錫林郭勒典型草原草地生物量動態(tài)監(jiān)測研究＊

蘇日娜，金 花，蒙 榮

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

1 引言

草原是地球上分布最廣泛的植被類型之一，它在全球碳循環(huán)和初級生產(chǎn)力研究中起著至關(guān)重要的作用〔1〕。錫林郭勒草原是歐亞草原的重要組成部分，也是優(yōu)良的天然放牧區(qū)，是自然生態(tài)平衡不可缺少的重要組成部分。同時，它也是比較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，深受氣候變化和人為活動的影響，常處于波動的變化之中。隨著人口數(shù)量的增加、人類經(jīng)營活動的加大以及全球氣候的變化，草原資源在質(zhì)和量上都出現(xiàn)了明顯的變化。

草原地上生物量是判斷草原生態(tài)系統(tǒng)是否健康的重要依據(jù)之一。是生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征，代表著草原第一性生產(chǎn)力的基本水平，也在很大程度上決定了草原的生態(tài)狀況，對草原自我調(diào)節(jié)能力有很大的影響〔2〕。近年來，人們在研究和實踐中，開始探索利用衛(wèi)星遙感和地面實測相結(jié)合的方法，分析草地生物量，已經(jīng)取得了不少成果。準確及時地獲取牧草產(chǎn)量及其時間、空間變化的特征是實現(xiàn)合理、高效、持續(xù)利用草地資源的關(guān)鍵，也是保護和管理草原的重要依據(jù)。自2000年實施津京風(fēng)沙源治理工程及西部大開發(fā)的實施，為內(nèi)蒙古草原生態(tài)的恢復(fù)奠定了基礎(chǔ)，獲得了可喜的社會經(jīng)濟效益。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林浩特 市 典 型 草 原。 北 緯 43°02′—44°52′，東 經(jīng)115°13′—117°06′。東鄰西烏珠穆沁旗，西依阿巴嘎旗，南與正藍旗相連，東南與赤峰市克什克騰旗接壤，北同東烏珠穆沁旗為鄰。市境南北長208km，東西長143km?？偯娣e15 758km2，錫林浩特地區(qū)屬中溫帶干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候，特點是風(fēng)大、少雨、寒冷。年平均溫度0～3℃，年平均風(fēng)速4～5m／s。年降水量200～350mm，蒸發(fā)量1 500～2 600mm。年日照時數(shù)為2 700～3 200h，日照率64%～73%，平均無霜期100～120d。

2.2 地面數(shù)據(jù)的采集

地面數(shù)據(jù)來自兩個部分，一部分在錫林浩特典型草原選取34個樣地，隨機采樣；另一部分為內(nèi)蒙古草原植被動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.2.1 采樣方法

野外調(diào)查主要集中在2009～2010年牧草生長季，6～8月期間，根據(jù)草原類型的空間分布特點和面積大小，在錫林浩特周邊蘇木選取34個樣地，1個樣方重復(fù)3次。樣地設(shè)置主要選擇在草地植被空間分布比較均一，可以代表較大范圍的典型地段。利用GPS測定樣方的經(jīng)緯度和海拔，同時在樣方內(nèi)采用常規(guī)植被調(diào)查法測定植被蓋度、草層平均高度、植物種數(shù)、群落組成及優(yōu)勢物種名稱、總產(chǎn)草量等指標(biāo)。

2.3 MODIS數(shù)據(jù)

2.3.1 MODIS數(shù)據(jù)預(yù)處理

MODIS數(shù)據(jù)的采集與地面測產(chǎn)同步進行，利用中科院地理科學(xué)與資源研究所全球變化信息研究中心接收的MODIS數(shù)據(jù)，經(jīng)輻射糾正和地理糾正生成標(biāo)準的MODIS 1B數(shù)據(jù)。對MODIS lB數(shù)據(jù)進行B0WTIE處理、大氣校正和幾何精校正，圖像中心星下點校正誤差小于0.1個像元，邊緣小于0.3個像元（每個像元為250m×250m），圖像幾何精度能較好地滿足分析要求。

2.3.2 MODIS—NDVI的計算

按照MODIS—NDVI計算原理，選取MODIS的1，2通道，即紅波段（RED，波長為620～670 nm）、近紅外波段（NIR，波長為841～876nm），采用 以 下 公 式：NDVI＝ （NIR—RED）／（NIR＋RED），計算并提取出相應(yīng)時間、相應(yīng)樣地的NDVI值，并與野外地面測產(chǎn)數(shù)據(jù)相對應(yīng)。2.3.3 數(shù)據(jù)處理軟件：ARCGIS－9.3；ERDAS－9.1

2.4 錫林郭勒典型草原草地生物量估產(chǎn)模型的建立

利用NDVI與草產(chǎn)量的關(guān)系建立MODIS—NDVI與草產(chǎn)量關(guān)系模型，并比較分析錫林郭勒典型草原2000年、2005年、2010年平均草產(chǎn)量。

3 錫林郭勒典型草原草地生物量估產(chǎn)模型的建立及動態(tài)變化

3.1 錫林郭勒典型草原草地生物量估產(chǎn)模型

研究區(qū)位于錫林郭勒盟錫林浩特市典型草原，利用NDVI與草產(chǎn)量的關(guān)系建立估產(chǎn)模型是比較切實可行的。采用植被指數(shù)對草地草產(chǎn)量估產(chǎn)模型是比較成熟、應(yīng)用廣泛的指數(shù)模型。錫林郭勒典型草原草地建模所采用的數(shù)據(jù)是34個樣地生長期內(nèi)（6～8月）的地面測產(chǎn)數(shù)據(jù)和內(nèi)蒙古草原植被動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。圖1為錫林郭勒典型草原的MODIS—NDVI估產(chǎn)曲線圖。

如圖1所示：自變量（x）為 MODIS—NDVI，因變量（y）為草產(chǎn)量鮮質(zhì)量。由圖可知：錫林郭勒典型草地的MODIS—NDVI與草產(chǎn)量相關(guān)模型，反映了草地MODIS—NDVI和草產(chǎn)量的密切相關(guān)性，相關(guān)指數(shù)R2也達到較高水平，R達0.84，說明模型有較好的擬合效果。

圖1 MODIS－NDVI

3.2 錫林郭勒典型草原草地生物量變化動態(tài)比較

在西部大開發(fā)及京津風(fēng)沙源治理工程建設(shè)的10年，錫林郭勒典型草原，整體出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。利用ERDAS軟件，分別生成基于草地植被指靈敏NDVI的2000年、2005的、2010年的草地植被產(chǎn)量空間變化圖（見圖2、圖3、圖4）。由此分析出，自2000年以來錫林郭勒典型草原草地植被恢復(fù)情況比較明顯。

圖2 錫林浩特2000年

圖3 錫林浩特2005年

圖4 錫林浩特2010年

4 結(jié)論

4.1 通過NDVI指數(shù)建立了錫林浩特典型草原草地生物量模型：Y＝82.987e0.0002xR2＝0.7044，達到較好的擬合效果，說明利用MODIS高時間空間分辨率遙感數(shù)據(jù)實施監(jiān)測草地生物量變化是可行的。

4.2 錫林郭勒典型草原草產(chǎn)量均有提高，植物群落朝著趨于穩(wěn)定的方向發(fā)展。2005年錫林郭勒典型草原平均產(chǎn)量比2000年增加了366kg／hm2，提高了24.2%；2010年錫林郭勒典型草原平均產(chǎn)量比2005年增加了299kg／hm2，提高了15.9%。

4.3 通過監(jiān)測顯示，西部大開發(fā)及京津風(fēng)沙源治理工程建設(shè)的10年間，錫林郭勒典型草原植被恢復(fù)情況比較明顯。

〔1〕史培軍，李博，李忠厚，湖濤 .大面積草地遙感估產(chǎn)技術(shù)研究——以內(nèi)蒙古錫林郭勒草原估產(chǎn)為例 .草地學(xué)報，1994，1.

〔2〕韓彬，樊江文，鐘華平 .內(nèi)蒙古草地樣帶植物群落生物量的梯度研究〔J〕.植物生態(tài)學(xué)報，2006，30（4）：553－562.

〔3〕呂新龍，呼倫貝爾地區(qū)草甸草原初級生產(chǎn)力動態(tài)研究〔J〕.中國草地，1994，（4）：9－11.

〔4〕王正興，瀏闖，趙冰茹，等 .利用 MODIS增強型植被指數(shù)反演草地地上生物量〔J〕.蘭州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，41（2）：10－16.

〔5〕中國科學(xué)院內(nèi)蒙寧夏綜合考察隊 .內(nèi)蒙古自治區(qū)及東北西部地區(qū)地貌〔M〕.北京：科學(xué)出版社，1980.

〔6〕陳述彭 .自然環(huán)境變遷的遙感監(jiān)測與預(yù)報〔J〕.地學(xué)的探索，1990，124－129.

〔7〕李建龍，戴若蘭，任繼周 .遙感技術(shù)在新疆阜康縣草地估產(chǎn)中的應(yīng)用研究〔J〕.1998，（1）：11－14.

〔8〕李建龍，等 .利用遙感環(huán)境資料進行草原大面積估產(chǎn)研究〔J〕.草業(yè)科學(xué)，1996，2：14－20.

〔9〕裴浩，敖艷紅 .草地植被監(jiān)測中背景影響的訂正〔J〕.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，1998，No.5.

〔10〕裴浩，范一大 .新的植被指數(shù)的探討〔J〕.內(nèi)蒙古氣象，1993，No.5.