基于3S技術的夏河縣天然草原的載畜能力評價

王炳煜 ，韓天虎，孫 斌，馮 今，李 福 ，王紅霞，唐建明 ，馬隆喜，曹國順

（1.甘肅省草原技術推廣總站，蘭州 730010；2.甘肅省夏河縣草原站）

目前，我國有90%的可利用天然草原不同程度的退化，草原生態環境日益惡化，直接影響到牧民的生產、生活和牧區的經濟發展。而造成草原大面積退化的原因，除自然因素外，草原超載過牧是一個很重要的因素。消除超載過牧現象，一方面需要牧民按照草原的合理載畜能力進行生產，另一方面需要草原執法部門對超載過牧現象進行懲治，這就需要有一個針對各行政單位的天然草原的合理載畜能力評價。本文通過先進的3S技術對地面監測數據和遙感數據進行分析，對夏河縣各行政鄉的天然草原的合理載畜能力進行分析評價，為草原生產和草原執法提供數據依據。

1 研究區概況

夏河縣位于甘肅省西南部，甘南藏族自治州西北部，東經 101°42′～103°24′，北緯 34°32′～35°34′。地處青藏高原東北端，與黃土高原交接，地勢西北高東南低，海撥2 200～3 600 m。境內大陸高原性氣候特征明顯，寒冷陰濕，長冬無夏，牧草生長期短，光、熱、水匹配不良，≥10℃有效積溫684～1 200℃，冰雹、霜凍、強降溫、暴風雪、洪澇等氣象性災害頻繁而嚴重。土地總面積62.73萬hm2，其中天然草原面積50.27萬hm2，占土地總面積的80.1%，可利用草場占草場總面積的98%。水資源較為豐富，黃河支流大夏河和洮河貫穿境內東部和南部。

2 數據源及研究方法

2.1 地面測產數據 選取夏河縣（包括合作市）的重點草地類型區，于2008年、2009年8月對各類草地進行野外測產，草本樣方為1 m2，灌木樣方為10 m×10 m，共采集75個地面測產數據。采集數據還包括經緯度（精度為5 m），群落組成、優勢種、蓋度、高度等數據，為模型分析提供參考信息。

2.2 MODIS數據

2.2.1 MODIS數據預處理 采用與地面測產同期的中科院地理科學與資源研究所全球變化信息研究中心接收的MODIS數據，經輻射糾正和地理糾正生成標準的MODIS 1B數據。對MODIS 1B數據進行BOWTIE處理、大氣校正、幾何精校正和去云處理［1］，每個像元為250 m ×250 m。

2.2.2 歸一化植被指數NDVI的計算 選取MODIS數據的 1、2 通道，采用以下公式［2］：NDVI=（NIR-RED）/（NIR+RED）

式中：RED為紅波段，NIR為近紅外波段。

計算并提取出相應地面監測點的NDVI值，共得到2種草地類型75個NDVI值，與75個地面測產數據相對應。

2.3 草地草產量估產模型的建立和生產力反演 利用75對地面監測點草原鮮草產量的實測數據和與之對應的NDVI值建立估產指數模型。在Erdas中利用指數模型對全縣2008年、2009年草產量進行了反演，得出全縣產草量分布圖，統計各鄉鎮的產草量的最大值、最小值、平均值，并通過moder模塊將反演產草量轉化為載畜量，并繪制全縣載畜能力分布圖。2008年地面監測點對應的反演產量，與實測產量作t檢驗，對估產模型進行驗證。提出的草原可食鮮草產量、載畜能力計算采用如下公式［3-4］：

注：羊單位日食量為1.8 kg標準干草。

3 結果與分析

3.1 建立夏河縣草原估產模型y=299.406 9e0.0004x，R2=0.51。用2008年的146個地面樣方產量與用估產模型反演的產量進行t檢驗，差異不顯著（P>0.05）。此模型可以反演實際產草量［5］。

3.2 在ArcGIS中統計出夏河縣各鄉的鮮草產量及理論載畜量［6］（見表1），結果顯示，夏河縣全縣平均鮮草產量為5 824 kg/hm2，平均載畜能力為1.46羊單位/（hm2·年），其中曲奧、科才、?？迫l的平均鮮草產量、平均載畜能力最高，在 6 000 kg/hm2、1.5 羊單位/（hm2·年）以上，卡加曼最低，在4 500 kg/hm2、1.1羊單位/（hm2·年）以下。

表1 夏河縣各鄉草原產草量及理論載畜量

4 討論

4.1 用2009年的地面數據結合NDVI數據建立了估產模型，并用2008年的地面數據對估產模型進行驗證，證明估產模型本身的正確性及跨年度使用性。但仍發現反演值與地面監測值差距稍大。將估產模型真正用于草原產量估測，天然草原產草量的估測作為合理載畜能力評價的中間紐帶，聯系著有限的地面監測數據和全縣各點的載畜量，它的準確度至關重要，因此，還需對估產模型進行微調。同時兩年的數據在說服力上也稍顯單薄。

4.2 本文給出的平均理論載畜量、理論載畜量范圍乘以全縣、全鄉、或牧民承包的天然草原面積，可計算出每家牧戶的合理養畜量，可將此數據作為草原載畜能力評價的依據。一方面提供給牧民，使其在此基礎上進行有計劃地放牧生產，即全年實際總載畜量不能超過此數據，也不能過低于此數據，達到草畜平衡；另一方面提供給草原執法部門，可作為草原超載執法的一種數據依據，超過此數據可視為超載過牧現象，依法進行懲治。但本研究結果的合理性還需進一步驗證。

4.3 在有精確的各牧戶的草場承包區域圖后，可以在ArcGIS中計算出各牧戶的草場理論載畜量，從而增加草原超載執法的準確度和公正性。

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