草畜平衡遙感監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用研究

李積雲(yún)

摘 要：該文將研究基于多源觀測數(shù)據(jù)的草畜平衡監(jiān)測、管理方法，通過關(guān)鍵技術(shù)突破，建立草畜平衡的遙感與地面時空動態(tài)監(jiān)測模型，搭建現(xiàn)代牧業(yè)監(jiān)測、管理平臺，為監(jiān)測部門提供高精度、多尺度、連續(xù)過程的區(qū)域草畜平衡遙感監(jiān)測信息，為青藏高原地區(qū)牧民提供最優(yōu)化放牧制度提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：青藏高原;草畜動態(tài)平衡;現(xiàn)代畜牧業(yè)管理平臺

1.主要研究內(nèi)容

針對青藏高原超載過牧造成的草原大面積退化沙化、草原生態(tài)系統(tǒng)破壞、畜牧產(chǎn)業(yè)效益下滑等問題，以加強草畜平衡管理、形成可持續(xù)的草畜關(guān)系、提升生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展水平為目標(biāo)，建立草場資源和牲畜活動信息快速獲取、動態(tài)更新的草畜平衡數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建具有產(chǎn)草量、載畜量與草地退化評估，草畜動態(tài)平衡模擬分析，放牧制度優(yōu)化送等功能的模型知識庫，集成開發(fā)草畜動態(tài)平衡評估與預(yù)測、草場資源規(guī)劃管理、新型放牧制度制定等應(yīng)用功能的監(jiān)測平臺。

1.1.草畜信息獲取分析關(guān)鍵技術(shù)

草地資源的遙感監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)

針對本文研究內(nèi)容，參考我國典型地物波譜數(shù)據(jù)庫的建設(shè)經(jīng)驗，制定知識庫的總體框架和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，綜合利用地物波譜數(shù)據(jù)、地表過程模型和遙感尺度轉(zhuǎn)換模型，建立反映草地資源遙感參數(shù)的時空變化信息與模型關(guān)聯(lián)的遙感知識庫系統(tǒng)。

對草地資源遙感數(shù)據(jù)進行地表參數(shù)反演。基于草地資源遙感知識庫，利用遙感易獲取、快速的優(yōu)勢，結(jié)合示范區(qū)實地觀測數(shù)據(jù)，對當(dāng)草畜平衡遙感參數(shù)的反演模型進行研究，通過現(xiàn)有模型，得到對草畜平衡具有較大影響的參數(shù)，如對TVDI、LST進行監(jiān)測，并進行實地驗證，評價草畜平衡遙感參數(shù)的準(zhǔn)確度和有效性。重點研究遙感反演中的多源數(shù)據(jù)和模型的協(xié)同反演問題，發(fā)展融合光學(xué)遙感模型與經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷牟菪笃胶膺b感參數(shù)混合反演模式。

建立時間序列多尺度草地資源遙感監(jiān)測模型。將多源遙感數(shù)據(jù)與描述草畜平衡等時空多變生態(tài)參數(shù)的地表過程模型相結(jié)合，在多尺度遙感數(shù)據(jù)地表參數(shù)反演算法的基礎(chǔ)上，將參數(shù)隨時間變化的信息引入草畜平衡遙感監(jiān)測模型中，建立時間序列多尺度草畜平衡遙感監(jiān)測模型的動態(tài)反演模型，利用過程模型提供的草畜平衡的動態(tài)變化規(guī)律，將模型的模擬和時間序列的多尺度遙感數(shù)據(jù)通過多尺度反演模型相結(jié)合，提高給定時刻地草畜平衡的評估精度。

1.2.草畜平衡動態(tài)監(jiān)測平臺構(gòu)建

草畜平衡動態(tài)監(jiān)測平臺集成上述監(jiān)測技術(shù)，建立草畜動態(tài)平衡分析及應(yīng)用模型方法庫;整合草地信息綜合監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)源，建立草畜信息數(shù)據(jù)庫;調(diào)查分析青藏高原畜牧業(yè)相關(guān)流程標(biāo)準(zhǔn)，建立畜牧生產(chǎn)知識庫;在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建草畜平衡動態(tài)監(jiān)測平臺，為草畜平衡應(yīng)用及畜牧業(yè)生產(chǎn)提供全方位的服務(wù)。

1.3.草畜動態(tài)平衡應(yīng)用與新型放牧制度建立

基于草畜平衡動態(tài)監(jiān)測平臺集成的一體化監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、畜牧業(yè)相關(guān)知識庫及模型方法庫，開展草地資源評估及區(qū)劃、草畜平衡測算及評估兩方面的應(yīng)用，為青藏高原生態(tài)畜牧業(yè)生產(chǎn)流程提供全方位的服務(wù)。

（1）草地資源評估及區(qū)劃

草地資源評估是進行草地載畜量、草業(yè)規(guī)劃、生態(tài)評價、草原退化監(jiān)測的基礎(chǔ)。一般包括草地生產(chǎn)力、草地退化指標(biāo)、土壤水分與肥力等重要指標(biāo)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在利用衛(wèi)星遙感資料進行牧草資源質(zhì)量的估測方面做了大量的研究和實踐。擬充分考慮青藏高原草地資源特征，提出草地資源的估測指標(biāo)體系，構(gòu)建綜合的牧草產(chǎn)量與質(zhì)量估測模型。

（2）草畜平衡測算及評估

對草畜平衡關(guān)鍵因素進行定量的分析和判斷，是采取措施促進實現(xiàn)草畜平衡的前提。定量分析的基本點在于比較草原理論載畜量和實際載畜量的差異，從而確定草原是否超載及超載的程度，在此基礎(chǔ)上再確定需要采取的措施。主要包括以下因素：

①理論載畜量

載畜量是指以放牧為基本利用方式，以放牧季節(jié)內(nèi)適度放牧為原則，包含放牧?xí)r間、家畜數(shù)目、草原面積三項因素的一種評定草原生產(chǎn)能力的指標(biāo)。因此，載畜量是指以一定的草原面積，在放牧季內(nèi)以放牧為基本利用方式（也可以適當(dāng)配合割草），在放牧適度的原則下，能夠使家畜良好生長及正常繁殖的放牧?xí)r間及放牧頭數(shù)。

②單位面積產(chǎn)草量的問題

主要是草原的空間異質(zhì)性對草原測產(chǎn)的影響：北方的干旱半干旱草原空間異質(zhì)性明顯，樣方的選取要具有足夠的代表性，否則會失之毫厘，謬以千里。樣方測產(chǎn)最好具有一致性，不同的工作者因為工作方法的差異得出的數(shù)據(jù)往往具有一定的差異。其次，草原的年際動態(tài)變化對草原測產(chǎn)的影響：草原的產(chǎn)草量年際間變化很大，如內(nèi)蒙古的草原產(chǎn)草量豐年和欠年之間可相差2～4倍，若要明確長時間的飼草供給規(guī)律，需要了解草原大時空尺度的動態(tài)平衡。由于我國的GPS技術(shù)用于草原測產(chǎn)的歷史并不長，草原產(chǎn)草量連續(xù)幾年的數(shù)據(jù)并不容易獲得。即便得到草原產(chǎn)草量的連續(xù)數(shù)據(jù)，侯向陽等指出草原的產(chǎn)草量并不存在一個平衡的靜態(tài)，以多年產(chǎn)草量的平均數(shù)定畜也不科學(xué)。

③實際載畜量

在進行實際載畜量計算時，要將牲畜的飼養(yǎng)情況轉(zhuǎn)化為對草的需要量，也就是羊單位或牛單位。羊單位是指一只母羊帶一只羊羔在草原上放牧一年所需要的飼草量或所需要占用的草原面積數(shù)。在將牲畜頭數(shù)轉(zhuǎn)化為羊單位的算法上，目前有三種不同的方法法，一是根據(jù)羊單位的概念將年底存欄羊頭數(shù)直接轉(zhuǎn)為羊單位;二是用年初存欄頭數(shù)加當(dāng)年出欄頭數(shù)也就是飼養(yǎng)量轉(zhuǎn)化為羊單位;三是用牧區(qū)的牧業(yè)年度存欄數(shù)，即每年6月底的存欄數(shù)進行轉(zhuǎn)化，也就是冬季產(chǎn)羔期過后穩(wěn)定存欄的羔羊數(shù)和成羊數(shù)的和。我們將比較三種方法結(jié)果和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取最合適青藏高原實際情況的方案。

2.結(jié)論

考慮到草原生產(chǎn)的季節(jié)性，需要提出“草地資源限量，時間機制調(diào)節(jié)，經(jīng)濟杠桿制約”的可持續(xù)的新型放牧制度。主要內(nèi)容為：基于草地飼草生產(chǎn)力、家畜需求量、季節(jié)性變化，以及季節(jié)性差異等參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定草地可以放牧利用以及必須舍飼圈養(yǎng)的時間，建立以休牧?xí)r間為主要指標(biāo)的草畜平衡監(jiān)測和管理制度。針對草畜平衡可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，在建立對草地資源、牲畜以及放牧作業(yè)的遙感與地面一體化監(jiān)測基礎(chǔ)上，充分考慮草地資源產(chǎn)草量、載畜量、牲畜需飼量、市場需求量等因素，研究放牧制度的空間優(yōu)化技術(shù)。采用劃區(qū)輪牧的方式，建立可持續(xù)的草畜動態(tài)平衡優(yōu)化目標(biāo)，再利用啟發(fā)式的空間智能優(yōu)化算法（遺傳算法、蟻群算法等），制定新型的科學(xué)、合理、高效的放牧制度。

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