達(dá)茂旗草原資源現(xiàn)狀的遙感制圖分析＊

貢吉瑪，烏蘭吐雅，楊勝利，圖力古爾，何鳳艷

（內(nèi)蒙古草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

引言

開展草原動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是當(dāng)前草原保護(hù)建設(shè)的迫切需求。草地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是全球變化監(jiān)測(cè)的重要組成部分〔7〕。為了科學(xué)管理草原，國(guó)家新修訂的《中華人民共和國(guó)草原法》提出國(guó)家要建立草原調(diào)查制度、統(tǒng)計(jì)制度及建立草原生態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。定期開展草原資源與生態(tài)基況調(diào)查，建立具備資源評(píng)估、環(huán)境診斷、載畜量調(diào)控、自然災(zāi)情預(yù)報(bào)等方面的草原動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可為各級(jí)政府制定相應(yīng)的對(duì)策提供可靠依據(jù)〔9〕。因此，應(yīng)用3S技術(shù)與地面調(diào)查相結(jié)合的方法，內(nèi)蒙古草原勘察規(guī)劃院2001～2003年對(duì)達(dá)茂旗草原資源進(jìn)行了調(diào)查，建立了草原動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的本底數(shù)據(jù)，為政府和有關(guān)部門及時(shí)準(zhǔn)確的了解草原現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化提供基礎(chǔ)服務(wù)，對(duì)于草原的科學(xué)管理及可持續(xù)利用有著深遠(yuǎn)的意義〔15－16〕。

1 研究區(qū)社會(huì)自然概括

達(dá)茂聯(lián)合旗是一個(gè)以蒙古族為主體、多民族聚居的邊境牧業(yè)旗，是自治區(qū)23個(gè)牧業(yè)旗及19個(gè)沿邊旗（縣）之一，是內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市下轄的一個(gè)旗。面積17 410平方千米，人口11萬(wàn)。位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，陰山北麓的烏蘭察布高平原。國(guó)境線在本旗綿延88.6km。行政區(qū)劃下轄1個(gè)鎮(zhèn)、11個(gè)蘇木、9個(gè)鄉(xiāng)、2個(gè)牧場(chǎng)，95個(gè)嘎查、行政村。旗人民政府駐百靈廟鎮(zhèn)；該旗原為烏蘭察布盟，在1996年5月18日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)將達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗劃歸包頭市管轄。見(jiàn)圖1 達(dá)茂旗行政分布圖

圖1 達(dá)茂旗行政分布圖

地形為低山丘陵及盆地屬構(gòu)造剝蝕地形，平均海拔1 376m，系內(nèi)蒙古高原與陰山山脈的過(guò)渡地帶。深居內(nèi)陸，屬溫帶大陸性干旱氣候。全旗平均氣溫3.4℃，年最多降水量400.3mm，季節(jié)分配和年際變化懸殊。干旱、大風(fēng)、霜凍、白災(zāi)和冰雹是最大的危害。水資源主要來(lái)源于大氣降水，地表水主要是大氣降水，地下水總體循環(huán)處于陰山北麓的內(nèi)陸徑流系統(tǒng)中，地下水總的狀況是南部較北部豐富。主體土類是栗鈣土和棕鈣土，地帶性草原為溫性典型草原、荒漠草原、草原化荒漠，其中荒漠草原占主體地位。

2 研究方法與過(guò)程

該研究采用3S技術(shù)手段，以ETM遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主要信息源，結(jié)合地面采集數(shù)據(jù)和歷史資料的調(diào)查與監(jiān)測(cè)方法。采用A1bers Equal Area，在同一個(gè)軟件界面中疊加影像、野外樣地資料、行政界線，根據(jù)所建立的遙感解譯標(biāo)志進(jìn)行判讀，人機(jī)交互式屏幕識(shí)別，鼠標(biāo)勾繪草原類型圖斑，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，獲得草原類，亞類現(xiàn)狀分布圖及其面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并與矢量化的80年代草原資源類型分布圖復(fù)合，分析影響草原資源時(shí)空分布的主要因素。

2.1 計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)配置

依靠高性能計(jì)算機(jī)作為圖像判讀系統(tǒng)的硬件。使用的計(jì)算機(jī)配置為：內(nèi)存：256兆以上、硬盤：40G、驅(qū)動(dòng)器：顯示分辨率：800×600顏色分辨率：24位或32K真彩色

遙感處理的應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用ENVI、ERDAS系統(tǒng)軟件；草原類型判讀使用ArcView和ArcGIS等軟件，進(jìn)行人機(jī)交互判讀分析、勾繪圖斑等圖形編輯。這些軟件具有同時(shí)管理柵格圖像與矢量圖形的綜合功能，具有多種數(shù)據(jù)格式的交換功能，可方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

2.2 信息源收集

利用中科院提供的1999～2000年陸地資源衛(wèi)星（Lansat）TM，分辨率為30m；時(shí)值植物生長(zhǎng)旺季，7～9月份為主。又購(gòu)置了2002年Lansat ETM，15m分辨率。從我單位收集了80年代MSS衛(wèi)片，分辨率為80m。2001～2003年MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過(guò)與中科院合作項(xiàng)目獲取。

收集有國(guó)家測(cè)繪局出版的1∶25萬(wàn)比例尺地形圖；80年代比例尺為1∶100萬(wàn)《內(nèi)蒙古草地資源類型圖》，本旗1∶50萬(wàn)草原資源類型圖及其矢量化電子地圖，草原畜牧業(yè)相關(guān)的調(diào)查報(bào)告和資料等。土地利用數(shù)據(jù)：采用中國(guó)科學(xué)院提供的1999～2000年全區(qū)土地利用遙感調(diào)查的矢量圖形數(shù)據(jù)。電子版1∶10萬(wàn)帶有等高線，水域，道路，居民用地等信息的GIS地理底庫(kù)。行政區(qū)劃界線：采用本旗草原部門提供的以鄉(xiāng)級(jí)為單位的行政區(qū)劃界線電子地圖。

2.3 野外數(shù)據(jù)采集

野外調(diào)查主要采用路線調(diào)查和典型區(qū)域調(diào)查結(jié)合的方法進(jìn)行，用GPS定位，共做40個(gè)樣地及10～15個(gè)觀察定位樣地。在一個(gè)樣地中，根據(jù)草原植被群落分布的均勻性確定各種樣方的數(shù)量，在均勻一致的草原類型中用作定性分析時(shí)，布設(shè)1個(gè)描述樣方，產(chǎn)量測(cè)定樣方3個(gè)，群落特征變異較大的類型增加樣方個(gè)數(shù)。頻度樣方10個(gè)，高大草本和灌木樣方布設(shè)1個(gè)大樣方（50M2～100M2）。

地面數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容，包括植被種類組成，草群高度、蓋度、地上生物量、可食牧草產(chǎn)量；同時(shí)對(duì)樣地樣方周圍環(huán)境，如草原利用現(xiàn)狀、利用強(qiáng)度、建設(shè)情況等進(jìn)行記錄。根據(jù)TM遙感影像的特征、地形圖，選取有代表性的典型樣地做解譯標(biāo)志的依據(jù)。

2.4 確定草地分類系統(tǒng)

根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)第3次草原調(diào)查使用的草地類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合大量野外實(shí)地調(diào)查樣地資料，建立了達(dá)茂旗草原類型系統(tǒng)。本次研究將草地劃分到亞類。本次將達(dá)茂旗草地劃分為4類，7個(gè)亞類。圖斑編碼是根據(jù)第2次全國(guó)草地遙感速查要求，采用5位數(shù)據(jù)編碼，見(jiàn)表1。

表1 達(dá)茂旗草原分類系統(tǒng)及編碼表

2.5 遙感解譯制圖與統(tǒng)計(jì)匯總

遙感圖像處理包括幾何處理和增強(qiáng)處理。幾何處理是將有某些變形誤差的遙感圖像納入某種地圖投影，進(jìn)行準(zhǔn)確定位，較正誤差小于2個(gè)像元。圖像的增強(qiáng)處理是改善遙感圖像目視判讀的視覺(jué)效果，以提高目視判讀能力。格式為Erdas的Image數(shù)據(jù)。

將處理好的遙感圖像和達(dá)茂旗鄉(xiāng)級(jí)界線行政圖調(diào)進(jìn)ArcView軟件環(huán)境中，參考80年代草原類型圖，土地利用現(xiàn)狀圖、地貌圖、其它環(huán)境資料以及各類統(tǒng)計(jì)資料等，進(jìn)行綜合判斷，找出地物與遙感圖像的相應(yīng)關(guān)系，建立草原類型判讀的解譯標(biāo)志。根據(jù)解譯標(biāo)志屏幕目視判讀遙感圖像的各種地物，提取草原類型的信息，勾繪草原與非草原的界線、草原亞類界線，為制作草原類型圖和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。

在地理信息系統(tǒng)的支持下，依據(jù)遙感影像特征，人機(jī)交互式判讀完成全旗、鄉(xiāng)級(jí)草原類、亞類分布圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)行草原面積及草原類、亞類面積統(tǒng)計(jì)匯總。統(tǒng)計(jì)匯總軟件在Excel軟件中進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 草原資源面積分布狀況

依據(jù)15m分辨率的ETM圖像，參考?xì)v史的草原資源類型圖等專業(yè)圖件和地形圖，制作了達(dá)茂旗草原各大類圖和草原亞類分布圖，見(jiàn)圖2 達(dá)茂旗草原大類分布圖、達(dá)茂旗草原亞類分布圖。

圖2 達(dá)茂旗草原亞類分布圖

通過(guò)本次草原資源遙感監(jiān)測(cè)，達(dá)茂旗全旗草地劃分為4大類，7個(gè)亞類。達(dá)茂旗天然草地總面積155.14萬(wàn)hm2，占全旗總土地面積的85.35%；其中可利用草地面積139.63萬(wàn)hm2，占全旗草地總面積的90%。草原大類從南向北依次分布溫性典型草原、溫性荒漠草原和草原化荒漠3個(gè)自然植被地帶，面積是146.27萬(wàn)hm2，占全旗草原總面積的94%；非地帶性植被低平地草甸類廣泛分布于各類之中，面積8.85萬(wàn)hm2，占全旗草原總面積的5.7%。地帶性植被荒漠草原面積最大85.21萬(wàn)hm2，形成本旗的主體草場(chǎng)；其次典型草原面積為39.73萬(wàn)hm2，低平地草甸草原面積分布最小，面積是8.85萬(wàn)hm2。達(dá)茂旗草原大類排序柱圖（見(jiàn)柱圖a）達(dá)茂旗草原大類排序表（見(jiàn)圖3）。

柱圖a 達(dá)茂旗草原大類排序柱圖

3.2 草原資源面積分布動(dòng)態(tài)

本次草原資源監(jiān)測(cè)與上世紀(jì)80年代草地資源調(diào)查結(jié)果相比，20年間達(dá)茂旗天然草地總面積減少了10.60萬(wàn)hm2，而可利用天然草地面積減少了11.16萬(wàn)hm2。從圖5明顯看出，草原面積減少最多的是典型草原，2003年比80年代草原面積減少8.4萬(wàn)hm2；其次是溫性荒漠草原面積減少34.22萬(wàn)畝，溫性草原化荒漠面積變化較少，減少的草原面積是0.98萬(wàn)hm2；低平地草甸類面積比80年代增加了0.99萬(wàn)hm2。2003年與80年代草原類面積比較柱圖（見(jiàn)圖3）、達(dá)茂旗草原類、亞類面積動(dòng)態(tài)分析表（見(jiàn)圖4）。

圖3 2003年與80年代草原類面積比較

3.3 草原資源面積變化的原因

全旗草原面積本次比80年代是減少的趨勢(shì)。草原面積減少的主要原因：首先是大面積草原被開墾為農(nóng)田，這類草原分布在本旗南部靠近農(nóng)區(qū)附近，它的土壤基質(zhì)較好；另外，城鎮(zhèn)、居民地、礦區(qū)及交通道路的擴(kuò)建等，使草原面積減少較多。

各類草地面積減少原因與其所處地理位置以及在達(dá)茂旗農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中作用是分不開的。典型草原面積地處達(dá)茂旗南部，水土條件相對(duì)較好，又靠近農(nóng)區(qū)，隨著人口增加，人需耕地面積的增加，它逐步被開墾為農(nóng)田，成為非草地。而荒漠草原類地處達(dá)茂旗中部，是全旗主要放牧場(chǎng)，隨著人口牲畜頭數(shù)的增加，各種居民點(diǎn)、道路等人、牲畜活動(dòng)必備的場(chǎng)所的修建，使其面積逐年遞減。溫性草原化荒漠類，位于達(dá)茂旗北部邊境地區(qū)，人口和牲畜頭數(shù)有所增加，但數(shù)量遠(yuǎn)不及中部地區(qū)，各類占地相對(duì)較少，故面積減少較少。

結(jié)論：

以遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主要信息源，結(jié)合地面采集數(shù)據(jù)和歷史資料的監(jiān)測(cè)方法，分析了達(dá)茂旗草地資源面積現(xiàn)狀及變化狀況。該區(qū)草原類型劃分為4類，7個(gè)亞類。本旗天然草原面積155.14萬(wàn)hm2，占全旗總土地面積的85.35%；其中可利用草地面積139.63萬(wàn)hm2，占全旗草地總面積的90%。達(dá)茂旗草原20年間占優(yōu)勢(shì)的草原類型一直是荒漠草原，占全旗草地總面積的54.93%。草原面積減少原因?yàn)橥寥阑|(zhì)較好草原被開墾為農(nóng)田，城鎮(zhèn)、居民地、礦區(qū)及交通道路的擴(kuò)建等，使草原面積減少較多。

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