白媛媛，白 穎

(1.內(nèi)蒙古鄂爾多斯市草原站，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000； 2.內(nèi)蒙古鄂爾多斯市東勝區(qū)農(nóng)牧業(yè)局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)主要是由地理學(xué)的各種信息為信息源所組建的信息系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)輔助地圖制圖的基礎(chǔ)上，借助信息技術(shù)對地理空間信息進(jìn)行管理和應(yīng)用，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策、管理和服務(wù)等問題。目前已經(jīng)應(yīng)用到國土管理、交通工程、城市規(guī)劃、測繪制圖、災(zāi)害預(yù)測、農(nóng)林牧業(yè)和商業(yè)金融等諸多領(lǐng)域[1-3]。

地理空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的操作對象，草原鼠蟲害多使用面類型空間數(shù)據(jù)，主要顯示面狀分布特征，是一封閉的面坐標(biāo)串，通過連接封閉的面坐標(biāo)串即可構(gòu)成面[4-5]。

草原鼠害具有暴發(fā)性、遷移擴(kuò)散性、發(fā)展蔓延快、破壞力強(qiáng)和控制難度大等特點(diǎn)，害鼠喜食禾本科、豆科、莎草科以及雜類草中的優(yōu)良牧草，使原有的草原植物群落的種類和數(shù)量均發(fā)生變化，一年生雜草滋生。通過挖掘造洞習(xí)性，改變草原土壤的表層結(jié)構(gòu)，使深層鈣積土被拋到地面，抑制植物生長，造成植被蓋度大幅度下降[6]。鄂爾多斯主要害鼠有3個(gè)科20多個(gè)種，鼠害遍布鄂爾多斯全市[7-8]。危害鼠種以長爪沙鼠(Meiionesunguiculataus)為優(yōu)勢種，草原黃鼠(Citellusdauricus)、三趾跳鼠(Dipussagitta)、五趾跳鼠(Allactagasibirica)和中華鼢鼠(Myospalaxfontanieri)為常見種，主要危害以蒿類、錦雞兒為優(yōu)勢種，伴生有大量一年生雜類草的退化草地[9]。在鄂爾多斯沙地，三趾跳鼠、小毛足鼠、子午沙鼠和黑線倉鼠啃食植物種子，直接影響系統(tǒng)中植物群落的組成、結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)，以至于威脅到整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

草原蟲害大多繁殖力強(qiáng)、具暴發(fā)性、具遷移擴(kuò)散性、發(fā)展蔓延快且破壞力強(qiáng)，害蟲主要以植物性食物為主，進(jìn)一步加重草原退化、沙化和荒漠化，破壞草原生態(tài)與環(huán)境。鄂爾多斯草原蟲害繁多，初步查明有重要害蟲260余種[7-10]，主要危害種類為草原蝗蟲，其次是草地螟春尺蠖、白刺葉甲、蠢斯和蚜蟲等。鄂爾多斯市草原蟲害平均每年危害面積在66.67萬hm2左右，嚴(yán)重危害面積在26.6萬～53.3萬hm2。草原蟲災(zāi)使草原產(chǎn)草量大幅度下降，形成蟲與牲畜爭草局面，因此而造成的草地沙化、退化加劇了草原生態(tài)環(huán)境的惡化[10]。草原蟲害的暴發(fā)主要與氣候條件有密切關(guān)系，此外還與上年度蟲害發(fā)生區(qū)的蟲源防治情況有關(guān)。對蟲害發(fā)生動(dòng)態(tài)監(jiān)測手段落后，防治不當(dāng)，未防區(qū)殘留蟲口基數(shù)大、密度高，成為第2年蟲害發(fā)生的蟲源地，極易災(zāi)害性暴發(fā)。

GIS在草原鼠蟲害實(shí)時(shí)監(jiān)測和外業(yè)調(diào)查中發(fā)揮著巨大作用，依據(jù)空間分布研究草原鼠蟲害種群生態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，以準(zhǔn)確掌握草原害蟲害鼠在草原生態(tài)系統(tǒng)的地位、結(jié)構(gòu)以及由于各種內(nèi)外因素引起的時(shí)、空、數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，揭示害鼠害蟲的消長規(guī)律，為更好防治鼠蟲害奠定基礎(chǔ)。2007年，鄂爾多斯市先在鄂托克旗和杭錦旗啟動(dòng)了草原鼠蟲害農(nóng)牧民監(jiān)測制度，形成了由市級、重點(diǎn)旗縣監(jiān)測預(yù)警站和農(nóng)牧民測報(bào)員組成的“市-重點(diǎn)旗縣-農(nóng)牧民”的三級草原鼠蟲害監(jiān)測預(yù)警體系，結(jié)合“3S”技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)測范圍，為草原鼠蟲害專業(yè)化防治工作提供了可靠依據(jù)。

草地資源與生態(tài)狀況具有明顯的宏觀特性，應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)對草原鼠蟲害監(jiān)測與預(yù)測，相對于傳統(tǒng)的地面調(diào)查，從宏觀上能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映其現(xiàn)實(shí)狀況和歷史動(dòng)態(tài)[11-14]。利用地面調(diào)查資料和遙感數(shù)據(jù)導(dǎo)入矢量圖層，將鄂爾多斯市草原鼠蟲害區(qū)域分布圖建成空間數(shù)據(jù)庫，在圖層中建立屬性庫，包括鼠害發(fā)生的地點(diǎn)、危害程度、植被蓋度、土壤特征等，在屬性表中對每一個(gè)圖斑面積進(jìn)行計(jì)算，通過空間數(shù)據(jù)操作和圖形處理分析，就可得出關(guān)于鼠害蟲害暴發(fā)危害等信息，以此制定相應(yīng)的管理決策措施。

在創(chuàng)建鄂爾多斯草原鼠蟲害分布圖時(shí)，草原鼠蟲害發(fā)生面積是圖斑的必備字段，是鼠蟲害圖斑的重要屬性。本研究利用地理信息系統(tǒng)軟件對草原鼠蟲害圖斑面積的計(jì)算方法進(jìn)行分析，并探討發(fā)生誤差的原因，以及應(yīng)用于鄂爾多斯市草原鼠蟲害發(fā)生面積圖斑制圖工作。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 鄂爾多斯市地域遼闊，106°42′40″-111°27′20″ E，37°35′24″-40°51′40″ N。全市年平均溫度為6.56 ℃，全年≥10 ℃的積溫為2 500～3 200 ℃·d，年日照時(shí)數(shù)為2 716.0～3 193.9 h，日照百分率為61%～72%，太陽輻射能為582.57～603.42 kJ·cm-2·a-1，無霜期137～190 d。年降水量200～400 mm，濕潤系數(shù)0.13～0.40，降水多集中在夏秋兩季，占全年降水量的60%～70%，年平均風(fēng)速為3.0～4.3 m·s-1，8級以上大風(fēng)日數(shù)在40 d以上[7]。全市總土地面積87 428 km2，草地總面積為587.8萬hm2，占總面積的67.6%，可利用草原面積為542.2萬hm2,占草原總面積的92%[15]。境內(nèi)有純牧業(yè)旗4個(gè)，半農(nóng)半牧業(yè)旗(區(qū))5個(gè)，包括典型草原、荒漠草原、草原化荒漠、荒漠、低地草甸和沼澤6個(gè)草地類型。境內(nèi)的草原植被以干草原植被為主，植物資源豐富。

1.2數(shù)據(jù)來源 選自2012年4-10月鄂爾多斯市各旗(區(qū))鼠蟲害項(xiàng)目區(qū)數(shù)據(jù)，調(diào)查項(xiàng)目包括發(fā)生鼠蟲危害區(qū)、鼠蟲嚴(yán)重危害區(qū)、鼠蟲防治區(qū)，經(jīng)緯度、草原類型、土地覆蓋類型、草原植被蓋度和地形地貌。

1.3數(shù)據(jù)預(yù)處理 原始數(shù)據(jù)中，經(jīng)緯度是度分秒的格式，由鄂爾多斯市草原站對每一個(gè)測報(bào)點(diǎn)進(jìn)行換算為度的格式，轉(zhuǎn)換公式如下：

Gi=Ai+Bi/60+Ci/3 600.

式中，Gi為經(jīng)緯度，Ai為坐標(biāo)控制點(diǎn)i的度，Bi為坐標(biāo)控制點(diǎn)i的分，Ci為坐標(biāo)控制點(diǎn)i的秒。

將轉(zhuǎn)換為度的坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入矢量圖層中，進(jìn)行屬性編輯，設(shè)定連接字段與空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，導(dǎo)入到每個(gè)對應(yīng)的圖層中，使每一個(gè)圖斑對應(yīng)著屬性庫，從而決定這個(gè)圖的空間屬性。

1.4面積計(jì)算步驟 第1步，多邊形數(shù)據(jù)處理。建立多邊形polygon面狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和等積投影。經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用ArcGatalog提供空間生成、管理和組織數(shù)據(jù)，在封閉區(qū)域邊界線的坐標(biāo)集描述多邊形要素。第2步，各類分布圖斑面積的計(jì)算，即計(jì)算圖斑的3類面積：危害面積、嚴(yán)重危害面積和防治面積。在計(jì)算面積過程中，如果矢量圖層中相臨的兩個(gè)要素小斑重疊，一個(gè)區(qū)域?qū)儆趦蓚€(gè)或多個(gè)多邊形，多邊形共享邊界和頂點(diǎn)時(shí)，所得出的面積將不準(zhǔn)確。所以，在計(jì)算面積前圖層數(shù)據(jù)一定要做拓?fù)涮幚恚瑢⒖臻g對象重新修改到?jīng)]有重疊區(qū)且沒有縫隙，這樣避免面積重復(fù)計(jì)算。第3步，在屬性表中計(jì)算圖斑的面積。遍歷“鼠蟲害圖斑”圖層的每一個(gè)圖斑，草原鼠蟲害圖斑面積計(jì)算涉及3個(gè)圖層: 危害面積數(shù)據(jù)圖層、嚴(yán)重危害面積數(shù)據(jù)圖層和防治面積數(shù)據(jù)圖層(圖1)。

圖1 圖層界面Fig.1 Interface of layer

面積計(jì)算實(shí)際上是針對每一個(gè)圖層進(jìn)行的，與面積有關(guān)的字段，如TBID(各旗縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)蘇木代碼)，OID(編號)是必需字段。在面積計(jì)算中，在字段AREA右鍵點(diǎn)擊計(jì)算，并輸入面積計(jì)算算法[式(1)]計(jì)算圖斑面積，算式中量為hm2/1 000 hm2。通過面積計(jì)算，鼠蟲害面積修正前后對比表(表1和表2)。

Dim dblArea as double

Dim pArea as IArea

Set pArea=[shape]

dblArea=pArea.area/10000/1000 (1)

第4步，面積計(jì)算完后，要進(jìn)行屬性連接，每一個(gè)圖斑對應(yīng)著空間屬性，TBID輸入錯(cuò)誤會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)定性錯(cuò)誤，如鄂托克旗會(huì)變成鄂托克前旗，地理定位和面積會(huì)出現(xiàn)很大的錯(cuò)誤，匯總面積時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位，需要逐步對每一個(gè)圖斑進(jìn)行排查。一般是在圖層編輯狀態(tài)下，右鍵屬性，打開屬性表，單擊每一個(gè)屬性記錄，通過點(diǎn)亮的顏色排查每個(gè)圖斑所屬的TBID空間屬性(圖2)。

1.5誤差率計(jì)算 需要修正的圖斑數(shù)除以所有圖斑數(shù)即為面積誤差率。

2 結(jié)果與分析

蟲害危害面積誤差率達(dá)37%，蟲害嚴(yán)重危害面積誤差率為6%(表1)；鼠害危害面積誤差率為48%，嚴(yán)重危害面積誤差率為35%(表2)。導(dǎo)致誤差較大的原因可能是，在調(diào)查蟲害過程中，烏蘭陶勒蓋鎮(zhèn)、棋盤井鎮(zhèn)坐標(biāo)控制點(diǎn)偏移所屬地界，其中棋盤井鎮(zhèn)出了旗界線，造成了原始數(shù)據(jù)計(jì)算與實(shí)際發(fā)生面積不相符；蘇力德蘇木、圖克鎮(zhèn)和鄂托克旗蒙西鎮(zhèn)控制點(diǎn)的小斑有小縫隙，與實(shí)發(fā)面積有微差。在調(diào)查鼠害過程中，達(dá)拉特旗樹林召鎮(zhèn)4個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)中一個(gè)控制點(diǎn)漂移到包頭市所屬地界，造成與實(shí)際發(fā)生面積不符，鄂托克前旗上海廟鎮(zhèn)、東勝區(qū)泊江海鎮(zhèn)、東勝區(qū)罕臺(tái)廟鎮(zhèn)、東勝區(qū)塔拉壕鎮(zhèn)、伊金霍洛旗蘇布嘎蘇木、紅慶河鎮(zhèn)由于相鄰圖斑重疊使面積產(chǎn)生重復(fù)性計(jì)算，本應(yīng)是監(jiān)測點(diǎn)伊金霍洛旗蘇布嘎蘇木的面積，被疊加在監(jiān)測點(diǎn)紅慶河鎮(zhèn)范圍內(nèi)，計(jì)算產(chǎn)生監(jiān)測點(diǎn)紅慶河鎮(zhèn)面積=伊金霍洛旗蘇布嘎蘇木面積+紅慶河鎮(zhèn)面積，導(dǎo)致紅慶河面積計(jì)算誤差。對坐標(biāo)控制點(diǎn)修正后，計(jì)算實(shí)際發(fā)生面積誤差得到了一定的降低，基本接近實(shí)發(fā)面積。

圖2 面積計(jì)算步驟流程圖Fig.2 Area calculation procedure flow chart

2012年鄂爾多斯市草原蟲害發(fā)生面積約2.5×105hm2，嚴(yán)重成災(zāi)面積1.008×105hm2；其中春尺蠖發(fā)生面積6.6×104hm2，主要發(fā)生在杭錦旗的錫尼鎮(zhèn)、伊金霍洛旗的紅慶河鎮(zhèn)，平均密度每標(biāo)準(zhǔn)株叢73頭，最高密度每標(biāo)準(zhǔn)株叢133頭；草地螟成蟲發(fā)生面積4.77×104hm2，主要發(fā)生在烏審旗的蘇力德和烏審召、伊金霍洛旗的蘇布爾嘎鎮(zhèn)、準(zhǔn)格爾旗的薛家灣鎮(zhèn)和鄂托克旗的阿爾巴斯蘇木；全市蝗蟲發(fā)生面積6.6×104hm2，其中鄂托克旗發(fā)生面積5.3×104hm2，平均密度14頭·m2，最高密度30頭·m2，主要在鄂托克旗的棋盤井鎮(zhèn)、蒙西鎮(zhèn)，伊金霍洛旗的蘇布爾嘎鎮(zhèn)；螽斯的發(fā)生面積6.4×104hm2，主要發(fā)生在烏審旗的烏蘭陶勒蓋、烏審召、嘎魯圖鎮(zhèn)(圖3)。

表1 鄂爾多斯市2012年蟲害計(jì)算面積修正前后對比表Table 1 Calculated pest damage area in Erdos City before and after correction in 2012 ×103 hm2

表2 鄂爾多斯市2012年鼠害計(jì)算面積修正前后對比表Table 2 Calculated rodents damaged area in Erdos City before and after correction in 2012 ×103 hm2

圖3 2012年鄂爾多斯市草原鼠害分布圖Fig.3 Rodents distribution in Erdos City grassland in 2012

圖4 2012年鄂爾多斯市草原蟲害分布圖 Fig.4 Pest distribution in Erdos City grasslands in 2012

3 結(jié)論

3.1地理標(biāo)識錯(cuò)位 各旗(區(qū))上報(bào)的經(jīng)緯度與對應(yīng)的地理字段TBID易產(chǎn)生錯(cuò)位，使多個(gè)要素之間的空間關(guān)系不配匹，為此在計(jì)算完畢后要對每一個(gè)導(dǎo)入圖層的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)系判斷和空間查詢，對于顯示的范圍與實(shí)際范圍不一致的，需進(jìn)行修改。

3.2圖斑有縫隙 勾線沒嚴(yán)密切合，在編輯狀態(tài)下，圖斑的點(diǎn)線之間有縫隙，勾線沒有與控制點(diǎn)小斑切合，就會(huì)產(chǎn)生一定的面積誤差。

3.3定位錯(cuò)位 GIS操作員的熟練程度直接影響對鼠蟲害發(fā)生區(qū)域定位的精確度，操作不規(guī)范會(huì)造成控制點(diǎn)位置偏移，造成得到的面積不準(zhǔn)確。

3.4地圖坐標(biāo)系不一致 從手機(jī)獲取的GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)沒有轉(zhuǎn)換為與矢量地圖一致的坐標(biāo)系，也會(huì)造成數(shù)據(jù)的偏移而產(chǎn)生誤差。

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