全 文 ：第 17 卷 第 2 期
Vol. 17 No . 2
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 3 月
Mar . 2009
草原返青期遥感监测分析
高 娃
(内蒙古草原勘察设计院, 内蒙古 呼和浩特市 010051)
摘要:为全面掌握草原生产力动态变化, 应用 EOS/ MODI S 卫星数据结合地面样方和气候资料, 对锡林郭勒草原
2003- 2007 年返青状况进行动态监测。结果表明: 2007 年返青正常与较好的草原占 88. 85% , 全盟平均每 hm2 鲜
草产量达 574. 5 kg ,平均盖度 35% , 比 2006 年同期产草量增加 1. 5 倍, 盖度增加 2 倍;与近 5 年同期相比, 2007 年
春季草原长势很好,近年全盟草原已向恢复趋势发展, 历年植被长势和产草量的波动与降水量、热量的动态变化格
局基本一致,可能与近年来大面积实施休牧、禁牧等草原保护措施, 及大力推行草畜平衡制度有关。
关键词:草原; 返青动态; 长势动态; MODIS 植被指数; 休牧
中图分类号: S812. 5 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 02022707
Grassland Monitoring and Analyses in Returning Green Period by Remote Sensing
GAO Wa
( In ner Mongolia Rangeland Sur vey & Design In st itute, Hohhot, Inner M on golia Autonomous Region 010051, Ch ina)
Abstract: Accor ding to the EOS/ MODIS satellite images, ground sites data, and climat ic info rmat ion, the
returning g reen status of Xilingol Gr assland w as monitored fo rm 2003 to 2007. The results show that 88.
85% grassland in 2007 w as in normal g reening o r w el l g reening w ith average y ield of 574. 5 kg hm
1
and av
erage coverage of 35%. To compare w ith last y ear, the for ag e y ield in 2007 increased 1. 5 t imes and vegeta
t ive coverage increased tw ice. T o compare w ith last f iv e y ears, the g rassland w as gr ow ing w ell in 2007. In
recent years, Xiling ol grassland r ecovered gradually, forage g row th and y ield show ed consistent dynamics
w ith precipitat ion and quant ity of heat , that could be at t ributed to implementat ion of grassland protect ion
by restgrazing, gr azing forbidden, and realizat ion of g rasslivestock balance system .
Key words: Grassland; Returning green status; Grow ing dynamics; MODIS Vegetation Index; Restgr az
ing
草原具有特有的自然属性、经济属性、社会属性
和生态属性,对人类社会持续发展具有非常重要的
作用[ 1, 2] ,被联合国二十一世纪议程和生物多样
性保护公约列为重要内容。天然草原是比较脆弱
的生态系统,受自然条件和人类影响比较敏感。草
原资源的合理利用与保护建设, 成为我国可持续发
展的战略目标。产草量和盖度等自然状况是发展草
原畜牧业的基础,也是诊断草原健康的重要指标。
锡林郭勒盟位于内蒙古中部, 总土地面积
2025. 8万 hm2 , 草原面积 1930. 54万 hm2 , 占内蒙
古总草原面积 25. 74%, 具有典型的干旱和半干旱
气候特征,草原类型在我国北方具有代表性, 从东到
西依次分布温性草甸草原、典型草原、荒漠草原, 浑
善达克沙地等不同生态系统类型。自 20世纪 80年
代以来,由于开垦及牲畜超载, 致使草原退化、沙化
及草畜矛盾突出,特别是 1999- 2001 年连续干旱,
该地区生态环境严酷。2001年以来,在京津风沙源
工程项目的带动下, 当地推出禁牧、休牧, 人工饲草
料地建植,生态移民等政策,并大力推行草畜平衡制
度。由于天然草原植被长势的季节性及年际间存在
较大差异,因此,及时准确地掌握植被长势的时空配
置变化状况,对确定合理载畜量, 加强草原的科学管
理具有重要意义。
遥感技术在全球变化、资源调查、环境条件及自
收稿日期: 20070730;修回日期: 20081024
基金项目:内蒙古科技厅优质全价草产品开发子课题(编号 20071923)
作者简介:高娃( 1957 ) ,女,蒙族,内蒙古呼和浩特市人,硕士,高级畜牧师,主要从事草原调查与监测及规划管理研究, Email: nmckygw
@ 163. com
草 地 学 报 第 17卷
然灾害宏观监测预测中起着无法替代的作用 [ 10] , 尤
其可以对环境和植被进行动态监测。从 20 世纪 80
年代以来, 研究 NOAA / A VH RR 数据、MSS 数据
计算植被指数表明, 归一化植被指数( VD VI )、比值
植被指数( RVI )与植物生物量呈显著相关。其中,
NDVI 被公认为表征植被变化的有效参数, 含有植
被覆盖的有用信息[ 4, 5] 。利用 NOA A / A VH RR 资
料分析天然草原类型牧草产量与卫星植被指数的相
关系数, 结果表明 NOA A/ A VH RR 植被指数对大
面积草原生产力的遥感监测效果较好[ 6]。MODIS
- ND VI 的时空分辨率可以较好地反映草地原有
植被的时空变化特征,用于计算 ND VI 的 1、2波段
为 250 m, 用于计算 E VI 的第 1、2、3 波段最低为
500 m[ 7]。很多研究表明 MOD IS 资料计算植被指
数优于NOA A / A VH RR资料。本文应用 250 m 分
辨率的 MODIS , N D VI 数据, 依据地面调查资料,
对 2003- 2007年锡林郭勒草原春季植被状况进行
监测研究,以期为草原生态建设及畜牧业管理提供
科学依据。
1 材料与方法
1. 1 监测技术路线
利用 MODIS, ND VI 反映产草量、盖度、长势
等状况的宏观信息, 参考地面实测的样本定量数据,
建立实际植被生长状况和 ND VI 像元值的对应关
系,通过回归分析估测草原生产力及盖度,实现对草
原植被生长发育状况的月或年动态监测。
依据 2001- 2003年内蒙古草原调查成果,利用
锡林郭勒盟草原类型图和盟、市、旗县界限图对非草
地进行切除。参考近 5年 600多个地面调查样本数
据,内容包括: 草群组成成份、高度及盖度, 家畜数
量,利用方式,管理措施等信息。地面调查以旗县为
单元,选择有代表性草原类型及利用程度的地段为
样方采集点。野外数据通过室内分析, 将地面点的
经纬度以及相关调查信息, 转入计算机, 生成 GI S
接受数据,并与 ND VI 等图像叠加,提取有关信息。
1. 2 遥感数据源
MODIS 是EOS AM1系列卫星的主要探测仪
器,是当今世界新一代图谱合一的光学遥感仪器,
具有 36个光谱通道,分布在 0. 4~ 14 m 的电磁波
谱范围[ 8]。本次监测采用 MODIS 地面分辨率分别
为 250 m 的第 1、2 通道。利用归一化植被指数
NDVI 提取植被长势状况信息, 计算公式如下:
ND VI= ( Pnir- Pred ) / ( Pnir + P red )。
式中, P nir和 Pred分别为近红外和红光波段的反
射量。
锡林郭勒草原植被相对于西部干旱区和东部湿
润区,受土地返射和植被指数饱和状况的影响略小,
能较好地反映真实情况。选择 2003- 2005年 5月
MODIS数据为基本无云或少云影像, 对 MODIS1B
数据扫描条带的错位现象( BOWT IE 现象)进行处
理后,进行几何精度校正, 计算 MODIS 1B 反射率,
消除 MODIS 数据中的条带噪声,计算植被指数。
1. 3 地面数据源
通过 2003年以来的每年 5月的周期性路线调
查获取地面数据源,结合 2001年在主要草原类型建
立的固定样条资料。地面数据以旗县为调查单元,
根据草原的植被地带性或隐域性分布规律及其影像
特征,选择具有代表性及不同利用方式的草地类型
设置样地与样方。记录生境条件、群落种类组成、群
落结构、产草量、放牧刈割利用、退化沙化状况以及
区域景观特征等。
路线调查样地为 4. 67万 hm2 ,各样地设置 1~
3个 1m 2典型样方, 其平均值与 4~ 10 个 ND VI 像
元平均值进行对应。固定样条 240 m2 内,均设置 1
个样方进行测定。
2 结果与分析
2. 1 2007年牧草返青动态
ND VI 经常用于年际间、季节性植被变化分
析; VD VI 值域大时植被状况良好, 反之则较
差[ 9 , 10]。根据 2007 年 5 月末 MODIS 卫星植被指
数及地面数据显示,全盟草原 4月初开始萌动, 5月
中下旬基本返青。截止 2007 年 5 月 26 日, 全盟
31. 83%返青好的草原,主要分布在锡林浩特市、阿
巴旗、正蓝旗、正镶白旗及西乌旗西南部地区;
57. 02%的草原返青正常;返青一般的占 13% ,分布
在二连浩特市、东苏旗西北及东乌旗局部地区。
全盟大部分地区 2007年返青提前 10 d 左右,
锡林浩特市、阿巴嘎旗等地区, 4月初萌动返青, 5月
初返青率达 90%,鲜草产量 150 kg/ hm 2 , 其他地区
5月下旬基本返青。全盟 5月底返青的牧草主要为
羊草( L eymus chinensis ( T rin. ) Tzvel. )、针茅属
( S tipa)、隐子草( Clei stogenes Keng sp. )、线叶菊
( F il if olium sibir icum ( L . ) Kitam . )、冷蒿 ( Ar te
228
第 2期 高娃:草原返青期遥感监测分析
misia f igid a Willd. )、锦鸡儿 ( Car ag ana Fabr.
sp. )等多年生牧草, 牧草返青率不仅高于近 5 年的
平均水平,且多年生牧草种类显著增加,地带性的针
茅和羊草占优势。
2007年全盟牧草返青率> 80% 有 41. 06 万
hm 2 ,占草原总面积 31. 83% ; 返青率 70- 80% (正
常)的 1100 万 hm2 , 占 57. 02% ; 返青率< 60% (一
般)为 14. 41万 hm2 , 占 11. 16%。2007年返青率明
显好于 2006年。返青最好的旗县为正蓝旗, 其返青
率> 80%的草原面积占 91. 30%; 其次为锡林浩特
市,占 77. 51%; 最低为二连浩特市和苏尼特左、右
旗,仅 2. 5%以下(图 1,图 2,表 1)。
2. 2 历年牧草长势动态
草原植被长势指植被总体生长状况与趋势, 通
过与以往草原植被的状况对比, 分析现在草原植被
长势情况[ 11] 。通过不同年份产草量的差值测算长
势,牧草长势度划分为变好、持平、变差三级: 变化率
> 10%为产草量变好; - 10% ~ 10%为产草量持平;
< - 10%则产草量变差。根据监测结果可知, 总体
上全盟草原 2007年长势明显好于近年同期水平, 与
近 5年草量差值对比, 产草量提高的草原面积占
14% ,无变化的占 59%, 下降的占 27%。从近 5 年
产草量差值波动分析, 2003年牧草长势最好, 2007
年略差于 2003,以 2006年长势最差。
2007年与 2006 年相比, 产草量明显提高的草
原面积占 65. 83% ;变化不明显的占 30. 7%; 降低的
占 3. 5% ;与 2003 年相比, 产草量提高的草原面积
占 14. 18%; 持平的占 58. 95%; 变差的占 26. 87%。
牧草长势变差和持平的区域主要分布在东部草甸草
原区,其他地区长势明显提高(图 3)。
2. 3 产草量、载畜量及盖度动态
2007年全盟草原每hm2 平均产草量 574. 5 kg,
牧草贮量 98. 58亿 kg ,贮量比 2006年 39. 44 亿 kg
增加了 1. 5倍, 贮量比近 5年平均 74. 91亿 kg 提高
31. 60%(图 4)。产草量增加最高的是阿巴嘎旗和
镶黄旗,增加 4倍以上; 其次为苏尼特左旗、锡林浩
特市和二连浩特市, 产草量分别增加 3. 39、2. 8 和
2. 4倍; 其他旗县增幅略小于 1倍;而乌拉盖地区产
草量减少 8%。全盟 2007 年 5月末草原合理载畜
量为 324. 5 万羊单位, 比 2006 年同期载畜量高 2
倍。2007年 5月末载畜量最高的为阿巴嗄旗, 载畜
量 61. 2 万羊单位; 其次为东乌珠穆沁旗, 载畜量
57. 8万羊单位;二连浩特市最低,为 1. 4万羊单位。
全盟草原牧草盖度在 10%~ 25%的面积为 980
万 hm2 , 占总草原面积的 50. 84%;盖度 25~ 40%的
面积646. 67万hm2 , 占33. 66% ;盖度在40%的 300
万 hm2 , 占 15. 5%。比 2006 年同期覆盖度增加 2
倍左右。
2. 4 牧草长势与气温、降水的关系
各旗县由于冬季降雪, 早春降雨,草地土壤水分
较好,回暖较快,有利于牧草的生长发育。2007年 5
月气温明显高于 2006 年及历年; 降水比 2006年偏
高,总体上接近历年同期水平, 2007 年牧草返青和
长势很好,春季全盟草原生态状况较好,大风、沙尘
天气偏少偏弱。分析 2003- 2007年 5- 10月降水
对牧草的影响,其中 2003年是较好年份, 2007年次
之, 2006年最差(图 5, 图 6)。
分析各旗县每年 5月降水情况可知: 锡林浩特
市、阿巴嗄旗、苏尼特左旗、苏尼特右旗好于 2006年
和历年;东、西乌珠穆沁旗及乌拉盖好于 2006年,但
不如历年; 太仆寺旗、多伦县、正蓝旗、正白旗比
2006年和历年少;正镶黄旗比去年少, 比历年多;东
乌珠穆沁旗 2007年好于 2006年,但与历年相比降
水明显减少; 二连浩特市 2007年降水接近 2006年
和历年(图 7)。
2007年全盟气温普遍高于历年同期水平,偏高
1~ 2 。除多伦县和正镶白旗略低于 2006年外,大
部分地区与 2006年持平或略高。总之, 2007年春
季气温回升早,有利于牧草的生长发育(图 8)。
2. 5 休牧及管理措施分析
2. 5. 1 2003年以来, 锡林郭勒盟和行署高度重视
禁、休牧和草畜平衡制度等工作,制定了有关政策措
施,采取一系列调动牧民积极性的办法,使牧民对保
护草原和可持续发展的思想越来越迫切。经过几年
努力,全盟各旗县草原有所恢复,特别是 2007 年 5
月由于水分和气温相对较好,草原春季返青状况较好。
2. 5. 2 2007年春季在休牧期的技术与管理方面,
总结了过去的经验,对休牧起始时间做了调整: 东部
区(包括乌拉盖,东乌旗、西乌旗) ,休牧期不早于 4月
10日;中部区(包括白旗、蓝旗、太仆寺旗、镶黄旗以
及东苏旗、西苏旗南部苏木镇) , 休牧期不早于 4月
1日; 西部区(包括二连浩特市以及、东苏旗、西苏旗
北部苏木镇、锡林浩特市、阿巴嘎旗)休牧期不早于
4月 5日。
2. 5. 3 各旗市(区)按规定的休牧期每年春季按时
完成草场的休牧计划。几年来, 锡盟冷季制定合理
载畜量, 大力推行草畜平衡制度和休牧、禁牧、轮牧
229
草 地 学 报 第 17卷230
第 2期 高娃:草原返青期遥感监测分析
表 1 有关旗县草原牧草返青状况
Table 1 Returning g reen status o f gr assland in all banners ( or counties) o f Xilingo l
旗县名称
Banner
nam e
2007年牧草返青状况
Retu rning green status in 2007
2007年与 2006年对比
Comparison betw een 2007 and 2006
产草量(亿 kg)
Forage yield
( hundr ed million kg )
株高( cm)
Plant h eight
( cm)
盖度( % )
Coverage
( % )
增减产比例( % )
Proport ion increase or
decreas e rate
( % )
返青牧草种类
Grass species of retu rning green
东乌旗
Dongw u Banner
16. 66 10 20 106
针茅( S tip a sp. )、羊草 ( L eymus chinensi s
( T rin. ) Tzvel. )、苔草( Carex sp. )等
乌拉盖
Wulagai
2. 18 - 20 - 8 -
西乌旗
Xiw u Bann er
15. 71 12. 88 28 78
针茅( S tip a sp. )、羊草( L . ch inensi s)、苔草
( Care x sp. )等
锡林浩特
Xilin hot
12. 39 39. 41 40 286
羊草( L . chinensis)、大针茅( St ipa gr an di s
P. Smirn. )、克氏针茅 ( S tipa kry lov ii Ro
shev. )等
阿巴嘎旗
Abaga Banner
18. 68 15. 88 30 437
羊草( L . chinensis)、克氏针茅( S . kr ylov
ii )、洽草( K oeleria cr istata ( L. ) Pers. )、隐
子草 ( Cle istog enes sp. )、冷蒿 ( A rtemisia
f rig id a Willd. )等
苏尼特左旗
Sunitezuo Banner
7. 91 10. 8 39382 339 -
苏尼特右旗
Sunitey ou Banner
4. 85 8. 8 14- 28 189
戈壁针茅 ( S . gobica Roshev. )、短花针茅
( S . brev i f lora Griseb )、克氏针茅( S . kr y
l ov i i)、小叶锦鸡儿( Caragana microp hyl la
Lam. )、冰草 ( A gr op yr on c ri statum ( L. )
Gaertn. )、沙葱 ( A l lium bidentatum Fisch.
ex Prokh . )、冷蒿( A r. f rigid a)等
二连浩特
E rlianhaote
0. 48 - 39307 240 -
正蓝旗
Zhenglan Banner
8. 98 - 34 103
针茅属( S tip a sp. )、小叶锦鸡儿 ( C. mi
cr op hy lla)、冰草 ( A g . cr i statum )、冷蒿
( A r. f r ig ida)、沙鞭( P sammochloa v i l losa
( T rin. ) Bor)、多根葱( Al l ium p olyr hi zum
T urcz. ex Regel)、扁蓿豆 ( Mel i lotoid es ru
thenica ( L ) Sojak )、唐松草 ( Thali ct rum
sp. )、苔草( Car ex sp. )等
正镶白旗
Zhengxiangbai Banner
3. 42 21. 33 25- 40 129
针茅( S t ip a sp. )、小叶锦鸡儿 ( C. micr o
p hyl la)、羊草 ( L . chinensi s )、冰草 ( A g.
cr istatum)、糙隐子草( Clei stogene s squar
rosa ( T rin. ) Keng )、沙鞭 ( P . v i ll osa )、青
蒿( A r. annua L. )、冷蒿( A r. f rigid a)、星
毛萎陵菜( Potenti l la acauli s L. )等
镶黄旗
Xianghuang Banner
3. 27 12. 8 20- 35 445
针茅( S t ip a sp. )、小叶锦鸡儿 ( C. micr o
p hyl la)、羊草 ( L . chinensi s )、冰草 ( A g.
cr istatum)、沙鞭( P. v i l losa)、多根葱 ( A l.
p olyr hi zum)、冷蒿( Ar . f rigid a)、扁蓿豆
( M. ruthenica)等
太仆寺旗
Taipusi Ban ner
1. 15 11 20- 48 21
羊草( L . chinensis)、大针茅 ( S . g rand is)、
冷蒿冷蒿( Ar . f r ig ida)等
注: - 代表未测得数据
Note: - means the data could not b e measu red
制度, 从 2005 年开始, 全盟休、禁牧面积每年达
92. 5%以上。由于在牧草生长发育敏感的季节, 进
行休牧,减少牲畜对草原的践踏,有利于牧草萌动及
生长,同时全盟牧区牲畜数据比 20世纪 90年代末,
饲养量明显减少,在一定程度上缓解了对天然草原
放牧的压力。
3 结论与讨论
3. 1 利用 MOD IS 植被指数和地面 GPS地位样点
231
草 地 学 报 第 17卷232
第 2期 高娃:草原返青期遥感监测分析
图 8 各地 2007 年、2006年和历年 5月份平均气温分布
F ig. 8 Mont hly average a ir temperature o f May in 2007, 2006, and average year
数据,在大面积监测及预警草原牧草长势、休牧植被
恢复效果等方面,是实用及有效技术的手段 [ 13]。以
遥感卫星资料与地面实测数据结合的监测方法, 分
析 2003- 2007年锡林郭勒 1933. 33万 hm2 草原春
季长势及休牧区植被状况, 及时掌握牧草长势状况
和休牧草地恢复效果, 为当地深入实施科学管理提
供基础依据。本研究应用遥感、地理信息系统开展
草原长势监测, 野外调查抽调自治区、盟、旗县 12
人,共用 15 d左右。过去利用传统监测方法, 只靠
地面数据成本高、耗时耗资金,对整体状况把握难度
大,无法开展草原春季长势监测,也不能实现动态对
比监测。与之相比,地空结合的监测方法具有较大优
势。
3. 2 总体上, 2007年春季草原长势较好,草群中多
年生牧草如针茅、隐子草等比 1999 - 2001年增加
60% 以上,表明锡林郭勒草原近 5 年草群向稳定方
向发展。历年植被长势和产草量波动与降水量、热
量的变化格局基本一致, 原因可能与近年实施草原
植被恢复和休牧等一系列保护建设措施有关。2007
年全盟草原每 hm2 产草量 754. 5 kg, 牧草贮量
98. 58亿 kg, 贮量比 2006年 39. 44亿 kg 增加 1. 5
倍,贮量比近 5年平均 74. 91 kg 提高 31. 59%。全
盟牧草盖度在 10~ 25%, 占总草原面积的50. 84% ;
盖度在 25~ 40% 的占 33. 66% ; 盖度在 40%的占
15. 5%。比 2006年同期覆盖度增加 2倍左右。
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(责任编辑 孟昭仪 李 扬)
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