、多稳定性进行计算；

7、s5：通过对草地生态系抵抗力、恢复力、结构变异性和功能变异性进行相关性分析，辨识结构与稳定性的关系，然后通过主成分分析和冗余分析找出影响生态系统结构和稳定性的主要因素后进行结构优化和稳定性提升。

8、进一步地，步骤s1中获取草地生态系统的植物物种结构的方法为：

9、根据群落物种的shannon多样性指数、margalef丰富度指数、pielou均匀度指数、simpson优势度指数、βsimp相异性指数和βjacc相异性指数计算群落物种多样性，其中：

10、shannon-wiener多样性指数：

11、margalef丰富度指数：r＝(s-1)/lnn

12、pielou均匀度指数：e＝h′/lns

13、simpson多样性指数：

14、b simp多样性指数：

15、b jacc多样性指数：

16、式中：pi为种i的个体数占总个体数的比例，s为群落中物种数，n为所有物种的个体总数；a为两样方共有种数，b为只存在于样方1的物种数，c为只存在于样方2的物种数。

17、进一步地，步骤s1中获取草地生态系统的冠层结构方法为：

18、通过植物群落盖度、平均株高和地上生物量展现不同研究区不同类型草地生态系统的冠层结构特征；在植物生长旺盛期进行植物的群落盖度、平均株高和地上生物量的测算。

19、进一步地，步骤s1中获取草地生态系统的土壤微生物结构的方法是采用高通量测序方法进行测序获得。

20、进一步地，步骤s2中，对草地生态系统恢复力与抵抗力的影响性状和效应性状进行分类方法为：

21、对草地生态系统中植物的比叶面积、株高、叶干物质、根长、根干重、生长型、叶磷含量、光合途径、表皮附着物进行描述，赋予其生态学意义，生成其响应性状或效应性状，其中：比叶面积的描述为叶面积除以叶片干重(cm2 g-1)，赋予其生态学意义为光合速率、相对生长速率、营养利用效率，生成的响应性状或效应性状为e；株高的描述为植株顶部与地面水平之间的垂直距离(cm)，赋予的生态学意义为传播距离、捕光、地面竞争、避免采食，生成的响应性状或效应性状为r；叶干物质的描述为叶片干重与叶片饱和鲜重的比值(g kg-1)，赋予其生态学意义为植物的竞争能力、生长速率、压力耐受力，生成的响应性状或效应性状为e/r；根长的描述为植株根部底部与地面水平面之间的垂直距离(cm)，赋予其生态学意义为根系吸收营养和水分的能力，生成的响应性状或效应性状为e；根干重的描述为根烘干后的重量(g)，赋予其生态学意义为地下资源的竞争情况，生成的响应性状或效应性状为e；生长型的描述为杂草＝1，根茎禾草＝2，丛生禾草＝3，一、二年生草本＝4，灌木＝5，赋予其生态学意义为植物生存生态适应，生成的响应性状或效应性状为e，叶磷含量的描述为叶片干质量的磷总量(g kg-1)，赋予其生态学意义为植物养分分布，生成的响应性状或效应性状为r；光合途径的描述为c3植物＝1，c4植物＝2，赋予其生态学意义为光合效率，生成的响应性状或效应性状为r，表皮附着物的描述为有＝1，无＝0，赋予其生态学意义为防止外界干扰，减少水的蒸腾作用和适口性，生成的响应性状或效应性状为r。

22、进一步地，对草地生态系统恢复力与抵抗力进行计算方式为：

23、式中，s是群落中的物种总数，n为样方总数，pi是物种i在样方内的地上生物量或相对丰度，ti是物种i在样方内的性状值。恢复力的计算是基于效应性状，而抵抗力的计算是基于响应性状，recovery为生态系统恢复力，resistance为生态系统抵抗力。

24、进一步地，对草地生态系统的结构变异性的计算方式为：

25、结构变异性被定义为一个样地任何可能的两个样方的物种存在或不存在的平均jaccard相异性指数值，即：

26、sv＝1-βjacc；式中sv表示结构变异性，βjacc表示jaccard相异性指数值。

27、进一步地，对草地生态系统的功能变异性技术方式为：

28、式中，μ为7月份某一样地地上生物量的平均值，σ为某一样地每个样方地上生物量的标准差。

29、进一步地，对草地生态系统的多维稳定性计算方式为：

30、式中，λi是给定的不同草地生态系统稳定性成分矩阵的第i个特征值，n是标准化稳定性测量的协方差矩阵的维数，在文中我们使用了四个稳定性成分，即恢复力、抵抗力结构变异性和功能变异性，所以n＝4，(λi0.5)表示每一组椭球形半轴长度。

31、本发明的有益效果是：

32、1.通过获取草地生态系统的植物物种结构、冠层结构、土壤微生物结构；对草地生态系统恢复力与抵抗力的影响性状和效应性状进行分类；对草地生态系统恢复力与抵抗力进行计算；对草地生态系统的结构变异性、功能变异性、多稳定性进行计算；通过对草地生态系抵抗力、恢复力、结构变异性和功能变异性进行相关性分析，辨识结构与稳定性的关系，然后通过主成分分析和冗余分析找出影响生态系统结构和稳定性的主要因素后进行结构优化和稳定性提升，能够为喀斯特石漠化治理草地生态系统提供参考，进一步巩固喀斯特石漠化治理草地生态系统成果。

33、2.根据群落物种的shannon多样性指数、margalef丰富度指数、pielou均匀度指数、simpson优势度指数、βsimp相异性指数和βjacc相异性指数计算群落物种多样性，能够获得喀斯特石漠化草地生态系统物种多样性，并提供相应的数据支撑，为喀斯特石漠化治理草地生态系统提供数据分析及参考。