新疆昌吉州草地生產(chǎn)力年際動態(tài)分析

黃 軍，趙 炎，任玉平，王高峰，陳愛蓮，王吉云

（1.昌吉州草原站，新疆 昌吉 831100；2.新疆畜牧科學(xué)院草原研究所，新疆 烏魯木齊 830000；3.昌吉州治蝗辦，新疆 昌吉 831100）

草地資源與生態(tài)監(jiān)測是草地保護(hù)和建設(shè)的基礎(chǔ)性工作，掌握草地現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對制定草地保護(hù)和建設(shè)政策、指導(dǎo)草原畜牧業(yè)生產(chǎn)、加強(qiáng)草地監(jiān)督管理、保障生態(tài)安全具有極其重要的意義。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)集成的“3S”技術(shù)，以不同時空尺度的大容量遙感影像、空間定位信息描述空間對象，在計算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)支持下實現(xiàn)空間信息的動態(tài)更新、管理和分析，為宏觀資源與生態(tài)監(jiān)測提供了理想的技術(shù)手段［1］。草地監(jiān)測工作也順應(yīng)這一技術(shù)潮流，進(jìn)入以“3S”技術(shù)為主的時代，從傳統(tǒng)的地面調(diào)查、監(jiān)測，到結(jié)合遙感影像判讀、分析。筆者在對新疆昌吉回族自治州草地資源及生產(chǎn)力動態(tài)評價中，調(diào)查路線、樣地設(shè)置及選點(diǎn)方面利用遙感影像、地理信息和GPS定位，具體調(diào)查及分析采用常規(guī)方法，以期監(jiān)測草地生產(chǎn)力動態(tài)變化。

1 研究方法

1.1 研究地區(qū)的自然地理特征概況

新疆昌吉回族自治州地處天山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地東南部，位于 E 85°17′50″～91°32′15″，N 43°06′31″～45°38′50″，海拔280～5 445m，從東、西、北三面環(huán)抱烏魯木齊市。地形南高北低，南部為東西橫亙的天山，北部為浩瀚的古爾班通古特沙漠，東北部為將軍戈壁，卡拉麥里山、北塔山此起彼伏，中部為天山北麓山前平原。干旱大陸性氣候，冬季寒冷、夏季炎熱、晝夜溫差大。由于受地形條件的影響，由南向北氣候差異較大，南部山區(qū)夏季降水充沛；北部大陸性氣候特征顯著。年日照時數(shù)為2 600～3 000h，年≥10℃積溫為2 300～3 600℃，年平均氣溫6.8℃，年均降水量190mm。土壤分布自南向北依次呈草甸土－黑鈣土－栗鈣土－棕鈣土－灰漠土的垂直地帶性變化［2］。

1.2 樣地設(shè)置

根據(jù)昌吉州7縣市衛(wèi)星遙感影像和草地類型分布的垂直地帶性，依照文獻(xiàn)［3］的方法，在草地監(jiān)測關(guān)鍵區(qū)域和重點(diǎn)監(jiān)測草地類型分布區(qū)，選擇有代表性的典型地段作為定位監(jiān)測樣地。2006～2010年生產(chǎn)力監(jiān)測共布置樣地97個（其中，2006～2007年監(jiān)測木壘縣、奇臺縣、阜康市、昌吉市和瑪納斯縣五縣市42個樣地），共有7大類，其中，高寒草甸10個、山地草甸15個、溫性草甸草原8個、溫性草原13個、溫性荒漠草原14個、溫性荒漠29個、低平地草甸8個。

1.3 樣方布置

一個樣地內(nèi)布設(shè)3個樣方，樣方為正方形，樣方間隔距離不超過250m。草本及半灌木草地布設(shè)樣方的面積1m2，每個樣方3次重復(fù)，小半喬木及灌木草地布設(shè)樣方的面積為100m2，不做重復(fù)。

1.4 草層高度

測定草地植物自然狀態(tài)下，草叢葉層集中分布部位的平均高度。

1.5 植被蓋度

樣地內(nèi)取1m×1m樣方5個，采用一個面積為1m2并用細(xì)線分割成10cm×10cm方格網(wǎng)的樣方置于草地上，按不同植物冠投影占有的方格數(shù)的方法統(tǒng)計蓋度［4］。

1.6 生物量測定

2008～2010年植物生長季7月上旬～8月上旬調(diào)查測產(chǎn)，采用齊地面刈割，鮮草裝袋稱重。

2 監(jiān)測結(jié)果

2.1 草地植被類型

昌吉州主要草地植被類型9大類，天然草地面積585.6萬hm2，可利用面積520.7萬hm2。其中，荒漠類390.6萬hm2，面積最大，占到總可利用面積的75%，其他類型草地面積分別占總可利用面積不到10%（表1）。昌吉州自南向北依次呈高寒草甸—山地草甸—草甸草原—典型草原—荒漠草原—草原化荒漠—荒漠的垂直地帶性分布。高寒草甸優(yōu)勢種植物有細(xì)果苔草（Carexstenocarpa）、線 葉 嵩 草（Kobresia capillifolia）、珠芽蓼（Polygonumviviparum）、仰臥早熟禾（Poasupina）、高山早熟禾（P.alpina）等。山地草甸優(yōu)勢種植物有天山羽衣草（Alchemillatianshannica）、仰臥早熟禾、老鸛草（Geraniumrectum）、委陵菜（Potentillasp.）、草原糙蘇（Phlomispratensis）、紫花鳶尾（Irisruthenica）、線葉嵩草、老芒麥（Elymus sibiricus）、黃花苜蓿（Medicagofalcata）、羽衣草、老鸛草、苔草等。山地草原優(yōu)勢種植物有羊茅（Festuca ovina）、針茅（Stipacapillata）、冰草（Agropyroncristatum）、草原苔草（Carexliparocarpos）、冷蒿（Artemisiafrigida）、萬年蒿（A.gmelinii）、新疆亞菊（Ajaniafastigiata）等?；哪菰瓋?yōu)勢種植物有錦雞兒（Caraganaroborovskyi）、白濱黎（Atriplexcana）、喀什蒿（Artemisiakaschgarica）、針茅、羊茅、草原苔草、沙生針茅（Stipaglareosa）、駝絨藜（Caratoideslatens）、假木賊（Anabasisbrevifolia）、小蓬（Nanophytonerinaceum）、木 地 膚（Kochiaprostrata）、博 樂 蒿（Artemisiaborotalensis）等?；哪畠?yōu)勢種植物有博樂蒿、頂羽菊（Acroptilonrepens）、駝絨藜、假木賊、小蓬、木地膚、木堿蓬（Suaedadendroides）、樟味 黎（Camphorosmamonspeliaca）、叉 毛 蓬（Petrosimonia sibirica）、豬毛菜（Salsolabrachiata）、角果藜（Ceratoidesarenarius）、駱駝蓬（Peganumharmala）、刺葉錦雞 兒（Caraganaacanthophylla）、琵 琶 柴（Reaumuriasoongorica）、鐮芒針茅（Stipacaucasica）等。平原區(qū)主要是黎科植物，山區(qū)主要是菊科、禾本科、豆科、莎草科植物［2］。

表1 昌吉州各草地可利用面積Table1 Area of available rangeland in Changji Prefecture hm2

2.2 草地植被監(jiān)測

與1988年第1次草地資源調(diào)查相比，草地植被優(yōu)勢種明顯減少，現(xiàn)存的優(yōu)勢種也不是特別明顯，高寒草甸、草甸草原和典型草原植物種類中雜類草比例最多，在荒漠草原、荒漠類型中，植物種類單一，木地膚、駝絨藜等優(yōu)良牧草幾乎消失，一年生和短命植物所占比例加大。低地草甸類型僅奇臺縣由于實施禁牧而得以保存，其他縣市因草地退化低地草甸已經(jīng)消失。

表2 草地植被狀況Table2 Vegetation condition

2.3 草層高度監(jiān)測

2006～2010年監(jiān)測結(jié)果表明，天然草地植被在草甸區(qū)、草甸草原區(qū)和低地草甸區(qū)長勢最好，草層高度明顯高于其他類型（圖1）。高寒草甸、草甸草原、典型草原、荒漠草原草層高度與1988年相比變矮，草層降低幅度高寒草甸、草甸草原、典型草原、荒漠草原分別是20.0%～77.6%、48.3%～62.2%、22.3%～54.6%、31.3%～59.7.6%；山地草甸草層高度高與1988年相比增高，草層增高幅度28%～178%；低地草甸草層高度2007年比1988年增高14.3%，2010年比1988年下降80.7%。

圖1 監(jiān)測年度各類型草地草層高度變化Fig.1 Variation of community height in monitoring period

2.4 草地植被覆蓋度監(jiān)測

監(jiān)測年度草地植被覆蓋度與1988年相比除荒漠草原下降外，其他類型有上升也有下降。高寒草甸植被覆蓋度2008年無變化，其他年度覆蓋度下降明顯，下降幅度12.7%～33.3%；山地草甸植被覆蓋度2006、2007年分別較1988年上升了0.8%、7.6%，2008～2010年分別較1988年下降了13.9%，4.3%和1.1%；草甸草原除2007年上升1.7%外，其他年度都下降，下降幅度在8.4%～33.3%；典型草原植被覆蓋度2007、2009年上升8.0%、1.8%，2006、2008、2010年分別下降了20.9%，23.1%和0.6%；低地草甸2007、2010年分別下降了70.0%、13.4%（表3）。

2.5 草地生產(chǎn)力監(jiān)測

草地鮮草產(chǎn)量，山地草甸和草甸草原明顯高于其他類型。高寒草甸各監(jiān)測年度產(chǎn)量均下降，下降幅度26.3%～43.5%；山地草甸、草甸草原、草原和荒漠草原2006～2008年產(chǎn)量均下降，下降幅度10.5%～50.3%，2009、2010年產(chǎn)量均上升，上升幅度6.1%～55.0%；低地草甸2007、2010年產(chǎn)量分別下降78%、26.5%，2008、2009 年 產(chǎn) 量 分 別 上 升 了 37.9% 和124.3%（表4）。

表3 草地植被覆蓋度Table3 Coverage of rangeland vegetation %

表4 草地生產(chǎn)力監(jiān)測Table4 Rangeland productivity kg／hm2

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

5年的監(jiān)測結(jié)果顯示，各草地類型植被不同程度退化。植物種類減少，草群結(jié)構(gòu)單一，某些優(yōu)勢種出現(xiàn)頻率很低，一年生和短命植物比例增加，毒草如醉馬草（Achratheruminebrians）大量出現(xiàn)；草層高度不同程度下降。除山地草甸外，高寒草甸、草甸草原、草原和荒漠草層高度下降明顯，下降幅度都超過了10%；植被覆蓋度降低。除荒漠外高寒草甸、山地草甸、草甸草原、荒漠草原和低地草甸下降明顯，下降幅度都超過了10%；草地生產(chǎn)力不同程度下降，但2009～2010年草地生產(chǎn)力有所上升。

3.2 建議

基于“3S”技術(shù)的草原監(jiān)測技術(shù)發(fā)展非常迅速，目前在個別地區(qū)已經(jīng)將“3S”技術(shù)應(yīng)用到草地監(jiān)測的各個領(lǐng)域，建立了草地生產(chǎn)力、草地退化以及草地災(zāi)害等的數(shù)據(jù)模型［5］，對草地生態(tài)保護(hù)建設(shè)決策及預(yù)警起到了非常重要的作用［6］。現(xiàn)在“3S”技術(shù)在昌吉州草地監(jiān)測應(yīng)用中還不廣泛和深入，監(jiān)測技術(shù)手段和設(shè)備落后，固定監(jiān)測點(diǎn)僅僅停留在GPS定位上，固定監(jiān)測點(diǎn)沒有任何的保護(hù)設(shè)施和必要的氣象站點(diǎn)，完全靠大量人力利用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行監(jiān)測，數(shù)據(jù)的科學(xué)性、可靠性、準(zhǔn)確性受到影響。建議：（1）進(jìn)一步加大草地監(jiān)測投入，利用“3S”技術(shù)建立起完善的草地監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)；（2）全州草地資源總體上退化趨勢仍未改觀，草地生產(chǎn)力特別是荒漠草地生產(chǎn)力低下，對此，要加強(qiáng)人工草地建設(shè)，同時，加強(qiáng)對本地野生牧草品種的采集馴化和培育，加強(qiáng)天然草地改良；（3）盡快制定草地生態(tài)功能區(qū)劃，加快制定和完善草地保護(hù)建設(shè)利用規(guī)劃，并將規(guī)劃納入國民經(jīng)濟(jì)及社會發(fā)展總體規(guī)劃當(dāng)中。

［1］ 米兆榮，張耀生，趙新全，等.NDVI和EVI在高寒草地牧草鮮質(zhì)量估算和植被動態(tài)監(jiān)測中的比較［J］.草業(yè)科學(xué)，2010，27（6）：13－19.

［2］ 任玉平，馮海記，朱進(jìn)忠，等.昌吉回族自治州草場資源調(diào)查報告［M］.新疆民族出版社，1988：3－4，22－45.

［3］ 唐川江，周俗，張新躍，等.基于“3S”技術(shù)的四川省草地資源與生態(tài)動態(tài)監(jiān)測技術(shù)設(shè)計［J］.草業(yè)科學(xué)，2004，21（12）：33－36.

［4］ 劉德福.草地調(diào)查與規(guī)劃學(xué)實習(xí)指導(dǎo)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1995：40－44.

［5］ 嚴(yán)瑞瑞，楊桂霞，張宏斌，等.呼倫貝爾草甸草原牧草產(chǎn)量及載畜力估算［J］.草業(yè)科學(xué)，2010，27（12）：140－147.

［6］ 韓天虎，孫斌，張貞明，等.甘肅草原資源與生態(tài)監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)思考［J］.草原與草坪，2009（2）：74－75.