3S技术与地面调查相结合的凉州区草地资源现状及生产力评价

杨俊基,俞联平,李 昀,李新媛,陈兴荣,强文军,李金山

(1.甘肃省草原技术推广总站,兰州 730010;2.甘肃省凉州区草原站)

凉州区位于甘肃省河西走廊东端,祁连山北麓的温带大陆性干旱气候区,全区国土面积49.07万hm2,其中耕地 22.59万 hm2,境内腾格里沙漠面积达14.66万hm2,各类草场面积仅11.23万hm2,主要分布在祁连山沿山区,占全区国土面积22.89%。近年来,持续干旱的气候条件,加之超载过牧导致有限草地资源进一步退化,给武威绿洲灌溉农业的发展及石羊河流域水源补给造成了潜在的威胁。

为提高凉州区天然草原资源利用、管理、保护、建设等决策的科学性与可靠性,需要对现有草地资源数量、质量、分布、生产能力等现状重新评价。

然而目前草地资源监测大都沿用传统的地面测产方法,需要专业技术人员进行长期的地面调查,测定周期长,费用高,不能及时反映大面积草地资源及生产力变化的状况。近年来,随着遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)的一体化发展,为在时空上进行快速、精确、大尺度草地资源信息采集、定位、分析提供了技术支持[1-7]。

本研究充分利用遥感信息(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)的一体化集成技术,以陆地卫星的TM影像为数据源,在典型区调查和路线调查的基础上,结合相关专业图件和知识,对凉州区草原资源现状及其生产力进行了评价,为凉州区草原资源的保护、建设和合理利用提供科学依据。

1 研究区概况

凉州区位于河西走廊东端,祁连山北麓,地处东经102°05′20″～ 103°23′20″,北纬 37°23′20″～ 38°12′30″,年日照时数2 968 h,年均气温8℃,无霜期150 d,降水量101.6mm,蒸发量1 981.1mm,属典型的干旱大陆型气候区。现有各类草场11.23万hm2,耕地22.59万hm2,境内腾格里沙漠面积达14.66万hm2,草场面积仅占全区国土面积(49.07万hm2)的22.89%。

2 数据源及研究方法

2.2 草原类型划分 采用与20世纪80年代全国首次草原资源调查相同的草原属性界定标准和草原分类系统《中国草原类型的划分标准和中国草原类型分类系统》[8]。

2.3 研究方法

2.3.1 遥感影像处理及分类

2.3.1.1 影像纠正 以凉州区已定义地理标志的遥感影像为参照,采用多项式几何校正模型(Polynomial)对所选定的TM影像进行几何纠正。采用T ransverse Mercator投影,Krasovsky椭球体[9-10]。

2.3.1.2 影像分类、判译及草原类型划分 在目视判读的基础上,根据实地采样并结合土地利用现状图、20世纪80年代草原类型图等选取训练样本,采用最大似然法进行监督分类[9-10]。在此基础上,进一步根据植被的水平分布和垂直地带分布特点,在GIS环境下结合坡度、坡向和高程等数据,采用人机交互的方式对分类结果进行修正,提高分类精度[11-13]。

分类结果采用验证样本进行精度验证,符合分类精度要求。

2.3.2 植被指数提取及草地产草量估算 利用ERDAS软件从Landsat TM 第3、4波段提取DNVI数据,并根据天然草原鲜草产量的实测值,结合相应点NDVI采用值建立估产模型,估测凉州区天然草原产草量并计算其载畜能力[1,3,13-16]。

1)归一化植被指数计算公式:

在审美如何通达政治方面，西方马克思主义代表人物雅克·朗西埃的著作《美感论》中探讨了十四个事件，如对温克尔曼笔下赫拉克勒斯残躯的分析，“《残躯》的外表让我们看出，它既像是在对自己这幅英雄躯体完成的伟业作着回想，又像是在波浪一般的起伏涨落中对一切已经无动于衷，这座雕像上已经有了改换不停的各种身体，它就像是这样把多重外表融为一层，把多个身体化作一个，是这样而来的紧张状态让它产生了美”[3]19。朗西埃由赫拉克勒斯残躯的外在形式，看到这一雕像的极致之美，及其背后艺术审美体制的历史变迁。

其中:ρnir为红外光波段反射率,ρred为红光波段反射率。

2)草原可食鲜草产量计算公式如下:

3)草原载畜量计算公式:

每羊单位日采食量按4 kg鲜草计算;

3 结果与分析

3.1 草原资源 在遥感判读的基础上,结合相关的专业知识及外业调查资料,将凉州区天然草原划分为5个草原类(5个亚类)。

凉州区有天然草原11.23万hm2,占全区国土面积(49.07万hm2)的22.89%,其中可利用面积9.75万hm2,占全区国土面积的 19.87%,草原面积的86.82%。凉州区草原资源及生产力统计见表1。

从表1可看出,凉州区天然草原以山地丘陵温性草原为主,有草原面积6.80万hm2,其中可利用草原面积6.03万hm2,占全区草原面积的60.55%,可利用草原面积的61.90%;其次为浅山平原温性荒漠化草原,草原面积和可利用草原面积分别为2.11万hm2和1.76万hm2,分别占全区草原面积的18.83%,可利用草原面积的18.07%;凉州区有砾石质温性荒漠草原1.63万hm2,其中可利用草原面积1.31万hm2,分别占全区草原面积的14.53%,可利用草原面积的13.40%;境内分别有0.28万hm2的亚高山草甸和0.40万hm2的低平地盐化草甸,可利用草原面积分别为0.26万hm2和0.38万hm2,分别占全区草原面积的2.50%和3.59%,可利用草原面积的2.70%和3.94%。

表1 凉州区草原资源及生产力统计表

与上世纪80年代相比,凉州区耕地面积增加了0.12万hm2(除划归肃南县的祁连乡和旦玛乡),新增耕地主要分布在九敦乡、长城乡、下双乡、清源镇和发放镇 ,分别有 7 085 hm2、7 185 hm2、1 370 hm2、1 419 hm2和781 hm2,均来源于开耕腾格里沙漠边缘的荒漠草地和沙产业开发。张义镇期间开耕的山坡地,近几年因移民搬迁和退耕还草等,大部分已恢复为草地。全区天然草地面积总体变化不大,约减少0.6万hm2。

3.2 天然草原产草量及载畜能力评价 利用固定样地、路线调查定位点草原鲜草产量的实测数据,结合相应点NDVI值,建立了凉州区草原产草量估产的指数模型(y=0.052e0.036x,R2=0.502),经实测值与相应点NDVI值的相关分析,二者之间存在正相关(相关系数r=0.71,P＜0.01)。凉州区各类型草原可食鲜草产量及其载畜能力见表1。

由表1可知,凉州区天然草原以亚高山草甸草场每公顷可食鲜草产量最高,为1 451.86 kg,但由于其面积较小(仅0.26万hm2),仅提供1 568个羊单位的载畜能力;其次为山地丘陵温性草原,是凉州区面积最大的天然草地,每公顷可食鲜草产量1 033.20 kg,每羊单位所需草原面积2.83 hm2,提供2.13万羊单位的承载能力;温性荒漠化草原每公顷可食鲜草产量为966.66 kg,每羊单位所需草原面积3.78 hm2,提供4 665个羊单位的载畜能力;温性荒漠类草原每公顷可食鲜草产量 784.71kg,每羊单位所需草原面积5.81 hm2,提供约2 245个羊单位的载畜能力;低平地盐化草甸每公顷可食鲜草产量854.01kg,每羊单位所需草原面积3.11 hm2,适宜载畜能力为1 234个羊单位。

经估算,全区各类草原总可食鲜草产量9.67万t,按天然草原合理载畜量的计算方法(中华人民共和国农业行业标准)[14]推算,凉州区理论载畜量为3.10万个羊单位。

上世纪80年代凉州区天然草地平均每2.02 hm2饲养1个羊单位,全县理论载畜量5.213万羊单位,目前天然草地理论载畜量3.10万羊单位,平均每3.62 hm2饲养1个羊单位,与20年前相比草地承载能力降低了44.20%。

3.3 草原利用现状 2008年全县青干草产量0.85万t,可用于反刍家畜饲养业的农作物秸秆100.80万t,二者提供154.72万羊单位的饲草用量。当年全区牛、马、驴、骡、驼和羊存栏折合168.26万个羊单位,尚有13.54万羊单位牛羊依赖于天然草场放牧,与全区草原理论载畜量3.11万个羊单位相比,超载10.43万个羊单位,超载336.07%。由于超载过牧,已导致凉州区西部祁连山沿山区部分温性草原草场严重退化,可食牧草种类和数量明显减少而醉马草泛滥。

4 结 论

4.1 凉州区天然草原主要包括5个草原类(5个亚类)。全区有天然草原11.23万hm2(可利用面积9.75万hm2),其中山地丘陵温性草原占60.55%,浅山平原温性荒漠化草原占18.83%,砾石质温性荒漠草原占14.53%,亚高山草甸和低平地盐化草甸分别占2.50%和3.59%。

4.2 凉州区天然草原以亚高山草甸草场每公顷可食鲜草产量最高,为1 451.86 kg,其次为山地丘陵温性草原,为1 033.20 kg,以温性荒漠类草原最低,平均784.71 kg,温性荒漠化草原和低平地盐化草甸分别为966.66kg和854.01 kg。

4.3 全县各类草原适宜载畜能力(理论载畜量)为3.10万个羊单位,实际放牧家畜13.54万羊单位,超载336.07%,已造成凉州区西部祁连山沿山区部分温性草原草场的严重退化。

4.4 与上世纪80年代相比凉州区天然草地面积因开耕而减少了 0.60万 hm2,天然草地承载力降低了44.20%,由20年前的每2.02hm2饲养1个羊单位变为现在的3.62 hm2饲养1个羊单位。

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