對新疆草原植被遙感工作的思考

穆葉仙·吐松

（新疆維吾爾自治區(qū)草原總站，新疆 烏魯木齊 830049）

草原對于大自然來說，在生態(tài)環(huán)境層面上能夠起到調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境、保持土壤中的水分，進(jìn)而減少水土流失，保持生態(tài)平衡的堡壘作用。在畜牧業(yè)發(fā)展的角度來考慮，草原可謂是頂梁柱，草原植被對環(huán)境的影響和給人們帶來的經(jīng)濟(jì)效益非同一般［1］。因此草原植被變化的監(jiān)測顯得尤為重要，及時(shí)把握草原植被的變化動(dòng)向，有利于對自然生態(tài)環(huán)境及時(shí)有效地進(jìn)行保護(hù)。但是長時(shí)間大跨度的草原植被資源的監(jiān)測工作難度較大，隨著科技的發(fā)展利用GIS技術(shù)和遙感數(shù)據(jù)，能夠監(jiān)測特定代表性區(qū)域的草原植被變化情況。有科研人員利用相關(guān)技術(shù)已經(jīng)做出了相應(yīng)的研究。我國西部草原面積較大，但近十年來水土流失、草原植被退化等一系列問題，起因于環(huán)境的變化和人為的影響［2］。研究數(shù)據(jù)顯示，新疆草原資源減少問題比較嚴(yán)重，從2005-2010年減少的面積很大，此問題亟待解決。需探求出切實(shí)可行的調(diào)整方案，使新疆草原植被的生長發(fā)展趨于穩(wěn)定。解決問題的前提是發(fā)現(xiàn)問題，然后分析問題，最后找出解決辦法，利用遙感和GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)發(fā)現(xiàn)我國草原尤其是新疆草原面臨的嚴(yán)峻形勢，為分析新疆草原現(xiàn)狀、草原植被退化成因，從而制定相應(yīng)的切實(shí)可行的辦法提供科學(xué)依據(jù)。

1 草原植被光譜特征

草原植被具有光譜反射特性，這一特性決定了遙感的質(zhì)量。草原植被的光譜特征是有個(gè)綠色波長的小峰值，紅外波長的一個(gè)大峰值［5］。對草原生物量、地面覆蓋率及植被健康狀況的研究，這些波長是理想的選擇。在影像的選擇時(shí)必須注意含有近、中、遠(yuǎn)紅外波段，從而更好地對草原植被進(jìn)行遙感。國外科學(xué)家Schmidt和Skidmore對八種不同種類的草進(jìn)行了室內(nèi)光譜反射率的室內(nèi)測量，結(jié)果顯示其反射率之間差異明顯，這為根據(jù)不同的反射率區(qū)分草原植被的種類提供了依據(jù)。

2 草原遙感中的影像分辨率

對草原植被的遙感是否有效取決于影像圖的光譜和空間分辨率。光譜分辨率越高的波段，對輻射差異的識(shí)別能力也越強(qiáng)。Bork針對窄波段和寬波段進(jìn)行比對研究，發(fā)現(xiàn)在定量分析草原植被覆蓋成分、區(qū)分不同放牧方式上窄波段具有優(yōu)勢［6］?？臻g分辨率在面積較大的地理區(qū)域要求不高，但對于需要詳細(xì)植被信息的情況下，相同的光譜分辨率，空間分辨率越高，就能更好地獲得小面積區(qū)域的植被特征。

3 草原植被調(diào)查中遙感的價(jià)值

我們最常用的TM 2影像是太空遙感中地球資源衛(wèi)星影像之一［7］。比起其他衛(wèi)星影像，TM影像有七個(gè)波段，它的光譜區(qū)域更寬廣，在TM長光譜波段的雨季圖像上可以區(qū)分出大多數(shù)草原植被覆蓋類型。草原植被隨時(shí)間的變化也可以從TM影像上獲得，但是超干旱區(qū)TM影像不能一目了然地提供植被指數(shù)。

4 草原植被遙感調(diào)查的技術(shù)基礎(chǔ)

草原植被遙感調(diào)查的技術(shù)主要是3S技術(shù)。其中RS（遙感）技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確、大范圍、周期性地綜合探測地面各種地物；GPS（全球定位系統(tǒng)）現(xiàn)在非常普遍，是能夠又準(zhǔn)又快地確定地面地理位置等信息的儀器；GIS（地理信息系統(tǒng)）是對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和分析，并具有對數(shù)據(jù)的采集、編輯、分析與管理的技術(shù)［8］。這三項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對草原植被各種信息的高效處理。

5 草原植被遙感的應(yīng)用

5.1 草原資源調(diào)查評(píng)估

幅員遼闊的草原資源，用地球資源衛(wèi)星影像來調(diào)查比較合適。主要是對草地類型、植被蓋度、草產(chǎn)量、空間分布及其內(nèi)部相關(guān)性等的調(diào)查。對蓋度的測量也有最有效的植被指數(shù)，即紅波段亮度和基于藍(lán)色波段、紅-綠波段總和的垂直指數(shù)［9］。遙感和草原的業(yè)界人士依據(jù)主導(dǎo)草種和主要覆蓋類型劃分出了草地單元［10］。Ringrose等人利用激光來達(dá)到高效測量草原植被的蓋度分布，結(jié)果與實(shí)際地面植被情況非常吻合。從而發(fā)現(xiàn)區(qū)分草地特征是有季節(jié)性的，較干旱季節(jié)來說，雨季要容易得多［11］。他們利用不同時(shí)相TM數(shù)據(jù)識(shí)別并區(qū)分了草原植被特征及其季節(jié)性變化［12］。也有利用多時(shí)相TM影像進(jìn)一步制作地表植被分布圖的。這些嘗試中，得出的結(jié)論是，要得到更加精確的結(jié)果單時(shí)相TM影像好一些，而對某種特定景觀中想要效果更好則需借鑒多時(shí)相TM影像。

5.2 草原植被生物量估測

國內(nèi)外學(xué)者們用遙感的方法估測生物量的方法多樣，在實(shí)際運(yùn)用中，有用NDVI來替代生物量的，有利用不同波段比值從而推算地面植被生物量的，還有從氣候因子入手建立模型，再校正遙感影像中提取的植被指數(shù)，達(dá)到測算生物量的目的。還有就是通過確定干枯草比重來測算生物量。

5.3 草原植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測

在對同一區(qū)域在不同時(shí)段進(jìn)行反復(fù)觀測中，我們可以發(fā)現(xiàn)其時(shí)空變化，地表草原植被的狀況會(huì)因自然和人為因素而變化［13］。掌握這種變化能為及時(shí)有效地調(diào)整草原管理方案從而達(dá)到草原保護(hù)和合理利用起到非常重要的作用。對草原地表植物的實(shí)際檢測及小范圍草原植被發(fā)展變化的研究，遙感的應(yīng)用提供了更多的便利。在大面積草原植被變化監(jiān)測中，衛(wèi)星影像的運(yùn)用較為切合實(shí)際，在2017年自治區(qū)草原資源清查工作中，我們就通過自動(dòng)分類完成了草原監(jiān)測的部分工作，也就是將地表不同的實(shí)物分為幾大類，其中也包括草原。有學(xué)者提出此法對草地監(jiān)測范圍是適合的，但要對草原狀態(tài)詳細(xì)識(shí)別就不適用了［14］。在測得變化之后要進(jìn)行認(rèn)真分析，區(qū)分測得變化是草原植被的真實(shí)情況還是地表土壤的變化。

5.4 草原植被正在退化

中國西部草原的15年的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測顯示新疆的草原退化速度很快，我們應(yīng)該引起高度重視。草原的退化特征多樣，會(huì)隨著氣候和地點(diǎn)而變，在干旱地區(qū)，草地退化表現(xiàn)為可食與不可食草種之比會(huì)降低。為利用遙感監(jiān)測草地退化，學(xué)者們提出可通過獲取相應(yīng)指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)，從而克服以往用經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出來評(píng)價(jià)草原植被退化的實(shí)際困難。

5.5 自然災(zāi)害的預(yù)防

在估算草地植被生物量中可以通過確定干枯草比重來實(shí)現(xiàn)，有學(xué)者借此對發(fā)生火災(zāi)的可能性進(jìn)行了預(yù)測并提出發(fā)生火災(zāi)后合理調(diào)配資源的應(yīng)急措施。也有通過監(jiān)測草地干燥性，對草原地表燃燒量和濕度進(jìn)行判斷，來推測火災(zāi)發(fā)生的潛在可能。

6 草原植被遙感發(fā)展前景

隨著科技的日新月異，未來草原植被的遙感研究會(huì)以模擬和預(yù)測為重點(diǎn)方向發(fā)展，主要的趨勢是遙感中攝像和影像分析與GIS的集合。無人駕駛的飛機(jī)可以快速地獲取大量信息，對小范圍內(nèi)的草原植被資源監(jiān)測十分有效。雖然無人機(jī)拍攝的影像比起航片的分辨率要低，但是其獲取影像的周期短，比起野外實(shí)地考察我們可以借助無人機(jī)影像對地面樣點(diǎn)獲取更多的信息。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，從高分辨率的攝像信息提供的草原植被蓋度與TM影像獲得的結(jié)果非常相近，航空攝像技術(shù)在快速校正其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供的植被蓋度指數(shù)上潛力很大。遙感影像分析處理和GIS集成中，應(yīng)用草原植被遙感中的波段差分和比值、自動(dòng)分類等在獲取植被指數(shù)運(yùn)用上比較廣泛。GIS在草原資源變化監(jiān)測上前景廣闊，主要是迭合多時(shí)相衛(wèi)星影像、幾何配準(zhǔn)、空間對比。將GIS和遙感影像集合的自動(dòng)方式，可以順利地確定草原資源變化的規(guī)則和范圍［15］。在草原植被研究中GIS的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛和深入，從而將草原植被的研究推向模擬和預(yù)測的新時(shí)期。

研究監(jiān)測時(shí)對數(shù)據(jù)精細(xì)度要求比較高，遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，其產(chǎn)品從時(shí)間間隔、精度等屬性上都會(huì)有所突破和進(jìn)展。屆時(shí)，結(jié)合GIS技術(shù)和遙感影像的處理對脆弱的草原區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測將變得更加容易。在決策者考慮草原的合理利用、減少草原破壞時(shí)，這些技術(shù)將為草原資源保護(hù)提供有效的指導(dǎo)，幫助決策者掌握每一草地植被在不同管理方法下的反應(yīng)，從而助力計(jì)劃人員提出合理有效的管理措施，使草原植被處于理想的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn):

[1]牟新待.遙感技術(shù)在草原資源調(diào)查和管理中應(yīng)用的展望[J].中國草原與牧草，1984，（02）:57-61.

[2]河北省農(nóng)業(yè)廳.摸清資源家底 樹立紅線意識(shí) 筑牢京津冀草原生態(tài)屏障[J].中國畜牧業(yè)，2017，（18）:41.

[3]談俊忠，張梅，談心，等.1995-2010年中國西部草地資源動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測研究[J].地理與地理信息科學(xué)，2015，31（04）:60-64.

[4]蘇大學(xué)，劉建華，鐘華平，等.中國草地資源遙感快查技術(shù)方法的研究[J].草地學(xué)報(bào)，2005，（S1）:4-9.

[5]查勇，Jay Gao，倪紹祥.國際草地資源遙感研究新進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)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]農(nóng)業(yè)部即日起徹查非法征占草原行為[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2004，（07）:5.

[8]施化義，馮景貴.關(guān)于洮南市草原現(xiàn)狀的調(diào)查報(bào)告[J].吉林畜牧獸醫(yī)，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]劉建華，蘇大學(xué)，鐘華平.黃土高原地區(qū)草地資源兩次遙感調(diào)查比較研究[J].草地學(xué)報(bào)，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]隋曉青，安沙舟，王堃，等.應(yīng)用多源遙感數(shù)據(jù)對天山草地資源分類的比較研究[J].草地學(xué)報(bào)，2007（02）:145-152.

[14]陳全功，衛(wèi)亞星，梁天剛，等.遙感技術(shù)在草地資源管理上的應(yīng)用進(jìn)展[J].國外畜牧學(xué)(草原與牧草),1994，（01）:1-12.

[15]姜艷，尚振蘭.遙感技術(shù)在草地資源調(diào)查研究中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2013，（09）:94.