貴州省草地資源清查技術與應用概述

羅 偉， 時 穎， 陳康林

(1. 貴州省畜禽遺傳資源管理站，貴州 貴陽 550001； 2. 思南縣畜牧發(fā)展中心，貴州 思南 565100)

1980—1987年，在全國統(tǒng)一草地資源調查技術規(guī)范和標準下，貴州省初步查清了草地資源的數(shù)量、分布、質量、利用現(xiàn)狀和潛力[1]。近年來，為推進草原生態(tài)文明體制改革與資源配置的統(tǒng)一，落實“山水林田湖草系統(tǒng)治理”的生態(tài)理念，需要更進一步準確、科學、高效地摸清當前貴州省草地“面積分布、類型等級、利用現(xiàn)狀、生態(tài)狀況、權屬權責”等基礎信息，提高草地精細化管理水平，落實強農惠牧政策，嚴格依法治草。本文就近年來貴州省草地資源清查技術和應用的相關情況進行概述，供同行參考。

1 清查任務

貴州省草地資源清查范圍主要是在天然草地、人工草地、退耕還草地內進行。主要任務有：(1)查清貴州省草地資源現(xiàn)狀，包括類型、面積、分布、群落特征、產草量、草地等級等；(2)查清貴州省草地生態(tài)現(xiàn)狀，包括草原綜合植被蓋度、草地退化、石漠化空間分布、面積及程度等；(3)查清貴州省草地利用狀況，主要包括草原承包、不動產統(tǒng)一確權登記、公告的基本草原面積、各類開發(fā)區(qū)內面積、載畜量、草畜平衡狀況、生態(tài)功能價值等；(4)建設貴州省草地資源空間數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)。

2 清查內容

按照《草地分類》(NY/T 2997—2016) 定義，清查的草地對象指地被植物以草本或半灌木為主，或兼有灌木和稀疏喬木，植被覆蓋度大于5%，或喬木郁閉度小于10%，或灌木覆蓋度小于40%的土地，以及其他用于放牧和割草的天然草地和人工草地[2]。以建制的縣域為單元，清查范圍包括區(qū)域縣、市、區(qū)的天然草地、人工草地，覆蓋省內所有的草地資源，清查的主要指標和方法見表1。

3 清查技術方案

草地清查工作技術流程主要分為內業(yè)預處理、遙感解譯、底圖制作、外業(yè)樣地調查、外業(yè)核查、內業(yè)修改、專題屬性鏈接、內業(yè)匯總、數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)建設等環(huán)節(jié)，大致分為內業(yè)草地圖斑預處理、草地圖斑內業(yè)遙感解譯、外業(yè)清查底圖制作、外業(yè)核查及屬性調查、屬性疊加與數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)建設5個階段。

3.1 內業(yè)圖斑預處理綜合歷史資料和近期草地資源調查圖件等草地相關地類圖件，按照新草地類型劃分系統(tǒng)，疊加分析綜合運算后形成貴州省草地資源清查分布初步圖斑。參考歷史資料，貴州省灌木林地覆蓋度小于40%以下的圖斑較少，灌木林地圖斑個數(shù)較多，因而將草地大類(排除綠化草地)、人工幼林地、疏林地、稀疏灌叢和巖石地表等草地相關地類單獨提取后作為草地初步圖斑。經(jīng)聚合處理，合并鄰近小圖斑成大圖斑，聚合后保留6 670 m2以上圖斑，保留2 000 m2以上空洞，低于6 670 m2以下的天然草地圖斑不勾繪，統(tǒng)一到1 hm2的面積參數(shù)。完成圖斑聚類后再去除圖斑面積小于1 hm2的天然草地和6 670 m2的人工草地，形成草地資源基礎圖斑，通過疊加5級行政區(qū)劃和轉換后的歷史草地資源調查成果圖屬性信息，按照縣級行政區(qū)劃分割形成各縣草地基礎圖斑作進一步修改。

表1 草地資源清查主要指標及技術規(guī)范

3.2 內業(yè)圖斑遙感解譯在草地資源分布初步圖斑的基礎上，結合2016年后“資源三號(ZT-3)”和“高分一號(GF-1)”衛(wèi)星影像，綜合利用0.6 m 谷歌(google)影像、地理國情影像、國土更新調查影像對各縣草地資源圖斑進行細化修改，進一步修正邊界，按基本要素進行類型判定。

3.2.1 形狀根據(jù)草地外部輪廓形狀在影像上的反映，不同類型的地面目標有其特定形狀。地物影像的形狀是目標識別的重要依據(jù)，天然草地形狀不規(guī)則，人工草地周圍有較多附屬設施，可以通過周圍地物形狀進行判定。

3.2.2 大小指草地在影像上的尺寸，如長、寬、面積、體積等。地物的大小特征主要取決于影像比例尺。有了影像的比例尺，就能夠建立物體和影像的大小聯(lián)系。本次草地資源清查最小上圖面積為 1 hm2，小于1 hm2的零星草地暫不上圖。

3.2.3 色調和顏色色調是物體的電磁波特性在圖像上的反映，在黑白像片上指黑白深淺程度。色調特征是最基本的解譯標志，草地在ZY-3和GF-1衛(wèi)星影像假彩色波段為均勻的青藍色、粉紅色等，其中人工草地和天然草地均沒有明顯的顆粒狀，灌叢草地為青藍色中夾雜有紅色顆粒，貴州喀斯特地區(qū)草地顏色較淺，部分區(qū)域表現(xiàn)出土壤和基巖的顏色。

3.2.4 陰影陰影分本影和落影2種。本影是指物體本身沒有被光線直接照射到的部分，在像片上呈暗色調，其有助于建立像片的立體感。貴州屬于喀斯特山區(qū)，陰影區(qū)較多，在遙感解譯過程中需對照不同遙感影像以消除本影的影像。落影是地物經(jīng)光線照射投影于地面的物體陰影，在像片上呈暗色調，其有助于觀察地物的側面形態(tài)及一些細微特征。草地因為高度矮，因此落影不明顯，有助于區(qū)別草地與林地。

3.2.5 紋理指1群很小的物體在圖像上的影像色調造成有規(guī)律的重復，天然草地和人工草地紋理細膩，較為均勻，灌草叢則為青藍色中夾雜有灌木的紅色顆粒。

3.2.6 結構或圖斑指個體目標重復排列的空間形式，可反映地物的空間分布特征。天然草地與灌草叢的重復排列結構不明顯，圖斑不規(guī)則，可以區(qū)別水田等圖斑規(guī)則的地物。

3.2.7 位置指地物的環(huán)境位置以及地物間的空間位置關系在圖像中的反映，也稱為相關特征。貴州省天然草地與灌草叢主要分布在海拔較高、較偏遠的山區(qū)，在地勢平坦、起伏度小的區(qū)域基本沒有分布。人工草地主要分布在養(yǎng)殖場周圍，四周有交通、建設用地等附屬設施分布。

3.2.8 組合指地物的特殊表現(xiàn)和空間組合關系。草地的分布組合規(guī)律不強，可以區(qū)別易混淆的其他規(guī)則組合的地物。對照草地清查遙感解譯標志，根據(jù)各種遙感影像的特征，結合地質圖、高程圖、巖性圖等專題圖件綜合判定草地類型及邊界。對疊加運算前草地資源圖中為草地以及地類圖中不屬于草地的圖斑逐一進行甄別，遙感目視判別能確定不屬于草地的圖斑予以剔除；按照疊加運算的草地資源圖和地類圖屬性，結合遙感影像特征，確定草地相關圖斑的草地類型[3]，填寫圖班對應的屬性字段，形成初步判讀圖。

3.3 外業(yè)清查底圖制作在內業(yè)通過遙感影像修改完成草地資源圖斑解譯基礎上，分別疊加各縣ZY-3衛(wèi)星影像圖、各縣1∶50 000地形圖，并疊加外業(yè)樣地調查參考點、基礎地理信息，按照各縣AO圖幅制作疊加地形圖和遙感影像的外業(yè)清查底圖2張，以便縣域開展外業(yè)樣地調查及解譯圖斑核查；以此為基礎編制市州級1∶100 000、省級1∶250 000草地資源圖件、圖集和專題圖件(草地石漠化圖、草原退化圖、草原保護區(qū)圖、草原功能區(qū)圖、草原承包圖、草地資源類型分布圖、草地生產力分布圖、草地質量等級圖、草地綜合植被蓋度圖等)。

3.4 外業(yè)核查及樣地調查草地資源圖斑的外業(yè)核查采用分縣進行圖斑實地核查，現(xiàn)場使用電腦修正解譯的草地圖斑邊界及屬性。樣地調查由縣域開展，以工作底圖為基礎，按照《草地資源調查技術規(guī)程》(NY/T 2998—2016)統(tǒng)籌開展外業(yè)樣地調查、入戶調查及圖斑核查。

3.5 屬性疊加與數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)建設結合外業(yè)調查底圖、樣地調查資料、入戶調查統(tǒng)計資料等，在中低分辨率遙感影像、樣地調查成果基礎上進行圖斑的草地類型、退化等級劃分，測算可食產量并進行草地質量分級。結合貴州省主體功能區(qū)劃、貴州省生態(tài)紅線、石漠化等級等完善草地圖斑附屬屬性，建立貴州省草地資源清查數(shù)據(jù)庫，通過貴州省草地資源管理信息系統(tǒng)對全省草地資源進行管理、查詢及統(tǒng)計分析等。

4 清查技術路線

通過遙感分類解譯和地面調查相結合，采用當前廣泛使用的遙感、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代信息化手段，充分利用歷史調查資料，統(tǒng)一標準、流程和解譯，結合地面調查、入戶訪問等方法，客觀、規(guī)范、快速、全覆蓋地獲取草地資源的分布、數(shù)量、質量、生態(tài)及利用狀況信息，并根據(jù)需要建設專題信息圖層，完善草地資源圖斑屬性信息[2]。清查工作技術流程見圖1，根據(jù)實際情況進行適當調整。相關研究表明，貴州碳酸鹽巖層出露面積占全省國土面積的73%，喀斯特地貌占全省總面積的63.8%，石漠化較嚴重[3]。根據(jù)《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標》(GB 19377—2003)，貴州所處氣候帶不具備草地沙化和鹽漬化的特征，可不作草地沙化和鹽漬化評價，而是考慮退化和石漠化問題[4]。貴州省地勢起伏大，草地資源分布較為零星破碎，難以按照最小上圖面積3.33 hm2的國家標準執(zhí)行，經(jīng)在國家標準基礎上進一步細化，最小上圖面積確定為1 hm2。

5 技術應用現(xiàn)狀

貴州省歷史上草地資源類型、變化情況主要包括：(1)貴州省20世紀80年代第1次草地調查成果，包括草地資源的類型、面積、分布、群落特征、產草量、草原等級等；(2)歷年來草原退化分布、面積及程度等歷史資料；(3)歷年來草原利用狀況，包括利用方式、利用強度、草原開墾及占用情況；(4)歷年來草地建設相關項目情況，包括石漠化治理工程、退牧還草工程、南方現(xiàn)代草地畜牧業(yè)推進行動等項目資料。當前的草地資源清查技術設計以科學合理、可操作性強為原則，包含總體技術流程、制作草地資源清查工作底圖、草地資源遙感解譯及野外驗證、全省外業(yè)調查樣地布設、清查培訓、內業(yè)匯總、數(shù)據(jù)庫建立提交草地資源清查成果等?？沙浞掷眠b感、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代信息化技術，采用內外業(yè)高效結合驗證，以科學、快速、有效地開展工作。

5.1 遙感影像及輔助資料收集、正射遙感影像圖(DOM)制作遙感影像分辨率優(yōu)于10 m，時相為2015年5月1日以后，盡最大可能選擇草原植物生長盛期獲取的影像。原始影像波段數(shù)不少于3個，且至少有1個近紅外植被波段。同時遙感影像質量及DOM制作精度符合《草地資源調查技術規(guī)程》(NY/T 2998—2016)。

5.2 草地資源遙感解譯及野外驗證建立非草地和不同草地類型、草地退化程度、草地石漠化程度的遙感DOM解譯標志，草地資源遙感解譯精度及要求符合《草地資源調查技術規(guī)程》(NY/T 2998—2016)，草地類型屬性統(tǒng)一到《草地分類》(NY/T 2997—2016)行業(yè)標準[2，5]。草地資源遙感解譯野外驗證點覆蓋各種草地類型、草地退化、石漠化狀況、利用強度，空間布局合理，可疑圖斑及驗證樣點有詳實的調查記錄表。野外驗證后，在室內補充勾繪未上圖草地圖斑，修訂誤勾繪圖斑，在大塊草地圖斑中補充勾繪草地類型界線等。草地類型劃分按照《草地分類》(NY/T 2997—2016)規(guī)定執(zhí)行。貴州省主要草地可分為暖性灌草叢類8個型、熱性灌草叢類23個型、低地草甸類5個型、山地草甸類4個型，共40個草地類型。

5.3 外業(yè)監(jiān)測樣地布設按照輕度退化、中度退化、重度退化、石漠化等程度布設相應的樣地數(shù)量，天然草地每個草地類型的合格樣地數(shù)量不少于120個。按照主要草地類型隨水熱條件變化的趨勢與規(guī)律，每個縣域均勻布設40～60個草地型野外樣地監(jiān)測點。結合草地資源遙感監(jiān)測及草地資源生長狀況要求，統(tǒng)籌布設草地資源外業(yè)調查樣地樣方，提出樣地布設的初步位置。樣地布設獲取草地類型、植被覆蓋度、退化(石漠化)程度、生物量、可食產量等指標的地面樣本，時間選擇在地上生物量高峰期當年未放牧利用的草地進行測定，對中小草本及小半灌木樣地調查側重于“建群優(yōu)良植物”和“退化指示植物”。按照群落中優(yōu)勢種排序。獲取樣地、樣地調查數(shù)據(jù)后，按技術標準對樣地退化(石漠化)程度進行評價。在樣地布設后記錄的草種、蓋度、生物量等信息完整填寫到樣地調查表，定位樣地坐標點，記錄草地現(xiàn)場特征，輔助內業(yè)進行草地地上生物量估算。統(tǒng)計縣域內人工種草、草產品加工情況、草食畜禽存出欄數(shù)量與體重、放牧數(shù)量、放牧天數(shù)和補飼量等情況。按草食家畜養(yǎng)殖戶數(shù)量的0.1%，縣域不少于30戶進行成本、收益和勞動力使用等統(tǒng)計草畜生產情況。

圖1 草地資源清查技術流程圖

5.4 外業(yè)樣地樣方調查數(shù)據(jù)整理上圖通過核查修正草地圖斑，修正普遍性問題，全面對縣域內草地圖斑進行修正。根據(jù)內業(yè)規(guī)劃路線，采用平板電腦電子地圖核查，對草地圖斑逐一核實驗證，驗證內業(yè)圖斑勾繪準確性。核實圖斑界線與實地是否相符，誤差需在1%以內；核實草地類型、利用情況、草地權屬狀況、草地退化等級程度等主要信息；外業(yè)核查數(shù)量不少于圖斑數(shù)量的10%或者每縣不少于30個驗證點。對提供的外業(yè)調查樣地樣方信息、生產狀況、草地權屬信息、生態(tài)狀況、入戶調查與統(tǒng)計數(shù)據(jù)等整理匯總后，包括樣地的地上生物量、總蓋度、可食牧草比例等進行屬性數(shù)據(jù)上圖。

5.5 草地產量、質量與退化、石漠化情況遙感監(jiān)測與評價收集草地生長高峰期3×16 d的中分辨率成像光譜儀(MODIS)遙感影像(時間上應與草地資源遙感解譯時間同步)，通過生長高峰期地上生物量(最高地上生物量)與地上生物量的季節(jié)動態(tài)模型結合，換算其他時間的地上生物量。采用設定最大、最小估算值的方法縮小模型偏差。提取樣本植被指數(shù)，采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)建立模型估算全省草地產量[6]。同時開展草地質量分級、草地退化程度、草地石漠化程度、草畜平衡分析遙感監(jiān)測和評價，同步收集草地權屬、承包、流轉等基本信息上圖，將各類草地的紅線范圍、主體功能區(qū)劃及各類保護區(qū)情況進行空間疊加完成。

5.6 草地資源清查數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)建設草地資源數(shù)據(jù)庫主要由基礎地理數(shù)據(jù)與草地專題信息數(shù)據(jù)構成，主要包括遙感影像、基礎地理信息以及草地資源狀況、草地生態(tài)狀況、草地利用狀況、草地覆蓋度、草地資源地上生物量、草地石漠化、權屬等專題圖層的草地專題信息。信息系統(tǒng)建設基于貴州省農業(yè)“一張圖”平臺構建，其中包括基礎設施層、信息資源層、應用系統(tǒng)支撐層、用戶層。主要包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)的建設；信息資源建設：草地資源清查數(shù)據(jù)庫、草地利用狀況資料數(shù)據(jù)庫、草地輔助數(shù)據(jù)庫、公共基礎數(shù)據(jù)庫；應用系統(tǒng)支撐層：草地綜合支撐平臺建設、草地數(shù)據(jù)資源支撐平臺建設；用戶層：信息發(fā)布的不同方式，以及針對草地業(yè)務應用的用戶群。其數(shù)據(jù)庫結構需符合農業(yè)農村部草地資源清查數(shù)據(jù)庫和地理空間數(shù)據(jù)庫的有關要求，數(shù)據(jù)資源具有規(guī)范的分類編碼。草地資源清查信息系統(tǒng)采用B/S架構，系統(tǒng)能夠無縫遷移到“云上貴州”，可實現(xiàn)與農業(yè)農村部草地資源清查數(shù)據(jù)庫、貴州省農業(yè)大數(shù)據(jù)中心和“一張圖”平臺的互動操作。