基于3S技术的夏河县天然草原的载畜能力评价

王炳煜 ，韩天虎，孙 斌，冯 今，李 福 ，王红霞，唐建明 ，马隆喜，曹国顺

（1.甘肃省草原技术推广总站，兰州 730010；2.甘肃省夏河县草原站）

目前，我国有90%的可利用天然草原不同程度的退化，草原生态环境日益恶化，直接影响到牧民的生产、生活和牧区的经济发展。而造成草原大面积退化的原因，除自然因素外，草原超载过牧是一个很重要的因素。消除超载过牧现象，一方面需要牧民按照草原的合理载畜能力进行生产，另一方面需要草原执法部门对超载过牧现象进行惩治，这就需要有一个针对各行政单位的天然草原的合理载畜能力评价。本文通过先进的3S技术对地面监测数据和遥感数据进行分析，对夏河县各行政乡的天然草原的合理载畜能力进行分析评价，为草原生产和草原执法提供数据依据。

1 研究区概况

夏河县位于甘肃省西南部，甘南藏族自治州西北部，东经 101°42′～103°24′，北纬 34°32′～35°34′。地处青藏高原东北端，与黄土高原交接，地势西北高东南低，海拨2 200～3 600 m。境内大陆高原性气候特征明显，寒冷阴湿，长冬无夏，牧草生长期短，光、热、水匹配不良，≥10℃有效积温684～1 200℃，冰雹、霜冻、强降温、暴风雪、洪涝等气象性灾害频繁而严重。土地总面积62.73万hm2，其中天然草原面积50.27万hm2，占土地总面积的80.1%，可利用草场占草场总面积的98%。水资源较为丰富，黄河支流大夏河和洮河贯穿境内东部和南部。

2 数据源及研究方法

2.1 地面测产数据 选取夏河县（包括合作市）的重点草地类型区，于2008年、2009年8月对各类草地进行野外测产，草本样方为1 m2，灌木样方为10 m×10 m，共采集75个地面测产数据。采集数据还包括经纬度（精度为5 m），群落组成、优势种、盖度、高度等数据，为模型分析提供参考信息。

2.2 MODIS数据

2.2.1 MODIS数据预处理 采用与地面测产同期的中科院地理科学与资源研究所全球变化信息研究中心接收的MODIS数据，经辐射纠正和地理纠正生成标准的MODIS 1B数据。对MODIS 1B数据进行BOWTIE处理、大气校正、几何精校正和去云处理［1］，每个像元为250 m ×250 m。

2.2.2 归一化植被指数NDVI的计算 选取MODIS数据的 1、2 通道，采用以下公式［2］：NDVI=（NIR-RED）/（NIR+RED）

式中：RED为红波段，NIR为近红外波段。

计算并提取出相应地面监测点的NDVI值，共得到2种草地类型75个NDVI值，与75个地面测产数据相对应。

2.3 草地草产量估产模型的建立和生产力反演 利用75对地面监测点草原鲜草产量的实测数据和与之对应的NDVI值建立估产指数模型。在Erdas中利用指数模型对全县2008年、2009年草产量进行了反演，得出全县产草量分布图，统计各乡镇的产草量的最大值、最小值、平均值，并通过moder模块将反演产草量转化为载畜量，并绘制全县载畜能力分布图。2008年地面监测点对应的反演产量，与实测产量作t检验，对估产模型进行验证。提出的草原可食鲜草产量、载畜能力计算采用如下公式［3-4］：

注：羊单位日食量为1.8 kg标准干草。

3 结果与分析

3.1 建立夏河县草原估产模型y=299.406 9e0.0004x，R2=0.51。用2008年的146个地面样方产量与用估产模型反演的产量进行t检验，差异不显著（P>0.05）。此模型可以反演实际产草量［5］。

3.2 在ArcGIS中统计出夏河县各乡的鲜草产量及理论载畜量［6］（见表1），结果显示，夏河县全县平均鲜草产量为5 824 kg/hm2，平均载畜能力为1.46羊单位/（hm2·年），其中曲奥、科才、桑科三乡的平均鲜草产量、平均载畜能力最高，在 6 000 kg/hm2、1.5 羊单位/（hm2·年）以上，卡加曼最低，在4 500 kg/hm2、1.1羊单位/（hm2·年）以下。

表1 夏河县各乡草原产草量及理论载畜量

4 讨论

4.1 用2009年的地面数据结合NDVI数据建立了估产模型，并用2008年的地面数据对估产模型进行验证，证明估产模型本身的正确性及跨年度使用性。但仍发现反演值与地面监测值差距稍大。将估产模型真正用于草原产量估测，天然草原产草量的估测作为合理载畜能力评价的中间纽带，联系着有限的地面监测数据和全县各点的载畜量，它的准确度至关重要，因此，还需对估产模型进行微调。同时两年的数据在说服力上也稍显单薄。

4.2 本文给出的平均理论载畜量、理论载畜量范围乘以全县、全乡、或牧民承包的天然草原面积，可计算出每家牧户的合理养畜量，可将此数据作为草原载畜能力评价的依据。一方面提供给牧民，使其在此基础上进行有计划地放牧生产，即全年实际总载畜量不能超过此数据，也不能过低于此数据，达到草畜平衡；另一方面提供给草原执法部门，可作为草原超载执法的一种数据依据，超过此数据可视为超载过牧现象，依法进行惩治。但本研究结果的合理性还需进一步验证。

4.3 在有精确的各牧户的草场承包区域图后，可以在ArcGIS中计算出各牧户的草场理论载畜量，从而增加草原超载执法的准确度和公正性。

［1］董永平，吴新宏，戎郁萍.草原遥感监测技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］王兮之，杜国桢，梁天刚，等.基于RS和GIS的甘南草地生产力估测模型的构建及其降水量空间分布模式的确立［J］.草业学报，2001（2）：95-102.

［3］苏大学，孟友达，武保国，等.天然草原合理载畜量的计算［S］.中华人民共和国农业行业标准（NY/T635-2002），2002.

［4］杨俊基，俞联平，李昀，等.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［J］.中国草食动物，2010，30（2）：46-49.

［5］赵冰茹，刘闯，刘爱军，等.利用MODIS-NDVI进行草地估产研究——以内蒙古锡林郭勒草地为例［J］.草业科学，2004，21（8）：12-15.

［6］吴秀芹.Arcgis 9地理信息系统应用与实践［M］.北京：清华大学出版社，2007.