广西草地生物量遥感估测研究——以灌阳县为例

汤传勇刘 敏史莎娜任立研

（1.广西国土资源规划院，广西 南宁 530022；2.北部湾环境演变与资源利用教育重点实验室（广西师范学院），广西 南宁 530001）

广西草地生物量遥感估测研究
——以灌阳县为例

汤传勇1刘 敏1史莎娜2任立研1

（1.广西国土资源规划院，广西 南宁 530022；2.北部湾环境演变与资源利用教育重点实验室（广西师范学院），广西 南宁 530001）

根据2012年草地资源调查数据库成果，结合2015年土地变更调查成果，基于遥感卫星影像（ZY1和RapidEye）提取灌阳县的植被指数，建立野外调查样本数据和归一化植被指数（NDVI）的线性回归分析模型，估测灌阳县2015年草地可食鲜草量为49862.75吨，测算灌阳县草地理论载畜量为38706个羊单位。灌阳县的草地生物量遥感估测研究，有助于初步摸清畜牧业发展潜力，调整和优化农业产业结构，推进广西草食动物的产业化进程，为广西草食动物产业发展“十三五”规划实施提供参考。

草地资源调查；遥感估测；归一化植被指数；灌阳县

草地生物量代表草地第一性生产的水平，是反应草地状况最直接的指标[1]。草地遥感科学是一现代遥感技术和地理信息系统与草地科学相联系，从而应用于草业生产全过程的一门新兴边缘学科[2]，与传统的草地资源调查相比，遥感监测覆盖范围广、更新速度快、精度高、耗费低，能实时动态监测大面积草地资源状况[3]。

随着遥感和地理信息系统技术的发展，国内外学者对全球草地资源承载力和动态监测方面开展较多的研究和探讨。1994年，Friedl等采用Landsat-TM影像和线性递减模型分析了草地生物量[4]；1998年，Purevdor J T等人利用AVHRR遥感资料计算植被指数，估测了蒙古国和日本研究区的草地资源覆盖率[5]；2001年，吴全等人基于3S技术构建中国西部草地分类地理数学模型和菜地资源信息系统[6]；2003年，李建龙等人采用3S技术和生态系统分析的方法开展了新疆阜康县草地农业资源动态监测和大面积估产研究[7]。2008年，俞联平等人完成了甘肃省甘州区天然草原草地类型划分、植被指数提取、草地产草量估产模型构建及生产力评价的研究[8]；2010年，李昀等人采用 TM卫星影像，利用归一化植被指数构建草地产草量估测模型，估测了甘肃省景泰县的草地生物量[9]；2016年，张存厚等人采用CENTURY模型模拟了内蒙古草原1961-2010年间载畜量时空动态，进行了载畜量与主要气象因子的相关分析[10]。2012年广西草地监理中心和广西国土资源

规划院合作开展灌阳县草地资源调查，首次采用3S技术获取草地资源类型和空间分布[11]。本次以灌阳县为试点，根据2015年土地变更调查成果更新2012年灌阳县草地资源数据库，开展灌阳县草地生物量遥感估测研究，为广西草食动物产业发展提供科学的参考。

1 研究区概况

灌阳县地处广西东北部，东邻湖南省江永县，南接广西恭城县，西交广西兴安县，北毗广西全州县，位于110°43＇～111°21＇E，25°10＇～25°46＇N。灌阳县属中亚热带季风气候，年平均气温17.9℃，最高气温39℃，最低气温-5.8℃，年平均降雨量1538.4毫米。县域内地势南高北低，均为南北走向，最高峰为天花板山，海拔 630.3m，最低是灌江，海拔240.0m。

2 数据源及研究方法

2.1 数据源

遥感数据源：ZY1和RapidEye遥感影像来源于广西土地变更调查成果；土地利用现状数据：来源于广西土地利用变更调查成果；灌阳县草地资源调查数据库来源于2012年灌阳县草地资源调查成果。

2.2 研究方法草地生物量的遥感估算研究方法是利用遥感影像提取含有植物的光谱曲线特征遥感光谱信息，建立与实测草地采样点的生物量之间的相关数学模型，结合2015年更新的草地资源数据库中草地资源的空间属性分布信息剔除非草地资源，从而根据数据模型反演估算出不同组别的草地生物量，完成草地载畜量的计算。

2.2.1 提取归一化植被指数

植被指数（Vegetation index,VI）是利用各光谱波段间的线性或非线性组合而形成的反映绿色植被生长状况和分布的特征指数。在多种植被指数中，由于绿色植被在归一化植被指数（NDVI）方面表现敏感，所以常用来区域和全球的植被状态研究。归一化植被指数（NDVI）是近红外光波段与红光波段的反射率差值除以两者之和。

基于遥感影像的 NDVI 计算公式为：

其中：ρnir为红外光波段反射率，ρred为红光波段反射率。

灌阳县采用2012年的QuickBird遥感影像（0.5m分辨率）。QuickBird卫星于2001年10月由美国DigitalGlobe公司发射，是提供亚米级分辨率的商业卫星之一，其多光谱数据由近红外、红、绿、蓝四波段组成。在遥感软件ERDAS平台上，对遥感影像数据进行几何校正和投影变换，通过转换工具对遥感影像进行归一化植被指数运算，结果如图1所示。

图1 灌阳县归一化植被指数分布图

图2 灌阳县生物量估测分布图

2.2.2 建立草地估产模型

利用SPSS19.0统计软件，根据野外调查中草地植被可采食部分鲜重的定位点实测数据，结合样点对应的草地归一化植被指数NDVI值进行线性回归分析，得到一元回归方程：y=840.02x-114.19（R2=0.8219，p＜0.01），式中y为草地生物量，x为归一化植被指数NDVI值。经验证样方草地产草量与相应点 NDVI 采样值的相关分析，NDVI 与产草量之间存在正相关，如图3所示。

图3 灌阳县草地生物量和NDVI散点图

2.2.3 草地生物量的估测

在ArcGIS10.1软件平台中，通过Spatial Analyst 模块中的 Raster Calculator，依据已建立的草地生物量估产模型空间

反演草地生物量的空间分布数据（图2）。根据2015年土地变更调查成果更新 2012年灌阳县草地资源调查数据库，获得2015年灌阳县草地资源空间分布（图4），剔除非草地的部分，从而获得灌阳县草地生物量分布图（图5）。

图4 灌阳县2015年草地资源分布图

图5 灌阳县草地生物量估测分布图

根据2015年草地资源的类型和空间属性，叠加分析统计草地生物量估测值（每个栅格单元），得出每个草地类别的草地可食鲜草重量，如表1所示。

表1 灌阳县草地生物量估算统计表（单位：公顷、吨）

2.2.4 草地载畜量计算

草地载畜量是表示草地自然生产力高低的重要标志之一，反应天然草地的载畜量能力。草地载畜量是指在保持草地生产力的放牧条件下保证家畜正常发育的状态下，一定的草地面积，在一定的利用时间内，所承载饲养家畜的头数和时间。根据中华人民共和国农业行业标准（NY/T635-2002），采用羊单位来衡量家畜的牧草消费，即1只体重50kg并哺乳半岁以内单羔的日消耗1.8kg标准干草量。

草地载畜量计算公式为：

根据灌阳县遥感估测的产草量，中亚热带热性草丛和灌草丛类的草地的利用率采用 60%，折合标准干草的折算系数采用0.85，通过公式计算得到理论上的草地类载畜量为38706个羊单位。

3 结论和讨论

本研究深入挖掘第二次土地调查成果和草地资源调查成果的应用，采用3S技术提取遥感影像的归一化植被指数，构建植被指数和草地生物量的线性回归分析模型，从而迅速有效地测算草地生物量和载畜量，实现精细畜牧业的开发和管理，加快草食动物发展，对于落实科学发展观，转变畜牧业经济发展方式，调整和优化农业产业结构，推进广西草食动物的产业化进程，提高农业产出率、增加农民收入、改善民生都具有十分重要意义，为《广西草食动物产业发展“十三五”规划》的实施提供了提供科学的决策。

[1] 乌仁花尔.“3S”技术在草地资源调查中的应用—以内蒙古四子王旗为例[D].呼和浩特∶内蒙古农业大学,2010∶9-14.

[2] 孙家柄.遥感原理与应用[M].武汉∶武汉大学出版社,2003.

[3] 白春华.遥感和GIS在草地资源调查中的应用—以新巴尔虎右旗为例[D].呼和浩特∶内蒙古农业大学,2002∶7.

[4] Friedl-MA,Michaelson-J et al.Estimating Grassland Biomass and Leaf Area Index Using Ground and Satellite Data[J]. International-Journal-of-Remote-Sensing,1994,15(7)∶1401-1420.

[5] Purevdor J T,Tateisah I R,Ishiyama T,Honda Y. Relationship between Percent Vegetation Cover and Vegetation Indics [J].International Journal of Remote sensing,1998,19(18)∶3519-3535.

[6] 吴全,杨邦杰,张松岭,等.基于 3S技术的中国西部草地资源信息系统[J].农业工程学报,2001(5)∶142-145.

[7] 李建龙,蒋平,赵德华,等.3S技术在草地产量生态成因分析与农业资源估测中的应用研究[J].中国草地,2003(5)∶15-23.

[8] 俞联平,程文定,陈兴荣,等.基于“3S”技术的甘肃省甘州区草地资源调查与评价[J].中国农业资源与区划,2008(6)∶9-15.

[9] 李昀,俞联平,陈兴荣,等.基于 3S技术的景泰县草地资源现状评价[J].草业科学,2010(4)∶64-68.

[10] 张存厚,赵杏花,张丽萍,等.基于CENTURY模型的内蒙古草地载畜量时空动态模拟[J].干旱区资源与环境,2016(11)∶197-202.

[11] 唐积超,陈兴乾,黄兰珍,等.基于 3S技术进行草地资源调查试点工作情况初报[J].广西畜牧兽医,2014(6)∶290-292.

Estimation of grassland biomass by remote sensing in Guangxi——A case study of Guanyang County

According to the results of the 2012 survey of grassland resources database, combined with the 2015 land change survey results, based on satellite remote sensing images (ZY1 and RapidEye) extraction of vegetation index in Guanyang County, the establishment of field investigation data and normalized difference vegetation index (NDVI) analysis model of linear regression, estimation of edible forage grass in Guanyang County in 2015 amounted to 49862.75 tons Guanyang County, grassland carrying capacity calculation theory for 38706 sheep units. Study on Grassland Biomass Estimation in Guanyang County, help initially to find out the potential for development of animal husbandry, adjust and optimize the industrial structure of agriculture, and promote the industrialization of Guangxi herbivorous animal, to provide reference for the implementation of Guangxi "13th Five-Year" herbivorous animal industry development planning.

grassland resources survey; remote sensing estimation; normalized difference vegetation index; Guanyang County

S12;TP7

A

1008-1151(2016)10-0024-03

2016-09-10

北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室系统基金项目（2014BGERLXT06）。

汤传勇（1985－），男，山东临沂人，广西国土资源规划院工程师，硕士，从事环境资源调查与评价等研究。

史莎娜（1984－），女，湖南常德人，北部湾环境演变与资源利用教育重点实验室（广西师范学院）工程师，硕士，从事环境演变、资源利用等研究。