利用遥感技术分析鄂尔多斯草原鼠虫害图斑

白媛媛，白 颖

(1.内蒙古鄂尔多斯市草原站，内蒙古 鄂尔多斯 017000； 2.内蒙古鄂尔多斯市东胜区农牧业局，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

地理信息系统(Geographic Information System，GIS)主要是由地理学的各种信息为信息源所组建的信息系统，在计算机辅助地图制图的基础上，借助信息技术对地理空间信息进行管理和应用，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策、管理和服务等问题。目前已经应用到国土管理、交通工程、城市规划、测绘制图、灾害预测、农林牧业和商业金融等诸多领域[1-3]。

地理空间数据是地理信息系统的操作对象，草原鼠虫害多使用面类型空间数据，主要显示面状分布特征，是一封闭的面坐标串，通过连接封闭的面坐标串即可构成面[4-5]。

草原鼠害具有暴发性、迁移扩散性、发展蔓延快、破坏力强和控制难度大等特点，害鼠喜食禾本科、豆科、莎草科以及杂类草中的优良牧草，使原有的草原植物群落的种类和数量均发生变化，一年生杂草滋生。通过挖掘造洞习性，改变草原土壤的表层结构，使深层钙积土被抛到地面，抑制植物生长，造成植被盖度大幅度下降[6]。鄂尔多斯主要害鼠有3个科20多个种，鼠害遍布鄂尔多斯全市[7-8]。危害鼠种以长爪沙鼠(Meiionesunguiculataus)为优势种，草原黄鼠(Citellusdauricus)、三趾跳鼠(Dipussagitta)、五趾跳鼠(Allactagasibirica)和中华鼢鼠(Myospalaxfontanieri)为常见种，主要危害以蒿类、锦鸡儿为优势种，伴生有大量一年生杂类草的退化草地[9]。在鄂尔多斯沙地，三趾跳鼠、小毛足鼠、子午沙鼠和黑线仓鼠啃食植物种子，直接影响系统中植物群落的组成、结构及其动态，以至于威胁到整个生态系统的稳定性。

草原虫害大多繁殖力强、具暴发性、具迁移扩散性、发展蔓延快且破坏力强，害虫主要以植物性食物为主，进一步加重草原退化、沙化和荒漠化，破坏草原生态与环境。鄂尔多斯草原虫害繁多，初步查明有重要害虫260余种[7-10]，主要危害种类为草原蝗虫，其次是草地螟春尺蠖、白刺叶甲、蠢斯和蚜虫等。鄂尔多斯市草原虫害平均每年危害面积在66.67万hm2左右，严重危害面积在26.6万～53.3万hm2。草原虫灾使草原产草量大幅度下降，形成虫与牲畜争草局面，因此而造成的草地沙化、退化加剧了草原生态环境的恶化[10]。草原虫害的暴发主要与气候条件有密切关系，此外还与上年度虫害发生区的虫源防治情况有关。对虫害发生动态监测手段落后，防治不当，未防区残留虫口基数大、密度高，成为第2年虫害发生的虫源地，极易灾害性暴发。

GIS在草原鼠虫害实时监测和外业调查中发挥着巨大作用，依据空间分布研究草原鼠虫害种群生态学和生态学特性，以准确掌握草原害虫害鼠在草原生态系统的地位、结构以及由于各种内外因素引起的时、空、数的动态变化，揭示害鼠害虫的消长规律，为更好防治鼠虫害奠定基础。2007年，鄂尔多斯市先在鄂托克旗和杭锦旗启动了草原鼠虫害农牧民监测制度，形成了由市级、重点旗县监测预警站和农牧民测报员组成的“市-重点旗县-农牧民”的三级草原鼠虫害监测预警体系，结合“3S”技术进一步扩大监测范围，为草原鼠虫害专业化防治工作提供了可靠依据。

草地资源与生态状况具有明显的宏观特性，应用遥感数据对草原鼠虫害监测与预测，相对于传统的地面调查，从宏观上能够及时准确地反映其现实状况和历史动态[11-14]。利用地面调查资料和遥感数据导入矢量图层，将鄂尔多斯市草原鼠虫害区域分布图建成空间数据库，在图层中建立属性库，包括鼠害发生的地点、危害程度、植被盖度、土壤特征等，在属性表中对每一个图斑面积进行计算，通过空间数据操作和图形处理分析，就可得出关于鼠害虫害暴发危害等信息，以此制定相应的管理决策措施。

在创建鄂尔多斯草原鼠虫害分布图时，草原鼠虫害发生面积是图斑的必备字段，是鼠虫害图斑的重要属性。本研究利用地理信息系统软件对草原鼠虫害图斑面积的计算方法进行分析，并探讨发生误差的原因，以及应用于鄂尔多斯市草原鼠虫害发生面积图斑制图工作。

1 材料与方法

1.1研究区概况 鄂尔多斯市地域辽阔，106°42′40″-111°27′20″ E，37°35′24″-40°51′40″ N。全市年平均温度为6.56 ℃，全年≥10 ℃的积温为2 500～3 200 ℃·d，年日照时数为2 716.0～3 193.9 h，日照百分率为61%～72%，太阳辐射能为582.57～603.42 kJ·cm-2·a-1，无霜期137～190 d。年降水量200～400 mm，湿润系数0.13～0.40，降水多集中在夏秋两季，占全年降水量的60%～70%，年平均风速为3.0～4.3 m·s-1，8级以上大风日数在40 d以上[7]。全市总土地面积87 428 km2，草地总面积为587.8万hm2，占总面积的67.6%，可利用草原面积为542.2万hm2,占草原总面积的92%[15]。境内有纯牧业旗4个，半农半牧业旗(区)5个，包括典型草原、荒漠草原、草原化荒漠、荒漠、低地草甸和沼泽6个草地类型。境内的草原植被以干草原植被为主，植物资源丰富。

1.2数据来源 选自2012年4-10月鄂尔多斯市各旗(区)鼠虫害项目区数据，调查项目包括发生鼠虫危害区、鼠虫严重危害区、鼠虫防治区，经纬度、草原类型、土地覆盖类型、草原植被盖度和地形地貌。

1.3数据预处理 原始数据中，经纬度是度分秒的格式，由鄂尔多斯市草原站对每一个测报点进行换算为度的格式，转换公式如下：

Gi=Ai+Bi/60+Ci/3 600.

式中，Gi为经纬度，Ai为坐标控制点i的度，Bi为坐标控制点i的分，Ci为坐标控制点i的秒。

将转换为度的坐标点导入矢量图层中，进行属性编辑，设定连接字段与空间数据相关联，导入到每个对应的图层中，使每一个图斑对应着属性库，从而决定这个图的空间属性。

1.4面积计算步骤 第1步，多边形数据处理。建立多边形polygon面状的拓扑结构和等积投影。经纬度坐标数据采用ArcGatalog提供空间生成、管理和组织数据，在封闭区域边界线的坐标集描述多边形要素。第2步，各类分布图斑面积的计算，即计算图斑的3类面积：危害面积、严重危害面积和防治面积。在计算面积过程中，如果矢量图层中相临的两个要素小斑重叠，一个区域属于两个或多个多边形，多边形共享边界和顶点时，所得出的面积将不准确。所以，在计算面积前图层数据一定要做拓扑处理，将空间对象重新修改到没有重叠区且没有缝隙，这样避免面积重复计算。第3步，在属性表中计算图斑的面积。遍历“鼠虫害图斑”图层的每一个图斑，草原鼠虫害图斑面积计算涉及3个图层: 危害面积数据图层、严重危害面积数据图层和防治面积数据图层(图1)。

图1 图层界面Fig.1 Interface of layer

面积计算实际上是针对每一个图层进行的，与面积有关的字段，如TBID(各旗县乡镇苏木代码)，OID(编号)是必需字段。在面积计算中，在字段AREA右键点击计算，并输入面积计算算法[式(1)]计算图斑面积，算式中量为hm2/1 000 hm2。通过面积计算，鼠虫害面积修正前后对比表(表1和表2)。

Dim dblArea as double

Dim pArea as IArea

Set pArea=[shape]

dblArea=pArea.area/10000/1000 (1)

第4步，面积计算完后，要进行属性连接，每一个图斑对应着空间属性，TBID输入错误会产生数据定性错误，如鄂托克旗会变成鄂托克前旗，地理定位和面积会出现很大的错误，汇总面积时会产生错位，需要逐步对每一个图斑进行排查。一般是在图层编辑状态下，右键属性，打开属性表，单击每一个属性记录，通过点亮的颜色排查每个图斑所属的TBID空间属性(图2)。

1.5误差率计算 需要修正的图斑数除以所有图斑数即为面积误差率。

2 结果与分析

虫害危害面积误差率达37%，虫害严重危害面积误差率为6%(表1)；鼠害危害面积误差率为48%，严重危害面积误差率为35%(表2)。导致误差较大的原因可能是，在调查虫害过程中，乌兰陶勒盖镇、棋盘井镇坐标控制点偏移所属地界，其中棋盘井镇出了旗界线，造成了原始数据计算与实际发生面积不相符；苏力德苏木、图克镇和鄂托克旗蒙西镇控制点的小斑有小缝隙，与实发面积有微差。在调查鼠害过程中，达拉特旗树林召镇4个坐标控制点中一个控制点漂移到包头市所属地界，造成与实际发生面积不符，鄂托克前旗上海庙镇、东胜区泊江海镇、东胜区罕台庙镇、东胜区塔拉壕镇、伊金霍洛旗苏布嘎苏木、红庆河镇由于相邻图斑重叠使面积产生重复性计算，本应是监测点伊金霍洛旗苏布嘎苏木的面积，被叠加在监测点红庆河镇范围内，计算产生监测点红庆河镇面积=伊金霍洛旗苏布嘎苏木面积+红庆河镇面积，导致红庆河面积计算误差。对坐标控制点修正后，计算实际发生面积误差得到了一定的降低，基本接近实发面积。

图2 面积计算步骤流程图Fig.2 Area calculation procedure flow chart

2012年鄂尔多斯市草原虫害发生面积约2.5×105hm2，严重成灾面积1.008×105hm2；其中春尺蠖发生面积6.6×104hm2，主要发生在杭锦旗的锡尼镇、伊金霍洛旗的红庆河镇，平均密度每标准株丛73头，最高密度每标准株丛133头；草地螟成虫发生面积4.77×104hm2，主要发生在乌审旗的苏力德和乌审召、伊金霍洛旗的苏布尔嘎镇、准格尔旗的薛家湾镇和鄂托克旗的阿尔巴斯苏木；全市蝗虫发生面积6.6×104hm2，其中鄂托克旗发生面积5.3×104hm2，平均密度14头·m2，最高密度30头·m2，主要在鄂托克旗的棋盘井镇、蒙西镇，伊金霍洛旗的苏布尔嘎镇；螽斯的发生面积6.4×104hm2，主要发生在乌审旗的乌兰陶勒盖、乌审召、嘎鲁图镇(图3)。

表1 鄂尔多斯市2012年虫害计算面积修正前后对比表Table 1 Calculated pest damage area in Erdos City before and after correction in 2012 ×103 hm2

表2 鄂尔多斯市2012年鼠害计算面积修正前后对比表Table 2 Calculated rodents damaged area in Erdos City before and after correction in 2012 ×103 hm2

图3 2012年鄂尔多斯市草原鼠害分布图Fig.3 Rodents distribution in Erdos City grassland in 2012

图4 2012年鄂尔多斯市草原虫害分布图 Fig.4 Pest distribution in Erdos City grasslands in 2012

3 结论

3.1地理标识错位 各旗(区)上报的经纬度与对应的地理字段TBID易产生错位，使多个要素之间的空间关系不配匹，为此在计算完毕后要对每一个导入图层的数据进行空间关系判断和空间查询，对于显示的范围与实际范围不一致的，需进行修改。

3.2图斑有缝隙 勾线没严密切合，在编辑状态下，图斑的点线之间有缝隙，勾线没有与控制点小斑切合，就会产生一定的面积误差。

3.3定位错位 GIS操作员的熟练程度直接影响对鼠虫害发生区域定位的精确度，操作不规范会造成控制点位置偏移，造成得到的面积不准确。

3.4地图坐标系不一致 从手机获取的GPS坐标数据没有转换为与矢量地图一致的坐标系，也会造成数据的偏移而产生误差。

[1] 吴静,何必,李海涛.ARCGIS 9.3 DESKTOP地理信息系统应用[M].北京：清华大学出版社，2011:14-39.

[2] 吴凡，宋鹰，汪汇兵,等．数字地图制图原理[M]．武汉：武汉大学出版社,2003．

[3] 石伟.ARCGIS地理信息系统详解[M].北京：科学出版社,2009.

[4] 何必.地理信息系统原理教程[M].北京：清华大学出版社，2010.

[5] 龚健雅.地理信息系统基础[M].北京：科学出版社，2001.

[6] 王宗，孙启忠，常秉文.草原灾害[M].北京：中国农业出版社，2009.

[7] 奇凤山.前进中的伊克昭盟畜牧业[M].呼和浩特:内蒙古教育出版社, 1997.

[8] 刘荣.鄂尔多斯市草原鼠害发生及防治措施[J].内蒙古草业，2011，23(6)：10-13.

[9] 董维惠,侯希贤,杨爱莲.草原鼠类生态学及其控制[M].呼和浩特:内蒙古人民出版社,2002.

[10] 刘荣，白媛媛，刘真.鄂尔多斯市草原虫害发生及防治措施[J].内蒙古草业，2012，24(2)：3-5.

[11] 卫亚星，刘闯，王莉雯．基于遥感数据的草地监测研究[J]．科技咨询导报，2007，27：22-23．

[12] 刘娟妮，赵鹏祥．韩崇选，等．基于“3S”的黄土高原植被鼠害监测预报系统设计[J]．西北林学院学报，2008，23(4)：141-144．

[13] 李建龙，蒋平，梁天刚．我国草地遥感科学发展的轨迹、内涵及展望[J]．中国草地，1998(3)：53-56．

[14] 王玮，冯琦胜，于惠，等.“3S”技术在草地鼠虫害监测与预测中的应用[J].草业科学，2010，27(3):31-39.

[15] 白媛媛，刘荣，白颖，等.基于草原生态保护视角的禁牧补贴[J].内蒙古草业，2013，25(1)：22.