对新疆草原植被遥感工作的思考

穆叶仙·吐松

（新疆维吾尔自治区草原总站，新疆 乌鲁木齐 830049）

草原对于大自然来说，在生态环境层面上能够起到调节气候、净化环境、保持土壤中的水分，进而减少水土流失，保持生态平衡的堡垒作用。在畜牧业发展的角度来考虑，草原可谓是顶梁柱，草原植被对环境的影响和给人们带来的经济效益非同一般［1］。因此草原植被变化的监测显得尤为重要，及时把握草原植被的变化动向，有利于对自然生态环境及时有效地进行保护。但是长时间大跨度的草原植被资源的监测工作难度较大，随着科技的发展利用GIS技术和遥感数据，能够监测特定代表性区域的草原植被变化情况。有科研人员利用相关技术已经做出了相应的研究。我国西部草原面积较大，但近十年来水土流失、草原植被退化等一系列问题，起因于环境的变化和人为的影响［2］。研究数据显示，新疆草原资源减少问题比较严重，从2005-2010年减少的面积很大，此问题亟待解决。需探求出切实可行的调整方案，使新疆草原植被的生长发展趋于稳定。解决问题的前提是发现问题，然后分析问题，最后找出解决办法，利用遥感和GIS(地理信息系统)技术发现我国草原尤其是新疆草原面临的严峻形势，为分析新疆草原现状、草原植被退化成因，从而制定相应的切实可行的办法提供科学依据。

1 草原植被光谱特征

草原植被具有光谱反射特性，这一特性决定了遥感的质量。草原植被的光谱特征是有个绿色波长的小峰值，红外波长的一个大峰值［5］。对草原生物量、地面覆盖率及植被健康状况的研究，这些波长是理想的选择。在影像的选择时必须注意含有近、中、远红外波段，从而更好地对草原植被进行遥感。国外科学家Schmidt和Skidmore对八种不同种类的草进行了室内光谱反射率的室内测量，结果显示其反射率之间差异明显，这为根据不同的反射率区分草原植被的种类提供了依据。

2 草原遥感中的影像分辨率

对草原植被的遥感是否有效取决于影像图的光谱和空间分辨率。光谱分辨率越高的波段，对辐射差异的识别能力也越强。Bork针对窄波段和宽波段进行比对研究，发现在定量分析草原植被覆盖成分、区分不同放牧方式上窄波段具有优势［6］。空间分辨率在面积较大的地理区域要求不高，但对于需要详细植被信息的情况下，相同的光谱分辨率，空间分辨率越高，就能更好地获得小面积区域的植被特征。

3 草原植被调查中遥感的价值

我们最常用的TM 2影像是太空遥感中地球资源卫星影像之一［7］。比起其他卫星影像，TM影像有七个波段，它的光谱区域更宽广，在TM长光谱波段的雨季图像上可以区分出大多数草原植被覆盖类型。草原植被随时间的变化也可以从TM影像上获得，但是超干旱区TM影像不能一目了然地提供植被指数。

4 草原植被遥感调查的技术基础

草原植被遥感调查的技术主要是3S技术。其中RS（遥感）技术能够快速、准确、大范围、周期性地综合探测地面各种地物；GPS（全球定位系统）现在非常普遍，是能够又准又快地确定地面地理位置等信息的仪器；GIS（地理信息系统）是对空间数据进行综合处理和分析，并具有对数据的采集、编辑、分析与管理的技术［8］。这三项技术的结合，能够实现对草原植被各种信息的高效处理。

5 草原植被遥感的应用

5.1 草原资源调查评估

幅员辽阔的草原资源，用地球资源卫星影像来调查比较合适。主要是对草地类型、植被盖度、草产量、空间分布及其内部相关性等的调查。对盖度的测量也有最有效的植被指数，即红波段亮度和基于蓝色波段、红-绿波段总和的垂直指数［9］。遥感和草原的业界人士依据主导草种和主要覆盖类型划分出了草地单元［10］。Ringrose等人利用激光来达到高效测量草原植被的盖度分布，结果与实际地面植被情况非常吻合。从而发现区分草地特征是有季节性的，较干旱季节来说，雨季要容易得多［11］。他们利用不同时相TM数据识别并区分了草原植被特征及其季节性变化［12］。也有利用多时相TM影像进一步制作地表植被分布图的。这些尝试中，得出的结论是，要得到更加精确的结果单时相TM影像好一些，而对某种特定景观中想要效果更好则需借鉴多时相TM影像。

5.2 草原植被生物量估测

国内外学者们用遥感的方法估测生物量的方法多样，在实际运用中，有用NDVI来替代生物量的，有利用不同波段比值从而推算地面植被生物量的，还有从气候因子入手建立模型，再校正遥感影像中提取的植被指数，达到测算生物量的目的。还有就是通过确定干枯草比重来测算生物量。

5.3 草原植被动态监测

在对同一区域在不同时段进行反复观测中，我们可以发现其时空变化，地表草原植被的状况会因自然和人为因素而变化［13］。掌握这种变化能为及时有效地调整草原管理方案从而达到草原保护和合理利用起到非常重要的作用。对草原地表植物的实际检测及小范围草原植被发展变化的研究，遥感的应用提供了更多的便利。在大面积草原植被变化监测中，卫星影像的运用较为切合实际，在2017年自治区草原资源清查工作中，我们就通过自动分类完成了草原监测的部分工作，也就是将地表不同的实物分为几大类，其中也包括草原。有学者提出此法对草地监测范围是适合的，但要对草原状态详细识别就不适用了［14］。在测得变化之后要进行认真分析，区分测得变化是草原植被的真实情况还是地表土壤的变化。

5.4 草原植被正在退化

中国西部草原的15年的动态变化监测显示新疆的草原退化速度很快，我们应该引起高度重视。草原的退化特征多样，会随着气候和地点而变，在干旱地区，草地退化表现为可食与不可食草种之比会降低。为利用遥感监测草地退化，学者们提出可通过获取相应指标来实现，从而克服以往用经济产出来评价草原植被退化的实际困难。

5.5 自然灾害的预防

在估算草地植被生物量中可以通过确定干枯草比重来实现，有学者借此对发生火灾的可能性进行了预测并提出发生火灾后合理调配资源的应急措施。也有通过监测草地干燥性，对草原地表燃烧量和湿度进行判断，来推测火灾发生的潜在可能。

6 草原植被遥感发展前景

随着科技的日新月异，未来草原植被的遥感研究会以模拟和预测为重点方向发展，主要的趋势是遥感中摄像和影像分析与GIS的集合。无人驾驶的飞机可以快速地获取大量信息，对小范围内的草原植被资源监测十分有效。虽然无人机拍摄的影像比起航片的分辨率要低，但是其获取影像的周期短，比起野外实地考察我们可以借助无人机影像对地面样点获取更多的信息。有学者发现，从高分辨率的摄像信息提供的草原植被盖度与TM影像获得的结果非常相近，航空摄像技术在快速校正其他卫星数据提供的植被盖度指数上潜力很大。遥感影像分析处理和GIS集成中，应用草原植被遥感中的波段差分和比值、自动分类等在获取植被指数运用上比较广泛。GIS在草原资源变化监测上前景广阔，主要是迭合多时相卫星影像、几何配准、空间对比。将GIS和遥感影像集合的自动方式，可以顺利地确定草原资源变化的规则和范围［15］。在草原植被研究中GIS的应用将会越来越广泛和深入，从而将草原植被的研究推向模拟和预测的新时期。

研究监测时对数据精细度要求比较高，遥感技术的不断发展，其产品从时间间隔、精度等属性上都会有所突破和进展。届时，结合GIS技术和遥感影像的处理对脆弱的草原区域进行监测将变得更加容易。在决策者考虑草原的合理利用、减少草原破坏时，这些技术将为草原资源保护提供有效的指导，帮助决策者掌握每一草地植被在不同管理方法下的反应，从而助力计划人员提出合理有效的管理措施，使草原植被处于理想的状态。

参考文献:

[1]牟新待.遥感技术在草原资源调查和管理中应用的展望[J].中国草原与牧草，1984，（02）:57-61.

[2]河北省农业厅.摸清资源家底 树立红线意识 筑牢京津冀草原生态屏障[J].中国畜牧业，2017，（18）:41.

[3]谈俊忠，张梅，谈心，等.1995-2010年中国西部草地资源动态变化监测研究[J].地理与地理信息科学，2015，31（04）:60-64.

[4]苏大学，刘建华，钟华平，等.中国草地资源遥感快查技术方法的研究[J].草地学报，2005，（S1）:4-9.

[5]查勇，Jay Gao，倪绍祥.国际草地资源遥感研究新进展[J].地理科学进展，2003，（06）:607-617.

[6]Bork E W,Wes t N E,Price K P,et al.Rangeland cover component quantification using broad （TM）and narrow～ band(1.4 NM)spectrometry[J].Journal of Range Management,1999，52 （3）:249～257.

[7]农业部即日起彻查非法征占草原行为[J].农业科技与信息，2004，（07）:5.

[8]施化义，冯景贵.关于洮南市草原现状的调查报告[J].吉林畜牧兽医，2016，37（10）:52-53.

[9]Pickup G,Bast in G N Chewings V H.Measuring rangeland vegetation with high resolution airborne videography in the blue-near infrared spectral region[J].International Journal of Remote Sensing，2000，21（2）:339～351.

[10]Paruel o JM,Gollusci o R A.Range assessment using remote sensing in Northwest Patagonia(Argentina)[J].Journal of Range Management,1994,47(6):498～ 502.

[11]刘建华，苏大学，钟华平.黄土高原地区草地资源两次遥感调查比较研究[J].草地学报，2005，（S1）:20-23+27.

[12]Ringrose S,M usisi-Nkambwe S,Coleman T,et al.Us e of Landsat Thematic Mapper data to assess seasonal rangeland changes in the Southeast Kalahari,Botswana[J].Environmental Management，1999，23（1）:125～138.

[13]隋晓青，安沙舟，王堃，等.应用多源遥感数据对天山草地资源分类的比较研究[J].草地学报，2007（02）:145-152.

[14]陈全功，卫亚星，梁天刚，等.遥感技术在草地资源管理上的应用进展[J].国外畜牧学(草原与牧草),1994，（01）:1-12.

[15]姜艳，尚振兰.遥感技术在草地资源调查研究中的应用[J].科技风，2013，（09）:94.