阿勒泰地区天然草地的遥感监测

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草地植被是我国最重要的植被类型之一,是重要的可更新资源和畜牧业的原料基地,是地球上最大的天然绿色屏障,对于人类的生存和发展起着重要的作用。但是草地的退化向我们敲响了警钟,其中1989~1999年全国退化草地的面积从8667万hm2增加到1.3亿hm2,增加了4333万hm2,草地平均以每年433.3万hm2的速度在退化。草地的退化将导致草地生态系统生产力和NEP(净生态系统生产力)的显著下降,并引发自然资源不断减少和生态环境的恶化。过度放牧和草原垦殖是导致草地退化的主要人为因素。因此,调查天然草地资源,阐明草地数量、质量、生产力状况、利用价值和发展潜力,阐明提高草地生产能力和增加生产经济效益的途径等,对于科学利用和开发草地资源,改良和保护草地,指导畜牧业生产以及制定宏观经济发展战略和生产发展规划等具有极重要的意义。遥感技术在资源调查、环境监测、作物估产、区域规划等领域展示了日渐广阔和不可替代的应用前景。在草地资源方面,国内外很多学者利用LANDSAT的MSS、TM资料及NOAA/AVHRR资料做了大量工作,尤其对草地生产能力的评价。草地载畜量只有按季带的实际利用时间和实际可利用产草量来计算才具有实际意义,但是在检索到的资料里,有关利用遥感技术对天然草地按季节牧场进行生产力评价的研究很少。阿勒泰地区位于新疆维吾尔自治区的最北部,拥有草地毛面积984.24万hm2,可利用草地面积723.93万hm2,是全国重点牧区之一,也是新疆最主要的草地畜牧业基地之一。阿勒泰地区是一个纯牧业区,季节轮牧是该区天然草地传统的利用方式。MODIS时间分辨率(1次/1天或1次/2天)优于TM资料(1次/16天)、SPOT资料(1次/26天),而空间分辨率(250m,500m,1000m)高于NOAA/AVHRR资料(空间分辨率1,100m)。由于发射较晚,而有关MODIS资料在草地资源应用的报道还比较少,尚处于探索阶段。本研究利用ERDAS IMAGINE对MODIS资料进行了处理以便与其它地面资料相匹配。在地面同步测产的基础上,根据从MODIS资料提取的植被指数和地面草产量之间的相关关系回归出阿勒泰天然草地的遥感估产模型。求出阿勒泰地区的草地产量,同时,根据天然草地分级的原则和标准对其进行分级。地区间的差异是导致物流不畅的主要原因,本研究结合GIS技术对该地区的夏、冬、春秋三个场的载畜能力进行了评价。本研究的主要结果如下:(1) 通过提取多时相遥感影像合并的平均植被指数ARNDVI,可以提取一定时段内各个像元的最大值,从而尽可能地减少非朗伯体误差和剩余大气干扰,有助于克服单时相影像中的随机误差。(2) 由实地样方的测产资料和遥感影像上提取的平均归一化植被指数ARNDVI的关系,根据相关性原则回归出阿勒泰地区季节牧场产量的反演模型:春秋场: y1=137.8311+1.219613x 0≤x≤190               y2=-90.3710+1.243571x 255≥x>190 R=0.857 冬 场: y1=57.31877+0.021251x 0≤x≤121 <WP=5>               y2=-579.465+5.148731x 255≥x>121 R=0.867          夏 场: y1=17.19495+0.411811x 0≤x≤148             y2=-23.9173+1.966378x 255≥x>148 R=0.807 式中y—表示产量,x—表示平均归一化植被指数ARNDVI,R—表示y与x之间的相关性。(3) 本研究调查表明,2002年阿勒泰地区草地总面积为9640504.24hm2,其中3级、4级、5级、6级草地分别占草地总面积的3.46%、34.95%、13.14%、33.26%。该地区的理论载畜量为6584005羊单位,其中夏场理论载畜量1612038羊单位,春秋场理论载畜量3184845羊单位,冬场理论载畜量1787122羊单位。而该地区2002年的实际载畜量为7887390羊单位,超载48.38%,夏场已成为关键场。实际载畜量超载的县有哈巴河县、阿勒泰市、布尔津县、青河县,要控制家畜头数的增加。整体上应从利用“夏场优势”到增加对春秋场、冬场的利用时间,尤其是春秋场的利用时间,缩短夏场的利用时间,从而在阿勒泰地区实行集约化的季节畜牧业。 但限于时间等原因,还有以下一些问题有待进一步研究:(1) 植被指数选取方面 需进一步深入研究植被指数与鲜草产量之间的相关性,以便选取适于阿勒泰地区的MODIS遥感估产植被指数。(2) 应利用更长时间序列的遥感影像,建立阿勒泰草地长期稳定适宜的遥感估产模型,建立草地生态环境安全衡量指标体系和监测预警系统。逐步做到以草定畜,从而使草地的生长与家畜的营养需要相一致,使能流、物流畅通。(3) 过度放牧与气候因素是导致草地退化、沙化主要原因的两种观点。土地利用和土地覆盖变化是全球环境变化研究中一个关键而迫切的课题,阿勒泰地区属于大陆性寒温带气候区,应对该区草地资源进行全面深入的研究。利用遥感影像及地面调查资料,将所监测的草地植被变化与影响草地植被变化因子结合GIS技术,分析它们的空间相关性,探讨草地植被变化机理,阐明影响草地植被变化的驱动力因子及其作用。
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