2021年度青海省草原監(jiān)測概要

辛玉春，李宏達(dá)，楊 雪

(1.青海省草原總站，青海 西寧 810008；2.稱多縣氣象局，青海 玉樹州 815100)

2021年4月，國家林業(yè)和草原局下發(fā)了《關(guān)于開展國家林草生態(tài)綜合監(jiān)測評(píng)價(jià)工作的通知》(林資發(fā)〔2021〕51號(hào))和《關(guān)于開展全國草原監(jiān)測評(píng)價(jià)工作的通知》(辦草字〔2021〕9號(hào))等文件，要求以國土“三調(diào)”成果為基礎(chǔ)開展草原監(jiān)測評(píng)價(jià)工作，全面掌握草原資源的種類、數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和分布等，詳細(xì)了解年度動(dòng)態(tài)變化，構(gòu)建完善草原生態(tài)監(jiān)測評(píng)價(jià)體系，提升草原科學(xué)化、精細(xì)化管理水平。青海省林業(yè)和草原局認(rèn)真落實(shí)文件精神，組織6州2市41縣(市、區(qū))林草技術(shù)推廣隊(duì)伍及時(shí)開展了全省草原監(jiān)測評(píng)價(jià)工作。以省草原總站為技術(shù)負(fù)責(zé)單位，完成了1 365個(gè)外業(yè)監(jiān)測樣地的年度監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和匯總審核等工作，掌握了全省草原植被的年度動(dòng)態(tài)變化過程，為指導(dǎo)草原保護(hù)修復(fù)工程實(shí)施，提供了決策依據(jù)和理論支撐。

1 內(nèi)容和方法

1.1 監(jiān)測內(nèi)容

1.1.1 植被返青期及枯黃期監(jiān)測 從4月份開始，在草原植被返青期前15 d至完全返青的時(shí)間段內(nèi)，運(yùn)用地面實(shí)測和遙感監(jiān)測相結(jié)合的方法，進(jìn)行返青期監(jiān)測。同樣在植被開始枯黃時(shí)，開展枯黃期監(jiān)測，獲取全省草原植被物候信息，并根據(jù)時(shí)間連續(xù)的遙感數(shù)據(jù)，獲取草原植被在生長期的長勢及動(dòng)態(tài)變化。

1.1.2 草原植被結(jié)構(gòu)及產(chǎn)草量監(jiān)測 依據(jù)《全國草原生態(tài)監(jiān)測與評(píng)價(jià)技術(shù)方案》要求，在7～8月植物生長盛期，以縣(市)級(jí)為監(jiān)測單元，在樣地內(nèi)用樣方調(diào)查的方法，測量植物的高度、蓋度和鮮草產(chǎn)量等指標(biāo)。

1.2 監(jiān)測方法及樣地布設(shè)

1.2.1 綜合生態(tài)監(jiān)測樣地布設(shè) 2021年，國家林草局下達(dá)青海省監(jiān)測樣地1 251個(gè)。結(jié)合青海草原監(jiān)測工作實(shí)際，在原有695個(gè)常規(guī)監(jiān)測樣地的基礎(chǔ)上，新增了670個(gè)。并在外業(yè)樣地?cái)?shù)據(jù)采集過程中進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，實(shí)際設(shè)置監(jiān)測樣地1 365個(gè)。各市州外業(yè)樣地?cái)?shù)量見表1，全省樣地空間分布情況見圖1。

表1 2021年全省草原監(jiān)測樣地統(tǒng)計(jì) 單位：個(gè)

圖1 青海省草原監(jiān)測樣地空間分布

1.2.2 返青(枯黃)期及長勢監(jiān)測 返青期監(jiān)測采取地面樣方和遙感相結(jié)合的方式開展，地面實(shí)測依據(jù)樣方內(nèi)開始返青并正常發(fā)育的株(叢)占總株(叢)的百分率，或者樣方內(nèi)草原植被返青蓋度的百分率來判定草原返青狀況。分為返青初期(20%～40%)、返青普遍期(40%～60%)和返青后期(60%～80%)三個(gè)時(shí)期。

遙感數(shù)據(jù)為MOD13Q1數(shù)據(jù)集[1]，空間分辨率為250 m，時(shí)間分辨率為16 d，覆蓋青海省全境，包含兩個(gè)軌道：h25v05、h26v05，時(shí)間跨度為2016～2021年，其中2016～2020年每年23期遙感影像，2021年7期遙感影像，共122期影像數(shù)據(jù)。

圖2 草原植被返青期及枯黃期監(jiān)測技術(shù)路線

根據(jù)時(shí)間序列NDVI數(shù)據(jù)，建立物候監(jiān)測模型關(guān)鍵參數(shù)與閾值，提取、分析物候期指標(biāo)參數(shù)。并與過去5 a物候特征變化(提前或推遲)進(jìn)行對(duì)比，做評(píng)估分析?？蔹S期的監(jiān)測方法參照返青期的方法執(zhí)行。技術(shù)路線見圖2。

圖3 草原綜合植被蓋度的遙感反演技術(shù)路線

1.2.4 鮮草產(chǎn)量 以各縣(市)樣地實(shí)測的鮮草產(chǎn)量為基礎(chǔ)，不同的草原類型占區(qū)域草原總面積的比例為權(quán)重，對(duì)各縣(市)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。

式中，Bi為第i個(gè)行政區(qū)域的單位面積鮮草產(chǎn)量；Bj為該行政區(qū)域第j草原類型的單位面積鮮草產(chǎn)量；Wj為該行政區(qū)域第j草原類型的面積權(quán)重；j為該行政區(qū)域第j草原類型的序號(hào)；n為該行政區(qū)域參與計(jì)算的草原類型總數(shù)。

2 監(jiān)測結(jié)果

2.1 植被返青、枯黃期及長勢

2.1.1 返青期監(jiān)測結(jié)果 2021年4月10日前，全省草原有少量返青，面積約占7.35%。4月20日，返青面積增加至18.4%。4月20日至4月30日，部分區(qū)域開始返青，進(jìn)入返青初期。至5月10日，返青面積增加至42.5%，進(jìn)入返青普遍期。5月20日，全省返青面積增加至63.2%，大部分區(qū)域全面返青。與過去5 a平均水平相比，推遲5 d。主要原因是返青期前6個(gè)月(2020年11月～2021年4月)，氣溫與往年同期相比降低-0.3～-3.6℃；2020年12月～2021年4月，降水與往年同期相比減少0.3～7.5 mm等。氣溫低、降水少、土壤干旱，植被返青期推遲。

從空間格局看，河南縣、同仁縣、澤庫縣、同德縣、循化縣、尖扎縣、貴德縣等東部地區(qū)返青期平均值在4月中下旬；祁連縣、天峻縣、剛察縣、德令哈市、烏蘭縣、共和縣等東北部地區(qū)返青期平均值在5月中上旬；治多縣、格爾木市、雜多縣、曲麻萊縣、囊謙縣、玉樹市、稱多縣等西南部區(qū)域返青期平均值在5月下旬至6月上旬。

2.1.2 枯黃期監(jiān)測 2021年全省草原枯黃期平均在第270 d左右，與過去5 a枯黃期持平，比2020年提早3 d。從枯黃日期來看，進(jìn)入9月份后(第244 d)為枯黃開始期，9月10日(第253 d)之前有8.1%的草原枯黃；從9月11日～20日(第254～263 d)，有23.2%的草原枯黃；9月21日～30日(第264～273 d)，新增的枯黃區(qū)域占總枯黃區(qū)域的37.49%；10月10日(第283 d)前已有88.2%的草原進(jìn)入枯黃期。

從空間格局來看，省內(nèi)西北部地區(qū)草原植被枯黃較早，東南部地區(qū)枯黃較晚。海西蒙古族藏族自治州地區(qū)枯黃日期最早，均值在第268 d(9月25日)，海東市最晚，均值在第281 d(10月8日)。草原植被枯黃期從早到晚依次為：海西蒙古族藏族自治州、海北藏族自治州、玉樹藏族自治州、果洛藏族自治州、海南藏族自治州、西寧市、黃南藏族自治州、海東市。

2.1.3 植被長勢情況 使用植被生長季的歸一化植被指數(shù)對(duì)牧草長勢進(jìn)行定量描述。7月份全省草原植被長勢最好，全省NDVI均值為0.43，最大值為0.82(圖4)。全省草原從4月開始返青，至7月達(dá)到最佳的生長狀態(tài)，8月保持較好的生長狀態(tài)后，9月和10月逐漸進(jìn)入枯黃期。

圖4 青海省4～10月份草地長勢統(tǒng)計(jì)分析

2.2 草原綜合植被蓋度

2021年全省草原綜合植被蓋度為57.8%，全省8個(gè)市(州)中，2021年度草原綜合植被蓋度最高的是海北州為69.2%，其次是黃南州為68.9%，玉樹州為62.2%，果洛州為62.0%。其余各市(州)綜合植被蓋度從高到低依次為：西寧市、海南州、海東市、海西州。

全省41個(gè)縣(市、區(qū))范圍內(nèi)，草原綜合植被蓋度最高為門源縣，最低為茫崖市。綜合植被蓋度在70%以上的縣有門源、海晏、河南、雜多、澤庫、樂都、剛察共7個(gè)，占全省縣(市、區(qū))數(shù)量的17%；在60%～70%之間的縣有15個(gè)，占全省縣(市、區(qū))數(shù)的37%；50%～60%之間的共11個(gè)，占全省縣(市、區(qū))的27%；50%以下的縣有8個(gè)，占全省縣(市、區(qū))數(shù)量的20%。全省共33個(gè)縣(市、區(qū))的草原綜合植被蓋度大于50%，主要分布在三江源、祁連山以及環(huán)青海湖等藏區(qū)6州的重點(diǎn)牧區(qū)，占全省所有牧區(qū)縣的80.5%。

圖5 2021年草原綜合植被蓋度空間分布

2.3 鮮草產(chǎn)量

2021年，全省草原鮮草平均產(chǎn)量為3 336.0 kg/hm2，比上年增加210.0 kg/hm2，增幅達(dá)到6.7%。在8個(gè)行政區(qū)域中，黃南州草原產(chǎn)草量最高為6 709.5 kg/hm2，其次是果洛州為4 221.0 kg/hm2，第三位是海北州為3 898.5 kg/hm2。

圖6 2021年青海省草原產(chǎn)草量空間分布

全省41個(gè)縣(市、區(qū))中，鮮草產(chǎn)量最高的是河南縣為8 083.5 kg/hm2，最低的是茫崖市為921.0 kg/hm2。單產(chǎn)超過6 000 kg的縣有6個(gè)，占全省41個(gè)行政區(qū)域總數(shù)的14.6%；單產(chǎn)在4 500～6 000 kg的縣有10個(gè)，占全省41個(gè)行政區(qū)域總數(shù)的24.4%，單產(chǎn)在3 000～4 500 kg的縣有8個(gè)，占全省41個(gè)行政區(qū)域總數(shù)的19.5%，單產(chǎn)在1 500～3 000 kg的縣有13個(gè)，占全省41個(gè)行政區(qū)域總數(shù)的31.7%，低于1 500 kg的縣有4個(gè)，占全省41個(gè)行政區(qū)域總數(shù)的9.8%。全省近60%的縣級(jí)行政區(qū)域草原單產(chǎn)在3 000 kg以上，近40%的縣(市、區(qū))產(chǎn)草量在4 500 kg以上，全省天然草原產(chǎn)草量以中產(chǎn)為主。

3 分析與討論

3.1 草原綜合植被蓋度平穩(wěn)增長，植被長勢總體良好

2021年全省草原綜合植被蓋度為57.8%，比上年增加0.4個(gè)百分點(diǎn)。與前5 a天然草原綜合植被蓋度均值相比，增加1.6個(gè)百分點(diǎn)，見表2。

表2 2021年度青海省天然草原綜合植被蓋度統(tǒng)計(jì)表 單位：%

與歷年數(shù)據(jù)對(duì)比分析，全省草原綜合植被蓋度整體呈逐年上升的趨勢(圖7)。

圖7 青海省歷年來草原綜合植被蓋度趨勢圖

3.2 全省草原產(chǎn)草量平穩(wěn)增長

2021年，全省草原鮮草平均產(chǎn)量為3 336 kg/hm2，比上年增加210 kg/hm2，增幅達(dá)到6.7%。與5 a均值相比，增加537 kg/hm2，增幅為19.2%，各市州的詳細(xì)情況見圖8。

圖8 青海省各市州2021年鮮草產(chǎn)量對(duì)比

與2020年相比，果洛州和玉樹州單產(chǎn)增幅明顯，黃南州產(chǎn)草量小幅增長。與5 a均值相比，草原總產(chǎn)量呈現(xiàn)較大波動(dòng)的是西寧市、海北州、海西州和海南州，其余各州均出現(xiàn)明顯增幅，且增幅較高。

3.3 討論

2021年度的草原監(jiān)測，僅對(duì)植被物候期及長勢、草原綜合植被蓋度等采用了遙感和地面相結(jié)合的方法開展監(jiān)測，產(chǎn)草量數(shù)據(jù)依然采用了地面調(diào)查的方式，沒能進(jìn)一步建立產(chǎn)草量的遙感數(shù)據(jù)模型。另外，受技術(shù)手段和數(shù)據(jù)獲取等限制，對(duì)蓋度和產(chǎn)草量出現(xiàn)的波動(dòng)也未做出進(jìn)一步的分析和解釋。目前開展的草原監(jiān)測工作，從技術(shù)方法到評(píng)價(jià)指標(biāo)等方面，尚滿足不了林草事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需求，草原生態(tài)監(jiān)測的科技支撐能力和水平亟待提升。

4 建議

4.1 拓寬技術(shù)手段，建立全方位的近實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)體系

加大國家級(jí)、省級(jí)地面定位站點(diǎn)的建設(shè)，加強(qiáng)高分辨率(多光譜、紅外、微波雷達(dá))衛(wèi)星遙感、無人機(jī)、遠(yuǎn)程高清視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、導(dǎo)航定位的推廣應(yīng)用，構(gòu)建“天空地一體化”生態(tài)監(jiān)測評(píng)估體系，提升監(jiān)測技術(shù)和手段。加強(qiáng)遙感分析與地面監(jiān)測有效銜接，努力實(shí)現(xiàn)全省草原資源的地面與遙感監(jiān)測的全域性和業(yè)務(wù)常態(tài)化，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

4.2 建立健全全省監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)草原監(jiān)測數(shù)據(jù)共享機(jī)制

在現(xiàn)有草原監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建和完善省級(jí)草原遙感監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，增強(qiáng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取與處理能力，規(guī)范數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和處理標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步加強(qiáng)多專業(yè)、多學(xué)科的聯(lián)合協(xié)作機(jī)制，增加草原監(jiān)測的科研支撐力量，積極創(chuàng)建數(shù)據(jù)共享機(jī)制，為全面做好全省草原生態(tài)保護(hù)建設(shè)提供科技支撐。