乌拉盖草原利用状况遥感调查

牛文远，王君芳，白耀华，杜 鹏

(内蒙古和信园蒙草抗旱绿化股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010030)



乌拉盖草原利用状况遥感调查

牛文远，王君芳，白耀华，杜 鹏

(内蒙古和信园蒙草抗旱绿化股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010030)

本文以乌拉盖管理区草原为研究区域，以3S技术为支撑，以实地调查和卫星影像数据分析为手段，对管理区草原资源进行了调查、分析。结果表明：2014年乌拉盖管理区草地退化、沙化、盐渍化(三化)面积为15.05万hm2，占草地总面积的32.71%，其中，退化草地面积为13.20万hm2，沙化草地面积为0.11万hm2，盐渍化面积为1.74万hm2。从2000年到2014年，乌拉盖管理区“三化”草地面积增加了1.13万hm2。已垦农田及人工饲草料地总面积有所减少，城区与矿区面积逐年增加。

乌拉盖草原；利用状况；遥感解译

1 研究背景及意义

长期以来，由于受地理位置、气候等不利自然因素及人为不适当干预、生物扰动破坏的影响，草地生态系统结构遭到破坏，功能降低，稳定性减弱〔1〕，同时草地植被营养物质流失，草地生产力减退，品质下降，草地利用性能降低，土壤有机质含量下降〔2〕，草地生态系统正朝着不利于人类生产、生活的方向演变，最终出现了草原的“三化”现象(退化、沙化、盐渍化)。草原退化、沙化、盐渍化主要表现为草地植被受到破坏，草群变稀、变矮，饲用价值变劣，生产力下降，草地生态环境恶化，这一系列问题的出现严重制约了畜牧业经济的发展，破坏了牧区广大牧民生存的环境〔3〕。

乌拉盖草原是我国天然草原自然风貌保存较为完好的黄金牧场，境内有原始草原、湖泊、湿地、白桦林、芍药沟、黄花沟等独特的草原自然景观和诸多历史文化遗迹，还保留了独特的蒙古族民俗风情文化。然而，一个时期以来随着畜牧业的发展，人们生产频繁，向草原索要的多，回报的少，加上自然因素影响，致使乌拉盖管理区天然草原出现了不同程度的退化、沙化、盐渍化现象，天然草场的退化对农牧民的生产、生活带来了很大的威胁〔4〕。因此，必须对草原“三化”面积和位置进行调研，积极采取相应的修复措施，以尽快提高草原的生产力，保持草地生态系统的稳定及草地畜牧业可持续发展。

本文利用遥感技术(RS)，地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)(简称“3S”)集成方法辅以地面调查的综合手段，研究乌拉盖管理区草原“三化”状况，分析阐明了当地草原的现状与旧况变化动态，其结果对乌拉盖管理区生态系统的恢复和重建具有重要意义，可以为乌拉盖草原的生态保护及合理利用提供参考依据。本文同时调查了研究区农田及人工饲草料地、矿区、城区面积的动态变化，为土地的合理利用提供了依据。

2 研究区概况

研究区位于内蒙古锡林郭勒盟东北部乌拉盖管理区，地理坐标东经115°10′至120°7′，北纬44°40′至46°40′。土地总面积5013km2，其中，草场、林地分别占总面积的92.1%和0.6%。属于半干旱半湿润大陆性气候，年平均降水量322mm，年际变化较大，年内分布不均，降水量70%集中在6-8月份，且由东北向西南递减。无霜期90-110天。年平均蒸发量为1552.1mm，年平均气温-0.9℃，平均风速每秒4.1m。全年平均日照时数2659.8h。海拔高度864m到1280m之间，平均980m。乌拉盖草原属草甸草原向典型草原过渡区，草原类型主要有温性草甸草原类、低地草甸类、山地草甸类、温性典型草原类。土壤条件好，主要以栗钙土、黑钙土为主。境内有501种野生植物，分属62科256属，种数最多的是菊科，其次是禾本科，再次为豆科。

研究区主要禾本科物种有羊草(Leymuschinensis(Trin.) Tzvel)、披碱草(ElymusdahuricusTurcz)、大针茅(StipagrandisP. Smirn.)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa(Trin.) Keng)、冰草(Agropyroncristatum(Linn.) Gaertn)等，豆科牧草主要有斜茎黄芪(AstragalusadsurgensPall.)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、扁蓿豆(Medicagoruthenica(L.) Sojak.)、广布野豌豆(ViciacraccaL.)、草木樨状黄芪(AstragalusmelilotoidesPall.)，杂类草有线叶菊(Filifoliumsibiricum(L.) Kitam.)、芍药(PaeonialactifloraPall.)、防风(Saposhnikoviadivaricata(Trucz.))、冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld.Sp.Pl)、麻花头(SerratulacentauroidesL.)等。

3 研究内容与方法

3.1 研究内容

本文以乌拉盖管理区天然草原为研究对象，采用3S技术结合地面调查与资料搜集的综合手段，以遥感卫星数据为主要信息源，通过影像获取和处理、实地调查和影像解译、数据提取和分析过程，实现以数字形式提取2000年、2014年乌拉盖管理区草原的状况，并运用ArcView GIS 3.2、ArcGIS 9.3(地理信息系统软件)制图，以便较为全面、系统、准确地绘制出草原“三化”状况图。为乌拉盖管理区草原的合理规划、利用和生态环境保护提供理论依据。具体内容如下：

(1)草原生态状况：草原退化、沙化、盐渍化等级与面积的现状与动态。

(2)土地资源利用现状与动态：矿区、耕地、城区面积现状与动态。

3.2 研究方法

3.2.1 资料准备

TM遥感信息源：Landsat卫星获取的2000年、2014年遥感TM影像数据(图1)作为主要信息源。时相以6至9月份的植物生长旺季为主。TM图像处理基本过程如下：图像投影变换、几何精纠正、标准假彩色合成、镶嵌拼接、分幅裁切等处理并附旗县级行政界线。影像数据要有地物影像清晰、突出草原退化类型综合特征、各类地物间色差大，色调差异明显等要求〔5〕。

图1 乌拉盖管理区2000年、2014年TM图

3.2.2 遥感影像预判

通过阅读资料掌握调查区地形地貌、土壤植被、草原退化类型及其分布规律、草原利用状况等信息。然后初步建立判读标志，对影像所反映的要素进行综合分析，找出影像与草原退化、沙化、盐渍化草原等判读标志之间的对应特点及规律，通过野外调查的资料进行识别及推测〔6〕。

3.2.3 遥感影像解译标志的建立

表1 草原“三化”TM影像解译指标

3.2.4 图斑属性判读与勾绘

在ArcViewGIS 3.2的地理信息系统软件中将政区划图为一个图层叠加遥感影像上。按照先前建立的解译标志把影像分成不同的地物斑块，这些斑块代表不同类型的土地覆盖和土地利用情况，如林地、农田、居民点等非草原和草原区分开来。在这个基础上区分草原范围内的“三化”斑块，勾绘边界范围，确定其属性〔8-10〕。在草原边界确定之后，在各个斑块内，再以草原“三化”解译标志为依据，判定草原“三化”的范围与等级，并赋以属性数据。

3.2.5 数据处理与分析

解译及图斑勾绘完成后，通过对不同属性的图斑赋以便于区分的图例，获得草原“三化”图和属性数据库。将其图斑属性表以dBASE文件格式导出，此后利用Microsoft office Excel 2007进行数据处理及图表制作；利用ARCGIS 9.3进行草原“三化”图的制作及分析。

4 结果与分析

4.1 草原退化、沙化、盐渍化现状

草地畜牧业生产在乌拉盖管理区占有重要的位置，是该管理区的支柱产业。本文通过解译得出乌拉盖管理区草原退化、沙化、盐渍化分布现状(图2)。

图2 乌拉盖草原退化、沙化、盐渍化分布图

2014年乌拉盖管理区草地退化、沙化、盐渍化(简称“三化”)面积为15.05hm2，占草地总面积的32.71%，其中，退化草地占28.70%，沙化草地占0.24%，盐渍化草地占3.77%。表明乌拉盖管理区草地“三化”现象以退化为主、盐渍化为次、沙化最少。退化草地中以轻度退化草地面积最大，占总草地面积的22.34%；重度退化面积最小，占1.25%。沙化草地轻度与重度沙化面积基本相当，分别占到草地总面积的0.03%、0.04%；中度沙化面积最少，占草地总面积的0.16%。盐渍化草地中度盐渍化面积最大，占总草地面积的1.68%；轻度盐渍化面积占总草地面积的0.95%、重度盐渍化面积占1.15%(详见表2)。

表2 乌拉盖2014年草原“三化”现状

乌拉盖牧场“三化”面积为5.52万hm2，占乌拉盖管理区“三化”总面积的36.6%；贺斯格乌拉牧场“三化”面积为5.47万hm2，占“三化”总面积的36.4%；哈拉盖图农牧场“三化”面积为4.07万hm2，占“三化”总面积的27%。(见表3)。

应用仿真软件程序对发电电动机120°误同期并网时的U.V.W三相电流及电磁转矩瞬态过程进行全面分析，计算发电电动机和水轮机机械系统及饱和的影响，以求计算结果更准确。计算结果见表4及图2。

表3 乌拉盖各分场2014年草原“三化”现状 (万hm2)

4.2 草原退化、沙化、盐渍化变化动态

草原三化的动态监测是草原生态状况监测的重要内容，通过监测不同类型草原的退化、沙化、盐渍化面积与程度的变化而反映草原的生态健康状况，更是优化草原利用方式、实施草原保护工作的重要基础。

对比乌拉盖2000年与2014年草原退化、沙化与盐渍化面积，得出表4、表5、表6所示乌拉盖近15年草原退化、沙化、盐渍化动态。总体来说，乌拉盖管理区退化草原面积由2000年的12.65万hm2，增长为2014年的13.2万hm2，较2000年增加了4.43个百分点。沙化草原面积2000年为0.01万hm2，而2014年剧增为0.11万hm2，且各个程度沙化面积均相应增长，比2000增加了10倍，可见沙化速度之快。盐渍化草原面积由2000年的1.26万hm2，扩展为1.74万hm2，其总面积比2000年增加近40%。从2000年到2014年，由草原“三化”各级面积增加的比重来看，表现出轻度退化、沙化、盐渍化向中度转化的趋势。

表4 乌拉盖管理区2000-2014年退化面积变化

表5 乌拉盖管理区2000-2014年沙化面积变化

表6 乌拉盖管理区2000-2014年盐渍化面积变化

4.3 不同利用方式的草地变化动态

由表7、图3可知2000年、2014年乌拉盖已垦草地(包括农田及人工饲草料地)总面积分别为4.78万hm2、3.85万hm2。由2000年和2014年数据对比得出，已垦草地总面积从2000年到2014年减少了0.93万hm2，占行政区面积比下降了1.86%。

表7 乌拉盖管理区不同类型土地面积对比

图3 乌拉盖管理区已垦草地面积变化趋势

由表7可知矿区面积呈逐年递增的趋势发展，由2000年的0.02万hm2，扩增为2014年的0.25万hm2。由图4可看出，虽然矿区面积占行政区面积比较小，但如不进行及时的修复与治理，将对周围生态环境造成极大的影响，进而破坏草原的生态系统。

图4 乌拉盖管理区矿区面积变化趋势

由表7和图5可知乌拉盖政府所在地巴彦呼硕镇的面积在逐年增加，2000年、2014年城区面积分别为0.03万hm2，0.05万hm2。

图5 乌拉盖管理区城区面积变化

5 讨论

遥感判图是以不同的地物反射的波普不同和光学成像为原理的〔11〕。第一，绿色植物反射波谱特点为强吸收蓝光、红光，强反射绿光，遥感影像比较清楚地反映出目标地物的这些信息。第二，遥感影像分为真彩色合成影像和假彩色合成影像，这与遥感传感器接收的每一波段接收信号后在输出的底片有关〔12〕。遥感解译中常见的问题是同谱异物或同物异谱的现象，仅依靠光谱特征不足以准确提取目标对象。因此，野外样地调查以及判图人员的经验、专业知识至关重要〔13〕。如在本论文中轻度退化草地和未退化草地在影像上显示时特别相似，都表现为深色，这时要具体分析野外样地、地形地貌、草地利用情况等综合信息进行判读。以上例子说明仅靠遥感影像解译是不够的，应参照野外样地调查资料及退化分级标准，最终综合分析划分。

本文统计的已垦土地面积数据包括农田与人工饲草料地总面积。由于卫星图有云雾遮挡，暂未获得连续月份的遥感影像清晰图。所以下一步需对其他月份遥感影像进行解译判读，验证区分农田及人工饲草料地，尤其是多年生人工饲草地。

6 结论

6.1 从上世纪90年代开始，由于自然因素对环境的影响不适宜和人为对草原的不合理利用，到2014年时乌拉盖草原“三化”面积为15.05万hm2，占草地总面积的32.71%。其中，退化草地面积为13.20万hm2，占草地总面积的28.70%；沙化草地面积为0.11万hm2，占草地总面积的0.24%，盐渍化面积为1.74万hm2，占草地总面积的3.77%。

6.2 草原三化的动态监测是草原生态状况监测的重要内容，通过监测不同类型草原的退化、沙化、盐渍化面积与程度的变化从而反映草原的生态健康状况。从2000年到2014年，乌拉盖管理区“三化”(退化、沙化、盐渍化)草地面积共增加了1.13万hm2，其中退化草地面积增加了0.56万hm2，沙化草地面积增加了0.10万hm2，盐渍化面积增加了0.48万hm2。因此，优化草原利用方式、实施草原保护工作成为乌拉盖草原生态恢复的重要基础。

6.3 乌拉盖管理区通过退耕还林、还草，到2014年已垦草地(包括农田及人工饲草料地)总面积已减少为0.93万hm2。针对已退耕草地，可通过补播优良牧草，建立人工草地，既加速了植被的恢复，又能获得大量的优质牧草，可以成为该区草地恢复重建的一条重要途径。

6.4 乌拉盖管理区矿区面积增加迅速，由2000年的0.02万hm2，扩增为2014年的0.25万hm2。目前虽然对路边部分排土场的边坡进行了修复，但是缺乏系统的、整体的修复规划，不利于整个生态环境的恢复，今后应加大矿区修复力度，以保证该区域生态环境的可持续发展。

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Exploitation status of Wulagai Grassland by remote sensing investigation

Nui wen-yuan,Wang jun-fang,Bai yao-hua,Du Peng

(Inner Mongolia Hotision Monsod Drought-Resistant Greening INC, Hohhot ,010030)

On the basic 3S technology, to investigate and analyza the grassland of WuLaGai by using field survey and satellite images. The results showed: In 2014, The area of degraded(degenerated, decertified, salinized) grassland is 150.5 thousand hm2, which is 32.71% of whole area of grassland. The area of degeneration in WuLaGai was 132.0 thousand hm2. The area of desertification in WuLaGai was 1.1 thousand hm2. The area of salinization in WuLaGai was 17.4 thousand hm2. From 2000 to 2014, the WuLaGai grassland area of degraded (degenerated, decertified, salinized) increased 11.3 thousand hm2. Area of farmland and food patch was somewhat reduced, as diggings and cities area increased year by year.

Wulagai Grassland; Utilization condition; Remote Sensing Interpret

S812.5，S127

A

2095—5952(2016)01—0020—08

2016-01-06

内蒙古蒙草公司草原生态修复项目。

牛文远(1986-)，女，内蒙古乌兰察布市四子王旗人，从事草原生态研究。E-mail:119359403@qq.com。