用3S技术监测壤塘县退牧还草工程

颜玲，鲁岩



用3S技术监测壤塘县退牧还草工程

颜玲1，鲁岩2

（1 四川省地政地籍事务中心，成都 610072；2 四川省草原工作总站，成都，610041）

应用“3S”技术为主要技术手段，辅以地面路线调查，利用2006年和2012年的MODIS影像数据，通过建立遥感与地面数据的数学模型，对壤塘县2006年实施的国家天然草原退牧还草工程进行监测，对工程实施进展情况、工程建设效益进行评价。为进一步开展草原资源与生态动态监测和草原生态建设工程效益评价与监测等工作提供科学的技术支持。

“3S”技术；退牧还草；遥感监测；壤塘县

长期以来，由于气候变暖与不合理利用等原因，我国90%的天然草原出现不同程度的退化。为了保护已经严重退化的草原，根据《全国草原保护建设利用总体规划》，国家决定加大草原保护建设的力度，启动国家天然草原退牧还草工程项目。四川省壤塘县2006年实施了国家天然草原退牧还草工程建设项目，工程建设面积总面积75万亩，其中围栏禁牧21万亩，围栏季节休牧54万亩。该工程应用草原围栏封育保护措施，对严重退化草原进行围栏禁牧，对中度退化草原进行季节性休牧。为及时掌握该项目的实施进度和实施效益情况，于2013年实施可退牧还草工程效益监测工作，分析、评价了壤塘县2006年度退牧还草工程建设的综合效益。

1 研究区概况

壤塘县地处青藏高原东南缘，川西北草原的西北部，阿坝藏族羌族自治州西部，位于东经100°31′～101°29′，北纬31°29′～32°41′，幅员面积7 030km2。全县地貌以高山峡谷为主，兼有部分高山丘原。壤塘县属典型青藏高原峡谷气候类型，冬长夏短；夏秋相连；空气稀薄；大气干燥；日照时数多；昼夜温差大；降雨集中；干湿季分明。年均气温分布为南高北低，相差约2～8℃。县城壤柯镇年均气温4.8℃，7月最高气温29.4℃，最低-23.4℃。年平均降水量763.1mm，中部偏多，南北略少。壤塘县土地总面积为999.9万亩，其中耕地3.2万亩，占总面积的0.30%；天然草原面积628.3万亩，占全县土地面积的62.83%。

2 研究方法

2.1 研究数据

影像：NASA（National Aeronautics and Space Administration，美国国家航空航天局）MODIS陆地产品组按统一算法开发的MODIS植被指数产品，时间序列为2006年和2012年第225天，空间分辨率为250m。工作底图：壤塘县1:10万地形图；壤塘县TM遥感影像图，轨道号为131 038、132 037、132 038，空间分辨率为30m；2006年度壤塘县天然草原退牧还草工程布局图；中国草地资源类型图；壤塘县交通、河流图等。地面调查数据：2012年7月下旬至8月初调查的壤塘县退牧还草工程野外样地、样方调查数据。辅助资料:壤塘县农业、畜牧业、气象、人口、土地资源、草原生态状况等历史资料。

2.2 软、硬件

ENVI、ERDAS等图像处理软件；ArcGIS等地理信息软件；SPSS、Access等统计分析、数据库软件。能实时满足以上软件运行的计算机及图形输入、输出设备等。

2.3 技术路线和方法

以全球定位系统技术为辅助工具对壤塘县2006年退牧还草工程区进行详细地面调查，获取具有准确地理信息的草原资源状况样本数据，利用遥感技术（RS）获取监测区的有关草原资源的影像数据，在地理信息系统（GIS）技术平台支持下，对获取的多种来源数据进行复合分析，建立草原生产力模型，利用模型数据繁衍工程实施前后的植被生长状况，将工程实施前后数据做对比，得出工程实施前后的植被生长状况、植被组成、地上生物量、植被盖度、高度等变化信息，最终实现对壤塘县国家天然草原退牧还草工程效益的全面、系统的监测[1,2]。

2.3.1 遥感影像预处理

1）几何纠正。遥感影像由于受大气层、传感器本身特性和地物光照条件等的影响，导致所获得的测量值与实际辐射存在一定的偏移，因此，需要对遥感影像进行几何纠正以获取准确地面信息。以1：10万地形图为参照，每景TM影像选择至少10个地面控制点，对TM影响进行几何纠正，纠正后像元均方根误差RMS小于0.5个像元。在选择同样的方法对MODIS影像进行几何纠正，得到具有相同坐标信息的遥感影像。

2）影像镶嵌。由于单景影像难以覆盖整个研究区域，需要对遥感影像进行拼接。由于在获取时间、太阳辐射等不同，不同影像的对比度和亮度存在差异，因此在镶嵌过程中需要进行直方图匹配和彩色亮度匹配。

2.3.2 地面数据

2012年7月下旬至8月初，对壤塘县主要草地类型和退牧还草工程区进行野外数据调查。调查数据主要内容包括：样地草地类型，样地、样方经纬度，地形地貌，工程实施情况，样方内主要植物名称、盖度、高度、地上生物量等。样方选择在具有代表性植被组成相对均匀的区域。数据获取后，按照工程类型、围栏内外分别进行汇总、统计，利用地理信息软件将经纬度转换，并按照样方编号次序与样方经纬度值一一对应。

2.3.3 植被指数提取

植被指数通常是红色可见光和近红外光的组合来确定。植被指数和草原生产力具有明显的相关性[3,4]。将野外实地调查数据准确复合到遥感影像上，获取各样点的植被指数。因为植被指数对绿色植被表现较为敏感，经常作为土壤、植被监测的指标，可有效的反映草原第一性生产力，本文研究采用归一化差异植被指数（NDVI）进行草原估测模型建立，其公式为：NDVI=（ch2-ch1）/（ch2+ch1）

式中：ch1为红光通道反射值，计算时对应MODIS的1通道；ch2为近红外通道反射值，计算时对应MODIS的2通道。（图1）

2.3.4 草原估产模型

将野外实地调查的退牧还草样地数据准确复合到NDVI图像上，通过地理信息软件抽取各样地的灰度值，利用统计软件分析植被指数与草原地上生物量的相关关系，并进行对比分析，建立生产力估产模型。在经过验证，修正参数，最后确定最能真实反映工程区生产力的数据模型。

3 研究结果与分析

3.1 工程完成情况

工程实施面积监测是工程监测评价的重要指标之一。本次研究根据当地实际交通状况，在进行地面调查过程中，随机抽取多个工程项目的围栏拐点，并记录其经纬度，在进行工程竣工图数字化的基础上，将围栏拐点作为校验点，对工程完成情况进行监测评价。监测结果为:地面调查过程中随机抽取了30个围栏拐点，95%的围栏拐点与工程竣工图的拐点基本一致。因此，工程完成情况的监测结果以工程竣工图为准。

2006年壤塘县退牧还草工程建设面积为75万亩，其中，围栏禁牧21万亩，围栏休牧54万亩。工程在浦西乡、石里乡、上杜柯3个乡实施。全额完成了计划任务。（图2）

3.2 草原估产模型建立与分析

利用非线性回归分析方法，对Y（地上生物量）与X（NDVI）进行相关分析，建立工程区大面积遥感估产模型。工程模型：Y=80.33e0.000 3X（R2=0.778 6）。植被指数与地上生物量的关系见图3。

根据遥感估产模型，结合遥感影像及繁衍工程实施前后的草原生产力情况可以看出：2012年壤塘县退牧还草工程区鲜草产量为7 068.1kg/公顷，其中禁牧区鲜草产量6 802.6kg/公顷，休牧区鲜草产量7 182.7 kg /公顷，分别比2006工程实施前提高15.9%和16.9%。两期草原植被鲜草产量空间分布如图4、图5所示。

经监测，工程区禁牧区草原植被平均盖度79%，休牧区草原植被平均盖度80%，比非工程区高8个百分点。禁牧区草原植被平均高度24.3cm，休牧区草原植被平均高度24.0cm，分别比非工程区高39.4%和37.9%。工程实施前后草原植被盖度变化见图5所示。

3.3 工程区内外草原植被种群变化监测结果与分析

草原植被中优质牧草的优势度，是确定生态效益的重要指标和衡量草原优劣的主要依据。监测发现，退牧还草工程区内主要优势植物为嵩草、针茅、早熟禾、披碱草、鹅观草、苔草等，其中以嵩草、披碱草为主要优势种，在群落中比例较高。工程区外主要植物为嵩草、萎菱菜、火绒草、狼毒、凤毛菊等，其中以嵩草和各类杂草为主要优势种。工程区外植被饲用价值明显低于工程区内。

3.4 退牧还草工程效益分析

随着退牧还草工程的实施，生态效益比较明显。主要表现在：①草原植被盖度明显提高，饲用价值较高的莎草科和禾本科牧草为主要牧草建群种的草原群落明显增多。②草原小气候环境得到改善。从壤塘县退牧还草监测结果来看，工程区内草原平均盖度和平均高度比工程去外都有了较为明显的提高，草原第一性生产力显著增加。由此可见，退牧还草工程实施后，通过围栏保护措施控制牲畜数量和放牧强度，草原植被状况也得到较大改善，大大减轻了草原放牧压力，从根本上解决牧区草畜矛盾，实现草畜平衡；有利于提高植被盖度、高度，提高草原生产力水平；有利于制止草原乱挖、滥垦、过牧等行为，保护生物多样性，对防止草原退化，恢复草原生态系统具有明显作用。较好的植被、土壤状况能有效的减少草原的水分蒸发，增强了草原涵养水源、蓄水能力，对草原旱化、沙化、减轻水土流失等也起到遏制作用，促进了草原生态系统向良性循环方向发展。

同时实施退牧还草工程建设，提高了全民生态环境保护意识，加快了放牧方式的转变，促进了草原畜牧业生产结构的调整。

4 研究展望

本文研究表明，利用“3S”技术进行退牧还草工程监测，可有效的监测和评价退牧还草工程实施状况和效益，节约大量的人力、财力和物力。但是由于是对遥感瞬时的数据进行研究，只能代表一定时间、一定区域的植被状况，因而需要继续研究监测的方法和技术。

[1] 裴浩, 李去鹏, 乌日娜. 应用卫星遥感技术监测生态建设工程[J]. 遥感技术与应用, 2003, 18（4）: 221～225.

[2] 赵薇, 宫辉力, 赵广吉. 基于RS与GIS的野鸭湖湿地土地利用变化研究[J]. 遥感技术应用, 2004, 19（3）: 177～181.

[3] 王正兴, 刘闯, 赵冰茹. 1999年锡林郭勒草地AVHRR-NDVI时空变化研究[J]. 遥感技术与应用, 2003, 18（5）: 286－290.

[4] 李建龙, 蒋平. 戴若兰. RS,GPS和GIS集成系统在新疆北部天然草地估产技术中的应用进展[J]. 生态学报, 1998, 18（5）: 504～510.

Monitoring Return Grazing Land to Grassland Project in Zamtang by 3S Technology

YAN Ling1LU Yan2

(1-Sichuan Cadastral Cadastral Affairs Center, Chengdu 610072; 2-Sichuan Prairie Work Station, Chengdu 610041)

A returning grazing land to grassland project is been carrying out in Zamtang due to the increasingly deteriorated grassland. This paper deals with the application of 3 S technology to this project by means of a mathematical model based on MOIDS image data in combination with route survey data which provides scientific basis for the assessment of progress and benefit of this project.

3 S technology; returning grazing land to grassland; remote sensing monitoring; Zamtang

P627

A

1006-0995（2015）01-0147-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.035

2014-04-08

颜玲（1981-）女，重庆市人，硕士，主要从事测绘工程、矿权审批与遥感监测等工作