一种露天矿复垦区生态系统恢复力测度方法
技术领域
本发明涉及生态保护与恢复
技术领域
，具体涉及一种露天矿复垦区生态系统恢复力测度方法。背景技术
以往研究露天矿复垦区生态系统评价指标计算均采用绝对值，但不同区域自然条件、水资源、地形地貌、土壤质量等差异较大，导致不同地区植被原始生境条件差异很大。生态系统恢复力是指系统受干扰后恢复原来功能的能力，因此仅对露天矿复垦区生态系统指标取绝对值进行评价，无法衡量露天矿复垦区生态系统的恢复力状况。
中国专利(申请号201810905154.3)公开了一种复垦评估方法、存储介质和处理器，包括：获取目标区域的遥感数据和初始环境数据，以及上述目标区域的评价指标和上述评价指标的权重参数；对上述遥感数据和上述初始环境数据进行预处理，得到预处理数据，其中，上述预处理数据至少包括：复垦面积和复垦区数量；依据上述评价指标和上述权重参数，对上述预处理数据进行评估，得到用于评价上述目标区域的土地复垦状况的评估结果。上述方法获取目标区域的遥感数据和初始环境数据，分别采用绝对值数据对复垦效果进行评估，根据评估结果反映复垦效果。该方法忽略了当期数据评估结果与初始环境数据评估结果受到不同观测时段降水、气温等自然因素的影响，无法准确评估复垦后生态系统的恢复力情况。
发明内容
为了解决当前生态系统评估方法无法准确反映露天矿复垦区生态系统恢复力问题，本发明提出一种露天矿复垦区生态系统恢复力测度方法。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种露天矿复垦区生态系统恢复力测度方法，包括：
S1：依据所属露天矿复垦区生态系统功能恢复的影响指标，建立露天矿复垦区生态系统恢复力测度的层次结构模型；层次结构包括：目标层a、准则层b和指标层c；
目标层a以生态恢复力为评价目标；
准则层b包括：大气环境b1、地形条件b2、水文状况b3、土壤状况b4、根际微生物群落状况b5、植被状况b6；
指标层c包括：PM2.5c1、PM10c2、TSPc3、坡度c4、坡长c5、地下水位c6、地下水矿化度c7、土壤水分c8、土壤pHc9、土壤有机质c10、土壤速效磷c11、土壤速效钾c12、土壤全氮c13、土壤容重c14、土壤孔隙度c15、酸性磷酸酶活性c16、蔗糖酶活性c17、壤脲酶活性c18、微生物种类c19、微生物数量c20、微生物多样性c21、物种数c22、盖度c23、株数c24、多样性指数c25、地上生物量c26、地下生物量c27；
S2：分别构建准则层b对目标层a的判断矩阵A、指标层c对准则层b的判断矩阵B，采用方根方法并通过一致性检验后得到各个判断矩阵的权重向量，并计算指标层c中各指标对目标层a的权重，即各指标在露天矿复垦区生态系统恢复力测度值中所占的权重；
S3：对指标层c中的各指标在复垦区和未受扰动背景区的实测数据进行相对值运算，确定指标层c中各指标得分；
S4：根据指标层c中各指标对目标层a的权重、指标层c各指标得分，利用综合指数评价法进行露天矿复垦区生态系统恢复力测度计算。
优选地，步骤S1中目标层a对应大气环境b1、地形条件b2、水文状况b3、土壤状况b4、根际微生物群落状况b5、植被状况b6；
大气环境b1对应PM2.5c1、PM10c2、TSPc3；地形条件b2对应坡度c4、坡长c5；水文状况b3对应地下水位c6、地下水矿化度c7；土壤状况b4对应土壤水分c8、土壤pHc9、土壤有机质c10、土壤速效磷c11、土壤速效钾c12、土壤全氮c13、土壤容重c14、土壤孔隙度c15、酸性磷酸酶活性c16、蔗糖酶活性c17、壤脲酶活性c18；根际微生物群落状况b5对应微生物种类c19、微生物数量c20、微生物多样性c21；植被状况b6对应物种数c22、盖度c23、株数c24、多样性指数c25、地上生物量c26、地下生物量c27。
优选地，步骤S2中根据指标层c中各指标对准则层b的重要性，采用指标两两比较方式形成判断矩阵B，分别为大气环境判断矩阵B1、地形条件判断矩阵B2、水文状况判断矩阵B3、土壤状况判断矩阵B4、根际微生物群落状况判断矩阵B5、植被状况判断矩阵B6，对应的权重向量分别为W21、W22、W23、W24、W25、W26。
优选地，步骤S2中根据准则层b中各指标对目标层a的重要性，采用指标两两比较方式形成判断矩阵A，对应的权重向量为W1。
优选地，步骤S2中将指标层c相对于准则层b的权重值同准则层b相对于目标层a的权重值相乘，计算指标层c中各指标对目标层a的权重，即各指标在露天矿复垦区生态系统恢复力测度值中所占的权重。
优选地，步骤S3对指标层c中的各指标在复垦区和未受扰动背景区的实测数据进行相对值运算，确定指标层c中各指标得分的计算方法如下：
其中，Di代表指标层c中第i种指标得分；Si代表指标层c中第i种指标实测值；Si0代表第i种指标未受扰动原始背景值，i＝{1，2，3，……，n}，n为指标层c中指标总数。
优选地，步骤S4根据指标层c中各指标对目标层a的权重、指标层c各指标得分，利用综合指数评价法进行露天矿复垦区生态系统恢复力测度计算的方法如下：
其中，Q代表露天矿复垦区生态系统恢复力测度分值；wi代表指标层c中第i种指标对目标层a的权重。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
以往研究对复垦区生态系统评价指标的取值均为绝对值，且评价因素未能充分反映采煤扰动对生态系统恢复力的影响。而本发明通过构建生态系统恢复力测度模型，采用恢复力确定各影响指标受损后状态与原始状态的相似程度，且选择大气环境、地形条件、水文状况、土壤状况、根际微生物群落状况、植被状况这六方面信息作为复垦区生态系统恢复力准侧层评价指标，选择PM2.5、PM10、坡度等27项指标作为指标层评价指标。相对而言，本发明方法更加科学合理，评价结果更准确、全面，可以为生态修复效果评估提供理论参考。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为露天矿复垦区生态系统恢复力测度方法流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例
以某一露天矿复垦区为例进行露天矿复垦区生态系统恢复力测度计算。
如图1所示，一种露天矿复垦区生态系统恢复力测度方法，包括：
S1：依据所属露天矿复垦区生态系统功能恢复的影响指标，建立露天矿复垦区生态系统恢复力测度的层次结构模型；层次结构包括：目标层a、准则层b和指标层c；
目标层a以生态恢复力为评价目标；准则层b包括：大气环境b1、地形条件b2、水文状况b3、土壤状况b4、根际微生物群落状况b5、植被状况b6；指标层c包括：PM2.5c1、PM10c2、TSPc3、坡度c4、坡长c5、地下水位c6、地下水矿化度c7、土壤水分c8、土壤pHc9、土壤有机质c10、土壤速效磷c11、土壤速效钾c12、土壤全氮c13、土壤容重c14、土壤孔隙度c15、酸性磷酸酶活性c16、蔗糖酶活性c17、壤脲酶活性c18、微生物种类c19、微生物数量c20、微生物多样性c21、物种数c22、盖度c23、株数c24、多样性指数c25、地上生物量c26、地下生物量c27。
目标层a对应大气环境b1、地形条件b2、水文状况b3、土壤状况b4、根际微生物群落状况b5、植被状况b6；大气环境b1对应PM2.5c1、PM10c2、TSPc3；地形条件b2对应坡度c4、坡长c5；水文状况b3对应地下水位c6、地下水矿化度c7；土壤状况b4对应土壤水分c8、土壤pHc9、土壤有机质c10、土壤速效磷c11、土壤速效钾c12、土壤全氮c13、土壤容重c14、土壤孔隙度c15、酸性磷酸酶活性c16、蔗糖酶活性c17、壤脲酶活性c18；根际微生物群落状况b5对应微生物种类c19、微生物数量c20、微生物多样性c21；植被状况b6对应物种数c22、盖度c23、株数c24、多样性指数c25、地上生物量c26、地下生物量c27。
S2：分别构建准则层b对目标层a的判断矩阵A、指标层c对准则层b的判断矩阵B，采用方根方法并通过一致性检验后得到各个判断矩阵的权重向量，并计算指标层c中各指标对目标层a的权重，即各指标在露天矿复垦区生态系统恢复力测度值中所占的权重。
具体地，根据指标层c中各指标对准则层b的重要性，采用指标两两比较方式形成判断矩阵B，分别为大气环境判断矩阵B1、地形条件判断矩阵B2、水文状况判断矩阵B3、土壤状况判断矩阵B4、根际微生物群落状况判断矩阵B5、植被状况判断矩阵B6，对应的权重向量分别为W21、W22、W23、W24、W25、W26。指标层c中指标PM2.5c1、PM10c2、TSPc3对准则层b的判断矩阵B21为：
其中，xij为指标层c中指标ci相对于cj的重要性。
采用方根方法并通过一致性检验后得到判断矩阵B21的权重向量W21。并通过相同的方法计算权重向量W22、W23、W24、W25、W26。计算得到W21、W22、W23、W24、W25、W26分别为：W21＝(0.3113，0.1753，0.5134)，W22＝(0.6938，0.3062)，W23＝(0.7305，0.2695)，W24＝(00.2034，0.1126，0.1126，0.1126，0.1126，0.1126，0.0625，0.0625，0.0362，0.0362，0.0362)，W25＝(0.1634，0.5396，0.297)，W26＝(0.1373，0.0705，0.11，0.2411，0.2411，0.2)。
根据准则层b中各指标对目标层a的重要性，采用指标两两比较方式形成判断矩阵A，
其中，yij为准则层b中指标bi相对于bj的重要性。
采用方根方法并通过一致性检验后得到判断矩阵A的权重向量W1。计算得到W1＝(0.021，0.1554，0.1202，0.2269，0.0667,0.4098)。
将指标层c相对于准则层b的权重值同准则层b相对于目标层a的权重值相乘，计算指标层c中各指标对目标层a的权重，即各指标在露天矿复垦区生态系统恢复力测度值中所占的权重，如表1所示。
表1各指标在露天矿复垦区生态系统恢复力测度值中所占的权重
S3：对指标层c中的各指标在复垦区和未受扰动背景区的实测数据进行相对值运算，确定指标层c中各指标得分，如表2所示。指标层c中各指标得分的计算方法如下：
其中，Di代表指标层c中第i种指标得分；Si代表指标层c中第i种指标实测值；Si0代表第i种指标未受扰动原始背景值，i＝{1，2，3，……，n}，n为指标层c中指标总数。
表2指标层c中各指标得分
S4：根据指标层c中各指标对目标层a的权重、指标层c各指标得分，利用综合指数评价法进行露天矿复垦区生态系统恢复力测度计算。具体方法如下：
其中，Q代表露天矿复垦区生态系统恢复力测度分值；wi代表指标层c中第i种指标对目标层a的权重。
根据计算出的露天矿复垦区生态系统恢复力测度分值对露天矿复垦区生态系统恢复力进行分级。计算得出该露天矿复垦区生态恢复力测度得分为66.31，恢复力一般。
