3S技術(shù)與地面調(diào)查相結(jié)合的涼州區(qū)草地資源現(xiàn)狀及生產(chǎn)力評價

楊俊基,俞聯(lián)平,李 昀,李新媛,陳興榮,強文軍,李金山

(1.甘肅省草原技術(shù)推廣總站,蘭州 730010;2.甘肅省涼州區(qū)草原站)

涼州區(qū)位于甘肅省河西走廊東端,祁連山北麓的溫帶大陸性干旱氣候區(qū),全區(qū)國土面積49.07萬hm2,其中耕地 22.59萬 hm2,境內(nèi)騰格里沙漠面積達(dá)14.66萬hm2,各類草場面積僅11.23萬hm2,主要分布在祁連山沿山區(qū),占全區(qū)國土面積22.89%。近年來,持續(xù)干旱的氣候條件,加之超載過牧導(dǎo)致有限草地資源進一步退化,給武威綠洲灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展及石羊河流域水源補給造成了潛在的威脅。

為提高涼州區(qū)天然草原資源利用、管理、保護、建設(shè)等決策的科學(xué)性與可靠性,需要對現(xiàn)有草地資源數(shù)量、質(zhì)量、分布、生產(chǎn)能力等現(xiàn)狀重新評價。

然而目前草地資源監(jiān)測大都沿用傳統(tǒng)的地面測產(chǎn)方法,需要專業(yè)技術(shù)人員進行長期的地面調(diào)查,測定周期長,費用高,不能及時反映大面積草地資源及生產(chǎn)力變化的狀況。近年來,隨著遙感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)的一體化發(fā)展,為在時空上進行快速、精確、大尺度草地資源信息采集、定位、分析提供了技術(shù)支持[1-7]。

本研究充分利用遙感信息(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)的一體化集成技術(shù),以陸地衛(wèi)星的TM影像為數(shù)據(jù)源,在典型區(qū)調(diào)查和路線調(diào)查的基礎(chǔ)上,結(jié)合相關(guān)專業(yè)圖件和知識,對涼州區(qū)草原資源現(xiàn)狀及其生產(chǎn)力進行了評價,為涼州區(qū)草原資源的保護、建設(shè)和合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

涼州區(qū)位于河西走廊東端,祁連山北麓,地處東經(jīng)102°05′20″～ 103°23′20″,北緯 37°23′20″～ 38°12′30″,年日照時數(shù)2 968 h,年均氣溫8℃,無霜期150 d,降水量101.6mm,蒸發(fā)量1 981.1mm,屬典型的干旱大陸型氣候區(qū)?，F(xiàn)有各類草場11.23萬hm2,耕地22.59萬hm2,境內(nèi)騰格里沙漠面積達(dá)14.66萬hm2,草場面積僅占全區(qū)國土面積(49.07萬hm2)的22.89%。

2 數(shù)據(jù)源及研究方法

2.2 草原類型劃分 采用與20世紀(jì)80年代全國首次草原資源調(diào)查相同的草原屬性界定標(biāo)準(zhǔn)和草原分類系統(tǒng)《中國草原類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)和中國草原類型分類系統(tǒng)》[8]。

2.3 研究方法

2.3.1 遙感影像處理及分類

2.3.1.1 影像糾正 以涼州區(qū)已定義地理標(biāo)志的遙感影像為參照,采用多項式幾何校正模型(Polynomial)對所選定的TM影像進行幾何糾正。采用T ransverse Mercator投影,Krasovsky橢球體[9-10]。

2.3.1.2 影像分類、判譯及草原類型劃分 在目視判讀的基礎(chǔ)上,根據(jù)實地采樣并結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖、20世紀(jì)80年代草原類型圖等選取訓(xùn)練樣本,采用最大似然法進行監(jiān)督分類[9-10]。在此基礎(chǔ)上,進一步根據(jù)植被的水平分布和垂直地帶分布特點,在GIS環(huán)境下結(jié)合坡度、坡向和高程等數(shù)據(jù),采用人機交互的方式對分類結(jié)果進行修正,提高分類精度[11-13]。

分類結(jié)果采用驗證樣本進行精度驗證,符合分類精度要求。

2.3.2 植被指數(shù)提取及草地產(chǎn)草量估算 利用ERDAS軟件從Landsat TM 第3、4波段提取DNVI數(shù)據(jù),并根據(jù)天然草原鮮草產(chǎn)量的實測值,結(jié)合相應(yīng)點NDVI采用值建立估產(chǎn)模型,估測涼州區(qū)天然草原產(chǎn)草量并計算其載畜能力[1,3,13-16]。

1)歸一化植被指數(shù)計算公式:

在審美如何通達(dá)政治方面，西方馬克思主義代表人物雅克·朗西埃的著作《美感論》中探討了十四個事件，如對溫克爾曼筆下赫拉克勒斯殘軀的分析，“《殘軀》的外表讓我們看出，它既像是在對自己這幅英雄軀體完成的偉業(yè)作著回想，又像是在波浪一般的起伏漲落中對一切已經(jīng)無動于衷，這座雕像上已經(jīng)有了改換不停的各種身體，它就像是這樣把多重外表融為一層，把多個身體化作一個，是這樣而來的緊張狀態(tài)讓它產(chǎn)生了美”[3]19。朗西埃由赫拉克勒斯殘軀的外在形式，看到這一雕像的極致之美，及其背后藝術(shù)審美體制的歷史變遷。

其中:ρnir為紅外光波段反射率,ρred為紅光波段反射率。

2)草原可食鮮草產(chǎn)量計算公式如下:

3)草原載畜量計算公式:

每羊單位日采食量按4 kg鮮草計算;

3 結(jié)果與分析

3.1 草原資源 在遙感判讀的基礎(chǔ)上,結(jié)合相關(guān)的專業(yè)知識及外業(yè)調(diào)查資料,將涼州區(qū)天然草原劃分為5個草原類(5個亞類)。

涼州區(qū)有天然草原11.23萬hm2,占全區(qū)國土面積(49.07萬hm2)的22.89%,其中可利用面積9.75萬hm2,占全區(qū)國土面積的 19.87%,草原面積的86.82%。涼州區(qū)草原資源及生產(chǎn)力統(tǒng)計見表1。

從表1可看出,涼州區(qū)天然草原以山地丘陵溫性草原為主,有草原面積6.80萬hm2,其中可利用草原面積6.03萬hm2,占全區(qū)草原面積的60.55%,可利用草原面積的61.90%;其次為淺山平原溫性荒漠化草原,草原面積和可利用草原面積分別為2.11萬hm2和1.76萬hm2,分別占全區(qū)草原面積的18.83%,可利用草原面積的18.07%;涼州區(qū)有礫石質(zhì)溫性荒漠草原1.63萬hm2,其中可利用草原面積1.31萬hm2,分別占全區(qū)草原面積的14.53%,可利用草原面積的13.40%;境內(nèi)分別有0.28萬hm2的亞高山草甸和0.40萬hm2的低平地鹽化草甸,可利用草原面積分別為0.26萬hm2和0.38萬hm2,分別占全區(qū)草原面積的2.50%和3.59%,可利用草原面積的2.70%和3.94%。

表1 涼州區(qū)草原資源及生產(chǎn)力統(tǒng)計表

與上世紀(jì)80年代相比,涼州區(qū)耕地面積增加了0.12萬hm2(除劃歸肅南縣的祁連鄉(xiāng)和旦瑪鄉(xiāng)),新增耕地主要分布在九敦鄉(xiāng)、長城鄉(xiāng)、下雙鄉(xiāng)、清源鎮(zhèn)和發(fā)放鎮(zhèn) ,分別有 7 085 hm2、7 185 hm2、1 370 hm2、1 419 hm2和781 hm2,均來源于開耕騰格里沙漠邊緣的荒漠草地和沙產(chǎn)業(yè)開發(fā)。張義鎮(zhèn)期間開耕的山坡地,近幾年因移民搬遷和退耕還草等,大部分已恢復(fù)為草地。全區(qū)天然草地面積總體變化不大,約減少0.6萬hm2。

3.2 天然草原產(chǎn)草量及載畜能力評價 利用固定樣地、路線調(diào)查定位點草原鮮草產(chǎn)量的實測數(shù)據(jù),結(jié)合相應(yīng)點NDVI值,建立了涼州區(qū)草原產(chǎn)草量估產(chǎn)的指數(shù)模型(y=0.052e0.036x,R2=0.502),經(jīng)實測值與相應(yīng)點NDVI值的相關(guān)分析,二者之間存在正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r=0.71,P＜0.01)。涼州區(qū)各類型草原可食鮮草產(chǎn)量及其載畜能力見表1。

由表1可知,涼州區(qū)天然草原以亞高山草甸草場每公頃可食鮮草產(chǎn)量最高,為1 451.86 kg,但由于其面積較小(僅0.26萬hm2),僅提供1 568個羊單位的載畜能力;其次為山地丘陵溫性草原,是涼州區(qū)面積最大的天然草地,每公頃可食鮮草產(chǎn)量1 033.20 kg,每羊單位所需草原面積2.83 hm2,提供2.13萬羊單位的承載能力;溫性荒漠化草原每公頃可食鮮草產(chǎn)量為966.66 kg,每羊單位所需草原面積3.78 hm2,提供4 665個羊單位的載畜能力;溫性荒漠類草原每公頃可食鮮草產(chǎn)量 784.71kg,每羊單位所需草原面積5.81 hm2,提供約2 245個羊單位的載畜能力;低平地鹽化草甸每公頃可食鮮草產(chǎn)量854.01kg,每羊單位所需草原面積3.11 hm2,適宜載畜能力為1 234個羊單位。

經(jīng)估算,全區(qū)各類草原總可食鮮草產(chǎn)量9.67萬t,按天然草原合理載畜量的計算方法(中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))[14]推算,涼州區(qū)理論載畜量為3.10萬個羊單位。

上世紀(jì)80年代涼州區(qū)天然草地平均每2.02 hm2飼養(yǎng)1個羊單位,全縣理論載畜量5.213萬羊單位,目前天然草地理論載畜量3.10萬羊單位,平均每3.62 hm2飼養(yǎng)1個羊單位,與20年前相比草地承載能力降低了44.20%。

3.3 草原利用現(xiàn)狀 2008年全縣青干草產(chǎn)量0.85萬t,可用于反芻家畜飼養(yǎng)業(yè)的農(nóng)作物秸稈100.80萬t,二者提供154.72萬羊單位的飼草用量。當(dāng)年全區(qū)牛、馬、驢、騾、駝和羊存欄折合168.26萬個羊單位,尚有13.54萬羊單位牛羊依賴于天然草場放牧,與全區(qū)草原理論載畜量3.11萬個羊單位相比,超載10.43萬個羊單位,超載336.07%。由于超載過牧,已導(dǎo)致涼州區(qū)西部祁連山沿山區(qū)部分溫性草原草場嚴(yán)重退化,可食牧草種類和數(shù)量明顯減少而醉馬草泛濫。

4 結(jié) 論

4.1 涼州區(qū)天然草原主要包括5個草原類(5個亞類)。全區(qū)有天然草原11.23萬hm2(可利用面積9.75萬hm2),其中山地丘陵溫性草原占60.55%,淺山平原溫性荒漠化草原占18.83%,礫石質(zhì)溫性荒漠草原占14.53%,亞高山草甸和低平地鹽化草甸分別占2.50%和3.59%。

4.2 涼州區(qū)天然草原以亞高山草甸草場每公頃可食鮮草產(chǎn)量最高,為1 451.86 kg,其次為山地丘陵溫性草原,為1 033.20 kg,以溫性荒漠類草原最低,平均784.71 kg,溫性荒漠化草原和低平地鹽化草甸分別為966.66kg和854.01 kg。

4.3 全縣各類草原適宜載畜能力(理論載畜量)為3.10萬個羊單位,實際放牧家畜13.54萬羊單位,超載336.07%,已造成涼州區(qū)西部祁連山沿山區(qū)部分溫性草原草場的嚴(yán)重退化。

4.4 與上世紀(jì)80年代相比涼州區(qū)天然草地面積因開耕而減少了 0.60萬 hm2,天然草地承載力降低了44.20%,由20年前的每2.02hm2飼養(yǎng)1個羊單位變?yōu)楝F(xiàn)在的3.62 hm2飼養(yǎng)1個羊單位。

[1]王兮之,杜國楨,梁天剛,等.基于 RS和GIS的甘南草原生產(chǎn)力估測模型構(gòu)建及其降水量空間分布模式的確立[J].草業(yè)學(xué)報,2001,10(2):95-102.

[2]李建龍,蔣平,徐雨清.利用遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測天山草原與農(nóng)業(yè)資源研究[J].蘭州大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,1998,34(3):110-116.

[3]李建龍,蔣平,戴若蘭.RS,GPS和GIS集成系統(tǒng)在新疆北部天然草原估產(chǎn)技術(shù)中的應(yīng)用進展[J].生態(tài)學(xué)報,1998,l18(5):505-510.

[4]蘇大學(xué),劉建華,鐘華平,等.中國草原資源遙感快查技術(shù)方法的研究[J].草原學(xué)報,2005,13(增刊):4-9.

[5]陳全功,衛(wèi)亞星,梁天剛.青海省達(dá)日縣退化草原研究[J].草業(yè)學(xué)報,1998,7(2):58-63.

[6]韓蘭英,陳全功,韓濤,等.基于3S技術(shù)的棉花面積估測方法研究[J].干旱區(qū)研究,2008(2):207-211.

[7]魏偉,趙軍,王旭峰.天祝高寒草原區(qū) NDVI,DEM與地表覆蓋的空間關(guān)系[J].干旱區(qū)研究,2008(3):394-401.

[8]甘肅省草原總站.甘肅草原資源[M].蘭州:甘肅科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[9]李小娟,宮兆寧,劉曉萌,等.ENVI遙感影像處理教程[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

[10]趙文吉,段福州,劉曉萌,等.ENVI遙感影像處理專題與實踐[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

[11]董永平,吳新宏,戎郁萍.草原遙感監(jiān)測技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[12]黨安榮,賈海峰,易善楨,等.Arcgis 8 Desktop地理信息系統(tǒng)應(yīng)用指南[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[13]俞聯(lián)平,程文定,陳興榮,等.基于3S技術(shù)的甘肅省甘州區(qū)草原資源評價[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2008,29(6):9-15.

[14]蘇大學(xué),孟有達(dá),武保國,等.天然草原合理載畜量的計算[S].中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T635—2002),2002.

[15]羅亞,徐建華,岳文澤.基于遙感影像的植被指數(shù)研究方法述評[J].生態(tài)科學(xué),2005,24(1):75-79.

[16]劉定祥,邱元明.草地適度載畜量[J].中國草食動物,1999,19(2):12-13.