基于3S技術對河北壩上地區草原害鼠宜生區劃定研究
——以豐寧縣為例

高登滿 李鐵龍 王利民 李艷華 閆科技 赫 磊

（1.河北省豐寧林管處草原林場，河北 豐寧 068350；2.山西省林業和草原局，山西 太原 030000）

河北省西部環山，北部是壩上高原，東臨渤海，東南部是華北大平原。全省總面積18.77萬km2，現有草地約4.74萬km2，占全省總面積的25.25%，其中可利用草地約有4.11萬km2，占草地總面積的86.78%。而河北壩上地區擁有130多萬km2的天然草原，約占全省草原總面積的30%。河北省草原害鼠年危害面積4.32萬km2，占全省草原總面積的8.6%，草原害鼠都是植食性種類，不同種類的食性存在差異，蝗蟲的分布與植物分布有關；不同草地類型有不同的蝗蟲類群發生，蝗蟲優勢種類也常因植被類型的不同而有所差異。許鵬等人研究發現蝗蟲群落結構與宜生區內的草地類型緊密相關。河北省草原害鼠最高蟲口密度達917頭/m2，平均蟲口密度達50.5頭/m2，其災害已經成為我省重要自然災害之一，需進行綜合防治。

草原害鼠宜生區是指適宜于某種草原害鼠生長發育的區域。該區域應具有相同或相似的生態環境，草原害鼠形成一定種群數量，可能形成危害。草原害鼠危害可造成草地退化、沙化、水土流失，造成草地生產能力的下降，草地生態環境日趨惡化。因此，要充分利用現代化的技術手段，把防治草原害鼠的工作由長期的被動防治轉變為有計劃的主動防治，建立起有效的草原害鼠宜生區監測體系。

3S技術的發展為草原害鼠的監測和防治提供了新的方法和技術支持。3S技術是以RS（遙感，remote sensing）、GIS（地理 信息 系統，geographic information system）、GPS（全球定位系統，global position system）三者獨立技術中的有關部分與其他高新技術領域的相關部分有機構成一個整體結合而形成的一項新的綜合技術。倪紹祥等自1996年以來在青海湖地區利用3S技術對草地蝗蟲的發生、動態變化規律、蝗蟲的預測模型、預測系統等方面都進行了探索研究。3S技術已廣泛應用于病蟲害的預測預報方面，實現了很多常規方法無法達到的技術要求，節省了大量人力物力，取得了豐碩的成果和寶貴經驗。而將3S技術應用于草原害鼠宜生區劃定方面的研究還未見報道，本試驗通過運用3S技術對蝗蟲宜生區不同生態因子進行量化，從而確定各生態因子對蝗蟲發生的宜生指數，獲得草原害鼠宜生區域分布圖，為后續草原害鼠的有效防治提供依據。

1.研究方法

1.1 試驗地概況

豐寧滿族自治縣位于承德市北部，介于東經115o55'～117o23'，北緯40o54'～42o01'之間，平均海拔1050米。自然地貌由東南向西北呈階梯性增高，分為壩下淺山區、接壩深山區、壩上高原區三個不同類型的地貌單元。全縣草原面積大約有44.13萬公頃，占土地總面積的50.4%。該縣是河北省草原害鼠為害嚴重的區域，年發生草原害鼠為害總面積約2.33-2.67萬公頃。

1.2 試驗方法

1.2.1 生態因子選擇

本研究主要選擇了非生物因子，包括氣候因子（溫度、降雨量）、草原類型立地類型（坡度、坡向等）等。

1.2.2 數據準備

a. 收集整理多年地面調查數據

根據選擇的生態因子整理調查數據：如樣點的地理位置、海拔高度、坡度、坡向、植被蓋度、地上生物量、草原類型、土壤類型等信息。

b. 收集專題圖件

收集行政區劃、土壤類型、草原類型、地上生物量、數字高程、溫度、降水等基礎圖件。

c. 遙感影像

選用由農業農村部全國畜牧總站提供的2015年8月LandsatTM8影像，影像進行了校正和重投影處理。

d. DEM影像數據

數字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM，它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。亦由農業部全國畜牧總站提供的空間分辨率為90m的SRTM-DEM。DEM除了包括地面高程信息外，還可以派生地貌特性（包括坡度、坡向等），以及計算地形特征參數（包括山峰、山脊、平原、位面、河道和溝谷等）。

本研究中按照豐寧區域經緯度查找DEM數據文件。使用ERDAS 的Mosaic Images工具對涉及豐寧的兩幅DEM影像進行拼接和重投影，保持與遙感影像的坐標和投影一致。

1.2.3 生成宜生指數圖

a.量化地面抽樣數據

根據草原害鼠種群數量和危害次數對草原害鼠發生程度進行量化，見表1。

表1 草原害鼠發生程度量化值

b. 對不同生態因子進行量化

依據不同生態因子對草原害鼠發生的影響程度，對各項生態因子地面抽樣數據進行量化，定性數據分屬性量化，定量數據分區間量化。豐寧的草原類型就屬于定性數據，坡度數據為定量數據。

c. 建立宜生指數模型

利用地面抽樣數據，采用多指標綜合加權模型，建立生態因子和草原害鼠發生程度量化數據間的宜生指數模型。各因子加權值為1。

式中n為宜生因子個數；Wi為第i個生態因子的權重；Ei（X，Y，Z）為空間上任何一點的宜生指數；SR（X，Y，Z）為綜合宜生指數

實例模型:本次豐寧宜生區劃定試驗點采用的模型是

（$n1_grass*0.7+$n3_precip*0.3）*$n2_slope/100

草原類型（grass）、降水（precip）分別占0.7和0.3權重線性加權，之后坡度作為發生規律協同因子。模型在ERDAS環境下輸入完成后進行保存，點擊模型按鈕進行運算。

d. 宜生指數復合運算生成宜生指數圖

利用ERDAS軟件Modeler中的Modeler Maker模塊，按照建立的模型，將各生態因子生成的量化柵格圖進行空間運算，生成宜生指數圖。

圖1 宜生指數圖運算模型

2.研究結果

2.1 豐寧縣草原害鼠宜生指數圖

按照上述方法對豐寧縣全境草原基于草原類型、氣候、土壤、坡度、坡向、海拔等各方面因素，以及2015年TM8影像，利用創建的模型在ERDAS軟件環境下進行運算，得出了豐寧縣草原害鼠宜生指數圖，即圖2。

圖2 豐寧縣草原害鼠宜生指數圖

從宜生指數區域圖的分布情況可以看出，草原害鼠在豐寧縣的各鄉鎮都有分布，并且在各鄉鎮的分布多少和位置各不相同；從圖中各地區不同顏色可以明顯看出，草原害鼠宜生區主要分布在豐寧壩上及接壩地區，尤其以大灘鎮、魚兒山鎮、外溝門鄉、草原鄉分布比例較大，宜生指數較高。

2.2 豐寧縣草原害鼠宜生指數屬性表

由圖3可知，豐寧縣草原害鼠宜生指數分級較多，各層次的草原害鼠宜生區占據像元數（一個像元=30*30米）在各級的分布各不相同。其中，宜生指數為35的像元數值最大，有851399個，合計76622.08公頃；宜生指數為0的像元數值最小，有50101個，合計4508.86公頃；宜生指數為3、5、10、15、20、35、45、50的像元數均已超過兩萬。像元數越大，宜生區草原害鼠分布面積越廣，數量越多。

圖3 豐寧縣宜生指數屬性

3.討論

在蝗蟲危害的動態監測中，有蝗災規律與環境相互關系的機理研究和草原害鼠空間分布型與抽樣技術、物理化學監測技術等方面的研究。但是這些傳統的監測方法實時性差，對于大范圍的宏觀動態監測不能進行，要明確特定生態系統的可入侵性以及入侵與災變的關系是很困難的。預測的方法主要有觀測法、實驗法、數理統計法等，實驗法和觀測法的工作量大，實驗法一般用在中、短期預報，時效期很短，而觀測法的可靠性又差，數理統計的范圍有限。本研究采用了“3S”技術，宜生區用GPS采集足夠的樣點數據做支持，并與TM影像數據進行耦合，最后在地理信息系統中進行數據處理，成為保證宜生區準確劃定的重要技術手段。

草原害鼠發生和消長的影響因子較多，很多研究中采用的蝗蟲生境監測指標有植被蓋度、草原類型、土壤類型、降雨量等方面，也有利用遙感技術獲取與蝗蟲密切相關的各種生境因子，結合GIS技術研究蝗蟲的生境因子對東亞飛蝗生育周期的影響機理。而本研究則較全面地采用溫度、降雨量、草原類型、坡度、坡向等因子作為主要影響因子，并結合了樣點的地理位置、海拔高度、坡度、坡向、植被蓋度、地上生物量、草原類型、土壤類型等信息，還對行政區劃、數字高程等基礎圖件進行收集，并選用由農業農村部全國畜牧總站提供的2015年8月LandsatTM8影像，農業農村部全國畜牧總站提供的空間分辨率為90m的SRTM-DEM。按照豐寧區域經緯度查找DEM數據文件，使用ERDAS 的Mosaic Images工具對涉及豐寧的兩幅DEM影像進行拼接和重投影，保持與遙感影像的坐標和投影一致,最終得到了豐寧區的草原害鼠宜生指數圖。

本研究結果與實地調查的草原害鼠分布區域基本一致，技術方法可行，省時省工，準確性高，能夠作為草原害鼠宜生區的劃定研究的技術方法。“3S”技術具有高度的實用性和方便性，在草原害鼠宜生區劃定研究中草原害鼠的信息系統可以快速更新，可以為草原害鼠監測管理部門提供草原害鼠防治的決策依據，具有廣泛的應用前景。該方法既加快了對草地資源的宏觀監測速度，又能夠快速、準確地反映草原害鼠的動態變化；可廣泛應用于草原害鼠的監測研究中，為草原害鼠危害的預測預報工作提供新思路、新方法，并且可以作為河北省草原保護建設新技術應用的一項成果。

結論

經分析，豐寧縣的草原害鼠宜生區域指數圖得知草原害鼠宜生區主要分布在豐寧縣的壩上及接壩地區，大灘鎮、魚兒山鎮、外溝門鄉、草原鄉分布比例居多，宜生指數較高。本研究結果可以準確快速地進行草原害鼠的宜生區劃定，具備向整個壩上地區推廣應用的基礎條件，可作為河北省草原保護建設新技術應用的一項成果，建議結合蝗蟲種類對宜生區劃定作進一步研究。