錫林郭勒典型草原草地生物量動態監測研究＊

蘇日娜，金 花，蒙 榮

（1.內蒙古農業大學生態環境學院，內蒙古 呼和浩特 010019；2.內蒙古草原勘察規劃院，內蒙古 呼和浩特 010051；3.內蒙古農業大學，內蒙古 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，它在全球碳循環和初級生產力研究中起著至關重要的作用〔1〕。錫林郭勒草原是歐亞草原的重要組成部分，也是優良的天然放牧區，是自然生態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系統，深受氣候變化和人為活動的影響，常處于波動的變化之中。隨著人口數量的增加、人類經營活動的加大以及全球氣候的變化，草原資源在質和量上都出現了明顯的變化。

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

2 研究方法

2.1 研究區概況

研究區位于內蒙古自治區錫林郭勒盟錫林浩特 市 典 型 草 原。 北 緯 43°02′—44°52′，東 經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。總面積15 758km2，錫林浩特地區屬中溫帶干旱半干旱大陸性季風氣候，特點是風大、少雨、寒冷。年平均溫度0～3℃，年平均風速4～5m／s。年降水量200～350mm，蒸發量1 500～2 600mm。年日照時數為2 700～3 200h，日照率64%～73%，平均無霜期100～120d。

2.2 地面數據的采集

地面數據來自兩個部分，一部分在錫林浩特典型草原選取34個樣地，隨機采樣；另一部分為內蒙古草原植被動態監測數據。

2.2.1 采樣方法

野外調查主要集中在2009～2010年牧草生長季，6～8月期間，根據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3次。樣地設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測定樣方的經緯度和海拔，同時在樣方內采用常規植被調查法測定植被蓋度、草層平均高度、植物種數、群落組成及優勢物種名稱、總產草量等指標。

2.3 MODIS數據

2.3.1 MODIS數據預處理

MODIS數據的采集與地面測產同步進行，利用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 lB數據進行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），計算并提取出相應時間、相應樣地的NDVI值，并與野外地面測產數據相對應。2.3.3 數據處理軟件：ARCGIS－9.3；ERDAS－9.1

2.4 錫林郭勒典型草原草地生物量估產模型的建立

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

3 錫林郭勒典型草原草地生物量估產模型的建立及動態變化

3.1 錫林郭勒典型草原草地生物量估產模型

研究區位于錫林郭勒盟錫林浩特市典型草原，利用NDVI與草產量的關系建立估產模型是比較切實可行的。采用植被指數對草地草產量估產模型是比較成熟、應用廣泛的指數模型。錫林郭勒典型草原草地建模所采用的數據是34個樣地生長期內（6～8月）的地面測產數據和內蒙古草原植被動態監測數據。圖1為錫林郭勒典型草原的MODIS—NDVI估產曲線圖。

如圖1所示：自變量（x）為 MODIS—NDVI，因變量（y）為草產量鮮質量。由圖可知：錫林郭勒典型草地的MODIS—NDVI與草產量相關模型，反映了草地MODIS—NDVI和草產量的密切相關性，相關指數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比較

在西部大開發及京津風沙源治理工程建設的10年，錫林郭勒典型草原，整體出現好轉。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 結論

4.1 通過NDVI指數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據實施監測草地生物量變化是可行的。

4.2 錫林郭勒典型草原草產量均有提高，植物群落朝著趨于穩定的方向發展。2005年錫林郭勒典型草原平均產量比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量比2005年增加了299kg／hm2，提高了15.9%。

4.3 通過監測顯示，西部大開發及京津風沙源治理工程建設的10年間，錫林郭勒典型草原植被恢復情況比較明顯。

〔1〕史培軍，李博，李忠厚，湖濤 .大面積草地遙感估產技術研究——以內蒙古錫林郭勒草原估產為例 .草地學報，1994，1.

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

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

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

〔5〕中國科學院內蒙寧夏綜合考察隊 .內蒙古自治區及東北西部地區地貌〔M〕.北京：科學出版社，1980.

〔6〕陳述彭 .自然環境變遷的遙感監測與預報〔J〕.地學的探索，1990，124－129.

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

〔8〕李建龍，等 .利用遙感環境資料進行草原大面積估產研究〔J〕.草業科學，1996，2：14－20.

〔9〕裴浩，敖艷紅 .草地植被監測中背景影響的訂正〔J〕.中國農業資源與區劃，1998，No.5.

〔10〕裴浩，范一大 .新的植被指數的探討〔J〕.內蒙古氣象，1993，No.5.