阿爾金山草地鼠害發(fā)生區(qū)及鼠荒地面積遙感估算

李培先 ,鄭江華,3,倪亦非 ,吳建國(guó) ,吾買(mǎi)爾·吾守 ,艾合買(mǎi)江·阿吉 ,那松曹克圖

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046； 2.新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；3.綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046； 4.新疆維吾爾自治區(qū)治蝗滅鼠指揮部辦公室，烏魯木齊 830001；5.新疆巴音郭楞蒙古自治州草原工作站，新疆庫(kù)爾勒 841000)

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阿爾金山草地鼠害發(fā)生區(qū)及鼠荒地面積遙感估算

李培先1,2,鄭江華1,2,3,倪亦非4,吳建國(guó)4,吾買(mǎi)爾·吾守5,艾合買(mǎi)江·阿吉5,那松曹克圖5

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046； 2.新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；3.綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046； 4.新疆維吾爾自治區(qū)治蝗滅鼠指揮部辦公室，烏魯木齊 830001；5.新疆巴音郭楞蒙古自治州草原工作站，新疆庫(kù)爾勒 841000)

【目的】運(yùn)用“3S”技術(shù)對(duì)阿爾金山草地鼠害發(fā)生區(qū)和鼠荒地進(jìn)行監(jiān)測(cè)和解譯，獲得鼠害發(fā)生面積和分布，為研究區(qū)鼠害蔓延的防治及鼠荒地的治理提供參考。【方法】研究區(qū)Landsat8遙感影像，采用最大似然監(jiān)督分類(lèi)方法，初步分出鼠害發(fā)生區(qū)、草地、裸地、水體等地物，再添加海拔高度和植被覆蓋度的訓(xùn)練規(guī)則，運(yùn)用決策樹(shù)分類(lèi)方法，進(jìn)一步從鼠害發(fā)生區(qū)中提取鼠荒地、鼠害發(fā)生區(qū)，鼠害潛在發(fā)生區(qū)，最后生成專(zhuān)題圖?！窘Y(jié)果】遙感估算得阿爾金山地區(qū)鼠害發(fā)生區(qū)面積為3 419.621 km2，其中鼠荒地面積1 376.476 km2，分別占到研究區(qū)的6.92%和2.78%，與2014年11月新疆巴州草原站實(shí)地調(diào)查估算結(jié)果相近，且有擴(kuò)大趨勢(shì)?！窘Y(jié)論】鼠荒地或鼠害潛在發(fā)生區(qū)有沿水源邊緣分布特征，鼠荒地與草地，裸地多呈鑲嵌分布。鼠荒地和裸地、草地共存易形成混合像元，造成解譯誤差；最大似然法和決策樹(shù)方法的結(jié)合使結(jié)果更符合實(shí)際調(diào)查。

“3S”技術(shù); 阿爾金山；監(jiān)督分類(lèi)；決策樹(shù)；鼠荒地

0 引 言

【研究意義】草原鼠害是有害嚙齒類(lèi)動(dòng)物對(duì)草原資源及草原畜牧業(yè)產(chǎn)生的危害性影響[1]。草原鼠荒地指主要因嚙齒類(lèi)動(dòng)物活動(dòng)和超載過(guò)牧等原因引起草原嚴(yán)重退化的次生裸地，其植被覆蓋度低于20%，地上植物生物量低于原生草原的20%[2]。草原鼠害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)僅依靠人工的采樣調(diào)查雖然有較高的準(zhǔn)確性，但費(fèi)時(shí)耗力，存在時(shí)效性差等缺點(diǎn)，難以適應(yīng)大范圍實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。結(jié)合多種現(xiàn)代技術(shù)有效監(jiān)測(cè)鼠害發(fā)生區(qū)及鼠荒地面積與分布對(duì)研究區(qū)鼠害蔓延的防治、鼠荒地的治理以及草原植被生態(tài)恢復(fù)等具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】一些學(xué)者已運(yùn)用“3S”技術(shù)(Geographic Information System，GIS；Remote Sensing，RS；Global Positional System，GPS)進(jìn)行鼠害監(jiān)測(cè)：黃建文等[3]利用TM影像，分析了天然梭梭林大沙鼠鼠害防治前后的土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)和植被生長(zhǎng)狀況，為鼠害防治管理和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。何詠琪等[4]運(yùn)用“3S”技術(shù)，確定了高程、坡度、坡向、草地類(lèi)型、土壤類(lèi)型、5～10月增強(qiáng)型植被指數(shù)6個(gè)鼠害監(jiān)測(cè)模型因子，計(jì)算因子權(quán)重值和量化值，建立鼠害監(jiān)測(cè)模型，提取了不同鼠害發(fā)生區(qū)和鼠害危害區(qū)的閾值，最終生成青海省草原鼠害模擬分布區(qū)，結(jié)果與實(shí)地調(diào)查的鼠害區(qū)域基本一致。徐正剛等[5]基于MODIS數(shù)據(jù)，提出通過(guò)分析洞庭湖區(qū)植被指數(shù)變動(dòng)規(guī)律以確定評(píng)價(jià)時(shí)間的方法，選擇增強(qiáng)型植被指數(shù)EVI進(jìn)行鼠害的敏感性分析，確定了災(zāi)害閾值，最終采用植被指數(shù)差值法獲得了研究區(qū)作物危害分布圖與危害等級(jí)分布圖。王瑋等[6]指出滿(mǎn)足草地鼠害監(jiān)測(cè)要求的有TM和SPOT、Quick Bird等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù), TM影像是進(jìn)行草原鼠蟲(chóng)害的研究主要數(shù)據(jù)。阿爾金山鼠害發(fā)生區(qū)屬于新疆巴音郭楞蒙古自治州四大鼠害發(fā)生區(qū)之一[7]。該發(fā)生地分布有5個(gè)鼠害區(qū)，害鼠有灰尾兔(Lepusoiostolus)，大耳鼠兔(Ochotonamacrotis)、高原鼠兔(O.curzoniae)、柯氏鼠兔(O.koslowi)、喜馬拉雅旱獺(Marmotahimalayana)、白尾松田鼠(Microtus(Phaiomys)leucurus Blyth(1863))等 17 種，均為寒旱型種類(lèi)[8]。其中優(yōu)勢(shì)種白尾松田鼠有效洞口數(shù) 187.5 個(gè)/hm2，高原鼠兔有效洞口數(shù) 260個(gè)/hm2。相關(guān)高原鼠兔的生態(tài)學(xué)研究涉及與草甸植物群落的關(guān)系[9-12]、食物選擇[13]、冬季死亡率[14]和行為模式[15]等，以及阿爾金山自然保護(hù)區(qū)高原鼠兔夏季微生境選擇的主導(dǎo)因子分析[16]與食性顯微組織分析[17]。賈婷婷等[18]得出：隨高原鼠兔有效洞穴密度增加，樣方內(nèi)出現(xiàn)的植物種數(shù)逐漸增多，說(shuō)明高原鼠兔活動(dòng)增加了高寒草甸植物群落的物種豐富度，但增加物種主要是有毒的乳漿大戟、圓葉筋骨草、藍(lán)花棘豆，以及適口性差的矮火絨草和蘭石草，草甸質(zhì)量變劣。馬波等[19]得出：NDVI與洞穴數(shù)有顯著正相關(guān)的線(xiàn)性回歸關(guān)系:在無(wú)家畜競(jìng)爭(zhēng)的自然環(huán)境中, 高原鼠兔有選擇地利用植被較好的生境而避免使用植被過(guò)度退化的生境?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】對(duì)高原鼠兔生態(tài)學(xué)特性的研究可為更準(zhǔn)確分析鼠害的空間分布提供參考依據(jù)，然而對(duì)阿爾金山鼠害發(fā)生區(qū)及鼠荒地的發(fā)生面積以及空間分布的研究卻少有涉及。研究運(yùn)用“3S技術(shù)”對(duì)阿爾金山草地鼠害發(fā)生區(qū)和鼠荒地進(jìn)行監(jiān)測(cè)和解譯，獲得鼠害發(fā)生面積和分布?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究結(jié)合實(shí)地采集的GPS數(shù)據(jù)等，參照鼠害發(fā)生海拔、植被覆蓋度的生境特點(diǎn)，利用研究區(qū)的Landsat8 遙感影像，采用最大似然監(jiān)督分類(lèi)方法和決策樹(shù)分類(lèi)方法提取鼠荒地、鼠害發(fā)生區(qū)，鼠害潛在發(fā)生區(qū)并統(tǒng)計(jì)其面積，分析鼠荒地和鼠害發(fā)生區(qū)的空間分布特征。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿爾金山鼠害發(fā)生區(qū)主要位于阿爾金山自然保護(hù)區(qū)境內(nèi)低于海拔4 800 m的區(qū)域，行政區(qū)劃隸屬于巴音郭楞蒙古自治州若羌縣和且末縣境內(nèi)。在保護(hù)區(qū)中是以高原有蹄類(lèi)野生動(dòng)物為主的高原荒漠生態(tài)系統(tǒng)[20]。年平均降雨量 100～300 mm，主要集中在 6～8 月，形成明顯的雨季。年平均氣溫0～1 ℃，最熱月平均氣溫8 ℃，最低溫度在-30 ℃以下；土壤類(lèi)型主要有山地棕漠土、高寒荒漠土、高寒荒漠草原土、高寒草原土和高寒草甸土等[16]。該發(fā)生區(qū)海拔在3 500 m以上，植物異常稀疏。4 000 m 以上的高山帶為墊狀優(yōu)若黎、藏艾菊構(gòu)成的寒漠，4 000 m以下的溝谷有水柏枝和小蔚構(gòu)成的稀疏灌叢[21]。山地荒漠帶的上限高達(dá) 3 100～3 300 m，以合頭草荒漠為主，蒿屬荒漠次之[7]。主要植被類(lèi)型包括紫花針茅、墊狀駝絨藜、硬葉苔草，以及棘豆、蒿子、冰草、草地早熟禾、芨芨草、合頭草、黑枸杞、沙拐棗、琵琶柴、駝絨藜、鳶尾等。隨著海拔升高和植被類(lèi)型變化草地類(lèi)型依次為、溫性荒漠草原、荒漠草原、高山草原、高山草原和高寒草原的過(guò)渡帶、高寒草原。表1，圖1

表1 阿爾金山鼠害發(fā)生研究區(qū)坐標(biāo)范圍

注：研究區(qū)確定依據(jù)：1)包含實(shí)地調(diào)查路線(xiàn)和采樣點(diǎn)，包含2015年新疆畜牧廳治蝗辦提供的阿爾金山鼠害發(fā)生區(qū)。2)由高原鼠兔生境多發(fā)生在3 500～4 000 m海拔高度，研究區(qū)需覆蓋阿爾金山該海拔區(qū)間

Note: the study range was determined by two reasons:(1) The study area need to contain the routes of field survey, sampling points, and the data of rodent damage rangeland in Altun Mountain grassland in 2015 provided by Locust and Rodent Control Headquarters of Xinjiang. (2) The study area need to cover the altitude interval from 3500m to 4000m in Altun Mountain grassland where the habitats of plateau pika(Ochotonacurzoniae) exist

注：研究區(qū)范圍(綠色邊框)；鼠害發(fā)生區(qū)估算范圍，由巴州草原站和治蝗辦提供(淡藍(lán)色面)；野外調(diào)查路線(xiàn)和采樣點(diǎn)(紅線(xiàn)和黃色標(biāo)記)；高原鼠兔和鼠害發(fā)生區(qū)照片(紅色邊框)

Note: the scope of the study area (green border).The estimation range of rodent damage rangeland was provided by Grassland Workstation of Bayinguoleng Mongolian Autonomous Prefecture (light blue area). Routes of field investigation and sampling points were shown with red lines and yellow marks separately. The photos of Plateau pika (Ochotonacurzoniae) and rodent damage rangeland were presented with red border

圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布

Fig.1 The location and sampling point of study area

1.2 材 料

1.2.1 遙感數(shù)據(jù)及預(yù)處理

遙感數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat8 OLI數(shù)據(jù)，DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)為ASTER GDEM 30 m數(shù)據(jù)。表2

表2 研究區(qū)影像數(shù)據(jù)信息

遙感影像空間分辨率為30 m，時(shí)間分辨率為16 d，地圖投影坐標(biāo)系為 UTM-WGS84。影像選擇考慮到其適用性(研究區(qū)云量<10%，無(wú)陰影條帶),與調(diào)查時(shí)間2015年9月13～15日最接近的影像。選擇日期在9月14日和9月5日的影像覆蓋研究區(qū)的主體部分，與調(diào)查時(shí)間很接近。而8月22日與8月27日影像僅覆蓋在研究區(qū)的兩個(gè)邊沿，與調(diào)查時(shí)間間隔小于1個(gè)月，對(duì)研究區(qū)鼠荒地解譯的影響可以接受。

歷史野外數(shù)據(jù)：新疆畜牧廳治蝗辦提供的2014年阿爾金山鼠害發(fā)生區(qū)和鼠荒地GPS數(shù)據(jù)。

圖像處理軟件為ENVI5.1，ArcGIS10.0和Google Earth Free 7.1.4。

遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理：對(duì)已進(jìn)行系統(tǒng)輻射校正和地面控制點(diǎn)幾何校正的Landsat8 OLI的影像進(jìn)行輻射定標(biāo)，圖像鑲嵌與裁剪，F(xiàn)LAASH大氣校正；對(duì)14景DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌與裁剪。

1.2.2 實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)

經(jīng)實(shí)地調(diào)查，鼠害發(fā)生區(qū)的優(yōu)勢(shì)鼠種為高原鼠兔，處于高寒草原和高山草原的過(guò)渡帶，海拔基本在3 500 m以上，鼠害發(fā)生區(qū)主要植被類(lèi)型：針茅、硬葉苔草、蒿子、冰草、草地早熟禾。徐瑤[22]得出在草場(chǎng)發(fā)生輕度退化的樣方中，鼠害的發(fā)生率為 100%。草場(chǎng)退化加劇，鼠害發(fā)生的概率則隨之減少。與此次調(diào)查的情況相同：在此次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的鼠害發(fā)生區(qū)，植被覆蓋度都較高，部分達(dá)到70%，對(duì)鼠害發(fā)生區(qū)不同草種光譜數(shù)據(jù)的采集與分析，發(fā)現(xiàn)有較明顯退化跡象。采用GPS采集研究區(qū)鼠害發(fā)生地、草地、鼠荒地、裸地等地物樣本，作為訓(xùn)練樣本輔助后期遙感影像解譯。

1.3 方 法

1.3.1 最大似然監(jiān)督分類(lèi)(MLC)

基于參數(shù)化密度分布函數(shù)判別的最大似然方法MLC(Maximum Like-hood Classification)是遙感影像監(jiān)督分類(lèi)最常用的統(tǒng)計(jì)方法之一[23-24]。最大似然法與其他非參數(shù)方法比較具有易于與先驗(yàn)知識(shí)融合和算法簡(jiǎn)單而便于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)[25],且具有較高的分類(lèi)精度。

根據(jù)此次調(diào)查的實(shí)際情況和影像特點(diǎn)，將研究區(qū)地物分為：鼠荒地(粗分)、草地、裸地、水體、雪地、云和陰影。通過(guò)GPS數(shù)據(jù)、結(jié)合Google Earth進(jìn)行訓(xùn)練樣本的選擇。具體為將部分實(shí)地采集的草地、裸地的GPS面作為驗(yàn)證樣本，用于精度評(píng)價(jià)；將實(shí)地采集的鼠害發(fā)生區(qū)樣本，結(jié)合巴州治蝗辦提供的鼠荒地坐標(biāo)點(diǎn)在Google Earth繪制60 m×60 m鼠荒地樣本， 隨機(jī)均勻選擇一半為訓(xùn)練樣本，另一半為驗(yàn)證樣本，運(yùn)用最大似然監(jiān)督分類(lèi)初步進(jìn)行阿爾金山鼠荒地(粗分)解譯和精度驗(yàn)證。

1.3.2 決策樹(shù)分類(lèi)

決策樹(shù)方法主要是決策樹(shù)學(xué)習(xí)和決策樹(shù)分類(lèi)兩個(gè)過(guò)程。決策樹(shù)學(xué)習(xí)過(guò)程是通過(guò)對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行歸納學(xué)習(xí)(Inductive learning) ,生成以決策樹(shù)形式表示的分類(lèi)規(guī)則的機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine learning)過(guò)程[26]。通過(guò)對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行決策樹(shù)學(xué)習(xí)生成決策樹(shù),決策樹(shù)可以根據(jù)屬性的取值對(duì)一個(gè)未知樣本集進(jìn)行分類(lèi),就是決策樹(shù)分類(lèi)[27-28]。

巴州復(fù)雜的地理自然環(huán)境，為各種鼠類(lèi)提供了有利的生存條件，隨著海拔高度和草地類(lèi)型的垂直變化，鼠類(lèi)的分布呈現(xiàn)出明顯的垂直分異[7]。李葉等[16]指出對(duì)阿爾金山高寒荒漠草原高原鼠兔生境選擇的主成分分析表明影響高原鼠兔生境選擇的主要因子依次是海拔、蓋度、植物種數(shù)和距道路距離。說(shuō)明海拔高度是提取阿爾金山鼠害發(fā)生區(qū)的最重要因子。分析GPS數(shù)據(jù)對(duì)海拔高度的訓(xùn)練規(guī)則如下。

(1)鼠害發(fā)生區(qū)(3 500～4 000 m)：由此次調(diào)查，以及新疆畜牧廳治蝗辦、巴州治蝗辦提供的鼠害發(fā)生區(qū)GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)確定。(2)高海拔潛在發(fā)生區(qū) (4 000～4 400 m):指發(fā)現(xiàn)鼠害有局部發(fā)生的高海拔地區(qū)。由此次實(shí)際調(diào)查有鼠害局部發(fā)生(4 026～4 069 m),結(jié)合巴州草原站與治蝗辦提供的鼠害局部發(fā)生GPS坐標(biāo)(海拔4 409 m)確定。以及李葉等[16]于2012年7～8月在阿爾金山海拔高度為(4 122.25±139.48)m處做高原鼠兔穴居地樣本實(shí)驗(yàn)。鼠害潛在發(fā)生區(qū)說(shuō)明鼠害發(fā)生有局部擴(kuò)大趨勢(shì)。(3)低海拔潛在發(fā)生區(qū)(3 250～3 500 m): 指發(fā)現(xiàn)鼠害有局部發(fā)生的低海拔地區(qū)。由巴州草原站與治蝗辦提供的鼠害局部發(fā)生GPS坐標(biāo)確定(最低海拔3 238 m)。(4)未確定發(fā)生區(qū)(>4 250 m or <3 250 m)：高原鼠兔生境選擇在植被高度、植被密度、坡度、海拔高度、植被類(lèi)型和土壤硬度等生態(tài)因子方面差異都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)[16]。所以?xún)H依靠海拔高度無(wú)法確定是否發(fā)生鼠害，定為不確定發(fā)生區(qū)。在該海拔高度內(nèi)有適合高原鼠兔等鼠種適宜的生境，也可能變成鼠害潛在發(fā)生區(qū)。

由草原鼠荒地“植被覆蓋度低于20%”的定義[2]作為鼠荒地的提取規(guī)則。

2 結(jié)果與分析

2.1 最大似然監(jiān)督分類(lèi)方法粗分鼠害發(fā)生區(qū)

鼠荒地(粗分)包括鼠害發(fā)生區(qū)，鼠害潛在(局部)發(fā)生區(qū)，鼠荒地等，因?yàn)橛?xùn)練樣本中包含鼠害發(fā)生區(qū)，鼠害潛在(局部)發(fā)生區(qū)，鼠荒地信息；另外分類(lèi)中可能造成的鼠荒地與裸地混分，鼠害發(fā)生區(qū)與草地之間的混分等。作為初步分類(lèi)。

從混淆矩陣中得出總體分類(lèi)精度為86.67%，Kappa系數(shù)為0.81。鼠荒地的生產(chǎn)者精度為85.37%；用戶(hù)精度低，為31.25%，錯(cuò)分誤差高?；旌舷裨斐闪耸蠡牡嘏c裸地、草地的錯(cuò)分現(xiàn)象。從影像解譯圖中鼠荒地空間分布上看，也說(shuō)明鼠荒地和草地，鼠荒地與裸地都有交集，鑲嵌分布，符合實(shí)際的調(diào)查情況。圖2

2.2 決策樹(shù)分類(lèi)方法細(xì)分鼠害發(fā)生區(qū)和提取鼠荒地

對(duì)鼠荒地(粗分)結(jié)果進(jìn)行基于海拔訓(xùn)練規(guī)則的決策樹(shù)分類(lèi)，分離具體鼠害發(fā)生區(qū)和未確定發(fā)生區(qū)，減小錯(cuò)分影響。進(jìn)一步對(duì)結(jié)果運(yùn)用決策樹(shù)分類(lèi)，添加植被覆蓋度小于20%的訓(xùn)練規(guī)則，減小草地對(duì)鼠荒地造成的錯(cuò)分誤差，從鼠害發(fā)生區(qū)中提取鼠荒地。圖3

圖2 2015年新疆阿爾金山地區(qū)鼠荒地潛在分布衛(wèi)星影像解譯

圖3 2015新疆阿爾金山地區(qū)鼠害發(fā)生區(qū)分布衛(wèi)星影像解譯

首先運(yùn)用基于NDVI的像元二分法選擇不同的閾值計(jì)算植被覆蓋度，用ArcGIS計(jì)算出從0%～10%到90%～100% 10個(gè)等級(jí)；再結(jié)合實(shí)地調(diào)查目測(cè)法，照片比對(duì)，進(jìn)行實(shí)際調(diào)查結(jié)果和不同閾值下計(jì)算結(jié)果的誤差分析。選擇的NDVIsoil和NDVIveg的閾值分別為累計(jì)貢獻(xiàn)率的5.2%和99.5%時(shí)各誤差率相對(duì)最低。表3

然后繪出植被覆蓋度等級(jí)圖。圖4

表3 不同閾值下基于NDVI像元二分法計(jì)算的草地覆蓋度及其誤差

圖4 2015年新疆阿爾金山地區(qū)植被覆蓋等級(jí)

最后，按決策樹(shù)方法進(jìn)一步得出鼠荒地解譯圖并進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)。得出2015年新疆阿爾金山地區(qū)鼠荒地空間分布圖，阿爾金山地區(qū)鼠害發(fā)生區(qū)面積為3 419.621 km2(512.943 17萬(wàn)畝)，其中鼠荒地面積1 376.476 km2(206.471 43萬(wàn)畝)，以及潛在鼠害發(fā)生區(qū)面積。將圖2、圖5與Google Earth影像進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)鼠荒地及鼠害潛在發(fā)生區(qū)有沿阿牙克庫(kù)木湖與阿其克庫(kù)勒湖周邊分布以及沿山地河流邊緣分布的特征。 圖5，表4

2014年巴州草原站由實(shí)地調(diào)查GPS點(diǎn)勾畫(huà)初步計(jì)算的阿爾金山草原鼠害面積已達(dá)3 466.667 km2(520萬(wàn)畝)，嚴(yán)重危害面積(鼠荒地)約1 333.333 km2(200萬(wàn)畝)，且有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)。這與2015年遙感估算得到的面積相近，但鼠害發(fā)生區(qū)及鼠荒地在空間分布上并非成片的面狀分布(圖1)，而是由生境等多因素決定的點(diǎn)狀或斑塊狀分布，呈現(xiàn)出與草地，裸地互有交集，鑲嵌分布特點(diǎn)。圖5

2015年鼠荒地遙感估算面積比2014年多出3.24%，為43.143 km2(6.471 43萬(wàn)畝)，尤其鼠害潛在(局部)發(fā)生或活動(dòng)區(qū)的大面積出現(xiàn)，說(shuō)明鼠害有一定擴(kuò)大蔓延的趨勢(shì)。

圖5 2015年新疆阿爾金山地區(qū)鼠荒地及鼠害發(fā)生區(qū)分布衛(wèi)星影像解譯

鼠害地類(lèi)型Thetypeofrodentdamagerangelands面積(km2)Area面積(萬(wàn)畝)Area(104mu)占研究區(qū)比(%)Ratio鼠荒地137647620647143278鼠害發(fā)生區(qū)(3500～4000m)204314530647174413高海拔潛在發(fā)生區(qū)(4000～4400m)6334533950179951281低海拔潛在發(fā)生區(qū)(3250～3500m)87092313063842176未確定發(fā)生區(qū)(>4400mor<3250m)471203170680465953其它341078365116175466898

注：研究區(qū)總面積為49 444.944 km2( 7 416.741 65萬(wàn)畝)。Landsat8 OLI影像單個(gè)像元的實(shí)際面積為900 m2≈0.001 km2故面積(km2)保留三位小數(shù)。實(shí)際工作中多使用(萬(wàn)畝)單位，故進(jìn)行換算；0.001 km2=0.000 15萬(wàn)畝，面積(萬(wàn)畝)保留五位小數(shù)

Note: the whole study area is 49,444.944 km2(7,416.741,65×104mu).The single pixel area of Landsat8 OLI image is 900 m2≈0.001 km2, so the area/ km2keep three decimal. The unit of mu is used more often in practical work because of 0.001 km2equal to 0.000,15×104mu. So the area/ 104mu keep five decimal

3 討 論

此次監(jiān)測(cè)完成了研究區(qū)鼠害發(fā)生區(qū)和鼠荒地分布及面積的提取。但從影像方面看，30 m空間分辨率下只能通過(guò)適當(dāng)波段組合后不同地物的顏色和深淺來(lái)區(qū)別，造成訓(xùn)練樣本選擇的目視誤判。區(qū)分草地、裸地、鼠荒地的四景鑲嵌影像時(shí)間不同也對(duì)影像的自動(dòng)解譯造成誤差。由于阿爾金山鼠害研究區(qū)屬無(wú)人區(qū)，海拔高，空氣較稀薄，山路崎嶇或無(wú)法通行，給樣本的采集帶來(lái)很大困難，造成嚴(yán)重鼠荒地訓(xùn)練樣本少，對(duì)鼠荒地的解譯精度造成一定影響?？煽紤]引進(jìn)無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)對(duì)鼠害區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高解譯精度。

4 結(jié) 論

4.1 從影像解譯效果和方法上:30 m中空間分辨率的landsat8 OLI數(shù)據(jù)針對(duì)鼠荒地和裸地的用戶(hù)精讀依然較低，最主要原因是鼠害發(fā)生區(qū)與草地、鼠荒地與裸地存在共存現(xiàn)象。30 m中空間分辨率的影像對(duì)阿爾金山草地和裸地區(qū)分基本可行，但共存現(xiàn)象和混合像元，造成較多錯(cuò)分。針對(duì)鼠荒地高原鼠兔為主要鼠害，進(jìn)行生境因子分析，將海拔高度以及植被覆蓋度作為訓(xùn)練規(guī)則，運(yùn)用最大似然監(jiān)督分類(lèi)和決策樹(shù)方法相結(jié)合提取鼠害發(fā)生區(qū)、鼠害潛在發(fā)生區(qū)以及鼠荒地。使結(jié)果更符合實(shí)際調(diào)查。

4.2 從鼠害發(fā)生區(qū)及鼠荒地的空間分布來(lái)看，鼠荒地或鼠害潛在發(fā)生區(qū)有沿水源邊緣分布的特征，且鼠荒地與草地，裸地互相有交集。與黃倩等[1]得出的高原鼠兔和大耳鼠兔主要沿河谷階地，陽(yáng)坡或避風(fēng)的洼地分布，鼠害草原多呈鑲嵌分布的結(jié)論相近。鼠害潛在分布區(qū)(4 000～4 400 m)、(3 250～3 500 m)的局部鼠害發(fā)生，其危害程度和面積估算等需要進(jìn)一步實(shí)地驗(yàn)證工作，為有效預(yù)防鼠害蔓延擴(kuò)散提供依據(jù)。

4.3 從鼠害防治上看，阿爾金山草地鼠害發(fā)生區(qū)和鼠荒地面積大并有一定擴(kuò)大趨勢(shì)，對(duì)當(dāng)?shù)夭菰鷳B(tài)環(huán)境勢(shì)必造成負(fù)面影響，需進(jìn)行及時(shí)有效的鼠害監(jiān)測(cè)和相應(yīng)防治工作，同時(shí)鼠荒地宜進(jìn)行合理的草地植被生態(tài)修復(fù)，以實(shí)現(xiàn)阿爾金山草原畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

致謝：感謝新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合培養(yǎng)研究生基地—新疆維吾爾自治區(qū)畜牧廳治蝗滅鼠指揮部辦公室和新疆巴州草原站與治蝗辦的大力支持與協(xié)助！

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Fund project:Supported by the project commissioned by Locust Rodent Headquarters Office of Xinjiang Uygur Autonomous Region "Remote sensing monitoring of grassland biological disasters in Xinjiang" (2014-2015)and High level talent plan program of Xinjiang Uygur Autonomous Region (104-40002)

Estimating Area of Grassland Rodent Damage Rangeland and Rat Wastelands Based on Remote Sensing in Altun Mountain, Xinjiang, China

LI Pei-xian1,2, ZHENG Jiang-hua1,2,3, NI Yi-fei4, WU Jian-guo4, Wumaier Wushou5,Aihemaijiang Aji5,Nasongcaoketu5

(1. College of Resources & Environmental Sciences，Xinjiang University, Urumqi 830046, China;2.KeyLaboratoryofCityIntellectualizingandEnvironmentModelling,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China; 3.KeyLaboratoryofOasisEcology,Urumqi830046,China; 4.LocustandRodentControlHeadquartersofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830004,China；5.GrasslandWorkstationofBayingolinMongolAutonomousPrefecture,KorlaXinjiang841000,China)

【Objective】 Monitoring and interpreting grassland rodent damage rangeland and rat wastelands in Altun Mountain with 3S technologies can acquire area and distribution of grassland rodent in order to provide a reference in grassland rodents control and management.【Method】Landsat 8 remote sensing image of study area were classified preliminarily into pest occurrence area, grassland, bare land, body of water and others by supervising classification of maximum likelihood classification. Then rat wastelands, rodent damage rangeland and rodent damage potential (local) occurrence area were extracted from preliminary pest occurrence area by decision tree classifier based on rules about altitude and vegetation coverage further. Finally, the thematic map of grassland rodent damage rangeland and rat wastelands was made and occurrence area was calculated.【Result】The area of grassland rodent damage rangeland and rat wastelands in Altun Mountain were 3,419.621 km2and 1,376.476 km2, accounting for 6.92% and 2.78% of the study area, which is similar with the estimated result of Bazhou Prairie Station in November, 2014. And the area of grassland rodent damage rangeland has the trend of expansion.【Conclusion】It is a characteristic that rat wastelands, rodent damage rangeland and rodent damage potential(local) occurrence area are along with the edge of the water, and the rat wasteland, the bare land and the grassland are mostly of mosaic distribution. The coexistence of the wasteland and bare land, grassland is easy to lead to a mixed pixel interpretation. The combination of the maximum likelihood supervised classification and the decision tree method to extract rat wastelands, rodent damage rangeland and rodent damage potential (local) occurrence area makes the results more consistent with the actual survey

"3S" technologies; Altun Mountain; supervised classification; decision tree; rat wasteland

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.07.023

2016-03-20

新疆維吾爾自治區(qū)治蝗滅鼠指揮部辦公室委托項(xiàng)目“新疆草原生物災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)”(2014～2015)；新疆維吾爾自治區(qū)高層次人才計(jì)劃(104-40002)。

李培先(1991-)，男，新疆伊寧人，碩士研究生，研究方向?yàn)椴菰餅?zāi)害遙感監(jiān)測(cè)，(E-mail)15894623722@163.com

鄭江華(1973-)，男，浙江江山人，教授，研究方向?yàn)檫b感與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用，(E-mail)zheng_jianghua@126.com

S443

A

1001-4330(2016)07-1346-10