一种耕地系统韧性关键阈值的评估方法及系统

本发明涉及耕地系统韧性评估，更具体的说是涉及一种耕地系统韧性关键阈值的评估方法及系统。

背景技术：

1、目前，随着全球人口增长与粮食需求提升，耕地资源作为保障粮食安全的核心要素，其可持续利用面临严峻挑战。现有耕地系统在面对自然环境变化及人为活动干扰时，常表现出稳定性不足、恢复能力弱等问题，难以持续、高效地供给农产品。当前，关于耕地保护的研究多侧重于被动应对生态失衡、土壤退化等负面效应，缺乏从系统整体性出发，主动提升其抵御干扰并恢复功能的能力。

2、尽管已有研究尝试引入“韧性”概念评估耕地系统的稳定性，但大多局限于静态的指标评价或单一维度的功能演变分析，未能构建完整的理论框架来解析耕地系统从受扰动到恢复或演进的全过程。特别是在沿海围垦区域，由于土壤盐渍化、生态系统脆弱等因素，传统治理模式往往投入大而效益低，缺乏对不同耕作年限下系统韧性演变关键阈值的精准识别，导致保护策略缺乏差异性和前瞻性。

3、因此，亟需一种能够系统评估耕地韧性、识别关键演变节点，并据此制定差异化治理方案的方法，以实现耕地系统从被动防护向主动适应性治理的转变，提升了耕地系统可持续发展能力。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种耕地系统韧性关键阈值的评估方法及系统，实现了耕地系统从被动防护向主动适应性治理的转变，提升了耕地系统可持续发展能力。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供一种耕地系统韧性关键阈值的评估方法，包括：

4、构建耕地系统的韧性评价指标体系；

5、选取目标区域并基于所述韧性评价指标体系获取各个指标层对应的指标值和权重；

6、根据各个指标层的所述指标值与对应的所述权重构建多维空间向量；

7、基于所述多维空间向量构成的状态空间中，设定韧性最差点和韧性发展最高点；

8、基于耕地系统的韧性实际发展轨迹、所述韧性最差点和所述韧性发展最高点得到韧性指数；

9、基于所述韧性指数，得到全部耕作年份两两配对下的耕地韧性指数对，并进行wilcoxon符号秩检验，得到目标区域的韧性关键阈值；

10、基于所述韧性关键阈值生成所述目标区域的治理策略。

11、优选的，所述韧性评价指标体系包括：显性韧性和隐性韧性；

12、所述显性韧性包括两个准则层：稳定产出能力和高效利用能力；

13、所述隐性韧性包括两个准则层：科学管理能力和资源支撑能力。

14、优选的，所述稳定产出能力包括多个指标层：土壤质地、有效土层厚度、ph值、有机质、复种指数、土壤盐渍化和产投比；

15、所述高效利用能力包括多个指标层：耕作便利度、田间道路通达度和耕地集中连片度；

16、所述科学管理能力包括多个指标层：农业科服人员投入、排水能力、灌溉能力和化肥施用量；

17、所述资源支撑能力包括多个指标层：田块大小、年极端低温和年均降雨量。

18、优选的，指标值和权重获取方法为：

19、基于所述韧性评价指标体系获取所述目标区域对应的各个所述指标层的相关数据；

20、基于所述相关数据中的所述土壤质地、所述有机质、所述ph值、所述有效土层厚度、所述灌溉能力、所述排水能力、所述土壤盐渍化、所述耕作便利度、所述田间道路通达度和所述田块大小参考《耕地质量调查监测评价规范》，并结合专家咨询采用0-100分打分法，得到上述各个指标层对应的所述指标值；

21、基于所述相关数据中的所述农业科服人员投入、所述年均降雨量、所述年极端低温、所述耕地集中连片度、所述化肥施用量、所述产投比和所述复种指数采用无量纲法，对各个指标层进行标准化处理，得到上述各个指标层对应的所述指标值；

22、基于综合经验及相关知识，采用层次分析法获取所述目标区域每个指标值对应的所述权重。

23、优选的，所述多维空间向量每个时刻的向量获取方法为：

24、基于所述指标值与对应的所述权重值相乘，得到指标加权值；

25、基于所有的所述指标加权值共同组成所述多维空间向量；

26、基于所述多维空间向量映射至抽象几何空间，耕地系统每个时刻的向量对应状态空间中的一个代表样点。

27、优选的，所述韧性指数获取方法为：

28、在所述状态空间中，基于所述韧性最差点作为起点与所述代表样点作为终点，连接得到的向量，作为韧性实际发展轨迹；

29、基于所述韧性实际发展轨迹的模作为韧性发展度；

30、在所述状态空间中，基于所述韧性最差点、所述韧性发展最高点和所述代表样点得到韧性协调度；

31、基于所述韧性发展度和所述韧性协调度，得到所述韧性指数。

32、优选的，所述韧性协调度获取方法为：

33、在所述状态空间中，基于所述韧性最差点作为起点与所述韧性发展最高点作为终点，连接得到的向量，作为最佳发展轨迹；

34、基于所述韧性最差点作为起点与所述代表样点作为终点，连接得到的向量，作为偏离轨迹；

35、基于所述偏离轨迹的模、所述最佳发展轨迹的模和所述韧性发展度，得到所述韧性协调度。

36、优选的，所述韧性关键阈值获取方法为：

37、基于目标区域筛选所有耕作时间年份样本进行两两配对，基于全部耕作年份配对的韧性指数，得到基于全部耕作年份的配对样本的韧性指数组合；

38、基于所述韧性指数组合对，采用于wilcoxon符号秩检验分析所述配对样本对所述韧性指数的非参数检验，得到p值；

39、基于所述p值识别得到跳跃关键点；

40、基于所述跳跃关键点对应的所述假设阈值，作为所述韧性关键阈值。

41、优选的，所述治理策略包括：

42、基于所述韧性关键阈值构建“垦区-片区-田块”三级阈值响应体系：

43、垦区尺度以第一韧性阈值为稳定耕地韧性修复周期、第二韧性阈值为新增耕地调控节点，实施刚性规划管制；片区尺度针对第三韧性阈值新增耕地、第四韧性阈值稳定耕地韧性敏感阶段，采取弹性调控策略；田块尺度建立韧性档案，推行精细化预警管控；

44、全周期韧性提升，围垦建设期引入韧性评估，优化土壤改良方案；耕作利用期建立“年度监测-五年评估-十年调整”动态管理机制；退化修复期分类实施修复措施，逐步恢复系统韧性。

45、第二方面，本发明实施例提供一种耕地系统韧性关键阈值的评估系统，用于执行如第一方面任一项所述的一种耕地系统韧性关键阈值的评估方法，包括：评价体系构建模块、目标数据获取模块、指标值转换模块、韧性指数获取模块、关键阈值获取模块和治理策略输出模块；

46、所述评价体系构建模块，用于构建耕地系统的韧性评价指标体系；

47、所述目标数据获取模块，用于选取目标区域并基于所述韧性评价指标体系获取各个指标层对应的指标值和权重；

48、所述指标值转换模块，用于根据各个指标层的所述指标值与对应的所述权重构建多维空间向量；

49、所述韧性指数获取模块，用于基于所述多维空间向量构成的状态空间中，设定韧性最差点和韧性发展最高点；基于耕地系统的韧性实际发展轨迹、所述韧性最差点和所述韧性发展最高点得到韧性指数；

50、所述关键阈值获取模块，用于基于所述韧性指数，得到全部耕作年份两两配对下的耕地韧性指数对，并进行wilcoxon符号秩检验，得到目标区域的韧性关键阈值；

51、所述治理策略输出模块，用于基于所述韧性关键阈值生成所述目标区域的治理策略。

52、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种耕地系统韧性关键阈值的评估方法及系统，具有以下有益效果：

53、1、本发明构建的耕地系统韧性评估指标体系具有一定的鲁棒性、透明度和适应性。构建的耕地系统韧性理论框架能够指导耕地系统韧性建模与评估，能较好地揭示围垦耕地系统韧性的演变规律，为围垦耕地保护和农业生产管理、粮食安全提供借鉴。

54、2、本发明方法揭示了围垦耕地系统韧性演变的阶段性阈值，为围垦耕地系统的适应性治理和差异化管控提供参考。对耕地系统韧性处于急剧下降阶段的耕地，新增耕地的关键阈值是耕作8a，8-16a，稳定耕地是5a，7a，7-16a；对高强度利用的围垦耕地，稳定耕地的关键阈值为耕作30-40a，新增耕地23-28a。