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      對新疆草原植被遙感工作的思考

      2018-03-20 20:42:52穆葉仙吐松
      草食家畜 2018年2期
      關(guān)鍵詞:波段生物量草地

      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):

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