牛文遠(yuǎn)，王君芳，白耀華，杜 鵬

(內(nèi)蒙古和信園蒙草抗旱綠化股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010030)

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烏拉蓋草原利用狀況遙感調(diào)查

牛文遠(yuǎn)，王君芳，白耀華，杜 鵬

(內(nèi)蒙古和信園蒙草抗旱綠化股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010030)

本文以烏拉蓋管理區(qū)草原為研究區(qū)域，以3S技術(shù)為支撐，以實(shí)地調(diào)查和衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)分析為手段，對(duì)管理區(qū)草原資源進(jìn)行了調(diào)查、分析。結(jié)果表明：2014年烏拉蓋管理區(qū)草地退化、沙化、鹽漬化(三化)面積為15.05萬hm2，占草地總面積的32.71%，其中，退化草地面積為13.20萬hm2，沙化草地面積為0.11萬hm2，鹽漬化面積為1.74萬hm2。從2000年到2014年，烏拉蓋管理區(qū)“三化”草地面積增加了1.13萬hm2。已墾農(nóng)田及人工飼草料地總面積有所減少，城區(qū)與礦區(qū)面積逐年增加。

烏拉蓋草原；利用狀況；遙感解譯

1 研究背景及意義

長期以來，由于受地理位置、氣候等不利自然因素及人為不適當(dāng)干預(yù)、生物擾動(dòng)破壞的影響，草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，功能降低，穩(wěn)定性減弱〔1〕，同時(shí)草地植被營養(yǎng)物質(zhì)流失，草地生產(chǎn)力減退，品質(zhì)下降，草地利用性能降低，土壤有機(jī)質(zhì)含量下降〔2〕，草地生態(tài)系統(tǒng)正朝著不利于人類生產(chǎn)、生活的方向演變，最終出現(xiàn)了草原的“三化”現(xiàn)象(退化、沙化、鹽漬化)。草原退化、沙化、鹽漬化主要表現(xiàn)為草地植被受到破壞，草群變稀、變矮，飼用價(jià)值變劣，生產(chǎn)力下降，草地生態(tài)環(huán)境惡化，這一系列問題的出現(xiàn)嚴(yán)重制約了畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，破壞了牧區(qū)廣大牧民生存的環(huán)境〔3〕。

烏拉蓋草原是我國天然草原自然風(fēng)貌保存較為完好的黃金牧場(chǎng)，境內(nèi)有原始草原、湖泊、濕地、白樺林、芍藥溝、黃花溝等獨(dú)特的草原自然景觀和諸多歷史文化遺跡，還保留了獨(dú)特的蒙古族民俗風(fēng)情文化。然而，一個(gè)時(shí)期以來隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，人們生產(chǎn)頻繁，向草原索要的多，回報(bào)的少，加上自然因素影響，致使烏拉蓋管理區(qū)天然草原出現(xiàn)了不同程度的退化、沙化、鹽漬化現(xiàn)象，天然草場(chǎng)的退化對(duì)農(nóng)牧民的生產(chǎn)、生活帶來了很大的威脅〔4〕。因此，必須對(duì)草原“三化”面積和位置進(jìn)行調(diào)研，積極采取相應(yīng)的修復(fù)措施，以盡快提高草原的生產(chǎn)力，保持草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定及草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

本文利用遙感技術(shù)(RS)，地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)(簡稱“3S”)集成方法輔以地面調(diào)查的綜合手段，研究烏拉蓋管理區(qū)草原“三化”狀況，分析闡明了當(dāng)?shù)夭菰默F(xiàn)狀與舊況變化動(dòng)態(tài)，其結(jié)果對(duì)烏拉蓋管理區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建具有重要意義，可以為烏拉蓋草原的生態(tài)保護(hù)及合理利用提供參考依據(jù)。本文同時(shí)調(diào)查了研究區(qū)農(nóng)田及人工飼草料地、礦區(qū)、城區(qū)面積的動(dòng)態(tài)變化，為土地的合理利用提供了依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東北部烏拉蓋管理區(qū)，地理坐標(biāo)東經(jīng)115°10′至120°7′，北緯44°40′至46°40′。土地總面積5013km2，其中，草場(chǎng)、林地分別占總面積的92.1%和0.6%。屬于半干旱半濕潤大陸性氣候，年平均降水量322mm，年際變化較大，年內(nèi)分布不均，降水量70%集中在6-8月份，且由東北向西南遞減。無霜期90-110天。年平均蒸發(fā)量為1552.1mm，年平均氣溫-0.9℃，平均風(fēng)速每秒4.1m。全年平均日照時(shí)數(shù)2659.8h。海拔高度864m到1280m之間，平均980m。烏拉蓋草原屬草甸草原向典型草原過渡區(qū)，草原類型主要有溫性草甸草原類、低地草甸類、山地草甸類、溫性典型草原類。土壤條件好，主要以栗鈣土、黑鈣土為主。境內(nèi)有501種野生植物，分屬62科256屬，種數(shù)最多的是菊科，其次是禾本科，再次為豆科。

研究區(qū)主要禾本科物種有羊草(Leymuschinensis(Trin.) Tzvel)、披堿草(ElymusdahuricusTurcz)、大針茅(StipagrandisP. Smirn.)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa(Trin.) Keng)、冰草(Agropyroncristatum(Linn.) Gaertn)等，豆科牧草主要有斜莖黃芪(AstragalusadsurgensPall.)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、扁蓿豆(Medicagoruthenica(L.) Sojak.)、廣布野豌豆(ViciacraccaL.)、草木樨狀黃芪(AstragalusmelilotoidesPall.)，雜類草有線葉菊(Filifoliumsibiricum(L.) Kitam.)、芍藥(PaeonialactifloraPall.)、防風(fēng)(Saposhnikoviadivaricata(Trucz.))、冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld.Sp.Pl)、麻花頭(SerratulacentauroidesL.)等。

3 研究內(nèi)容與方法

3.1 研究內(nèi)容

本文以烏拉蓋管理區(qū)天然草原為研究對(duì)象，采用3S技術(shù)結(jié)合地面調(diào)查與資料搜集的綜合手段，以遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主要信息源，通過影像獲取和處理、實(shí)地調(diào)查和影像解譯、數(shù)據(jù)提取和分析過程，實(shí)現(xiàn)以數(shù)字形式提取2000年、2014年烏拉蓋管理區(qū)草原的狀況，并運(yùn)用ArcView GIS 3.2、ArcGIS 9.3(地理信息系統(tǒng)軟件)制圖，以便較為全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確地繪制出草原“三化”狀況圖。為烏拉蓋管理區(qū)草原的合理規(guī)劃、利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)。具體內(nèi)容如下：

(1)草原生態(tài)狀況：草原退化、沙化、鹽漬化等級(jí)與面積的現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)。

(2)土地資源利用現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)：礦區(qū)、耕地、城區(qū)面積現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)。

3.2 研究方法

3.2.1 資料準(zhǔn)備

TM遙感信息源：Landsat衛(wèi)星獲取的2000年、2014年遙感TM影像數(shù)據(jù)(圖1)作為主要信息源。時(shí)相以6至9月份的植物生長旺季為主。TM圖像處理基本過程如下：圖像投影變換、幾何精糾正、標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成、鑲嵌拼接、分幅裁切等處理并附旗縣級(jí)行政界線。影像數(shù)據(jù)要有地物影像清晰、突出草原退化類型綜合特征、各類地物間色差大，色調(diào)差異明顯等要求〔5〕。

圖1 烏拉蓋管理區(qū)2000年、2014年TM圖

3.2.2 遙感影像預(yù)判

通過閱讀資料掌握調(diào)查區(qū)地形地貌、土壤植被、草原退化類型及其分布規(guī)律、草原利用狀況等信息。然后初步建立判讀標(biāo)志，對(duì)影像所反映的要素進(jìn)行綜合分析，找出影像與草原退化、沙化、鹽漬化草原等判讀標(biāo)志之間的對(duì)應(yīng)特點(diǎn)及規(guī)律，通過野外調(diào)查的資料進(jìn)行識(shí)別及推測(cè)〔6〕。

3.2.3 遙感影像解譯標(biāo)志的建立

表1 草原“三化”TM影像解譯指標(biāo)

3.2.4 圖斑屬性判讀與勾繪

在ArcViewGIS 3.2的地理信息系統(tǒng)軟件中將政區(qū)劃圖為一個(gè)圖層疊加遙感影像上。按照先前建立的解譯標(biāo)志把影像分成不同的地物斑塊，這些斑塊代表不同類型的土地覆蓋和土地利用情況，如林地、農(nóng)田、居民點(diǎn)等非草原和草原區(qū)分開來。在這個(gè)基礎(chǔ)上區(qū)分草原范圍內(nèi)的“三化”斑塊，勾繪邊界范圍，確定其屬性〔8-10〕。在草原邊界確定之后，在各個(gè)斑塊內(nèi)，再以草原“三化”解譯標(biāo)志為依據(jù)，判定草原“三化”的范圍與等級(jí)，并賦以屬性數(shù)據(jù)。

3.2.5 數(shù)據(jù)處理與分析

解譯及圖斑勾繪完成后，通過對(duì)不同屬性的圖斑賦以便于區(qū)分的圖例，獲得草原“三化”圖和屬性數(shù)據(jù)庫。將其圖斑屬性表以dBASE文件格式導(dǎo)出，此后利用Microsoft office Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表制作；利用ARCGIS 9.3進(jìn)行草原“三化”圖的制作及分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 草原退化、沙化、鹽漬化現(xiàn)狀

草地畜牧業(yè)生產(chǎn)在烏拉蓋管理區(qū)占有重要的位置，是該管理區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)。本文通過解譯得出烏拉蓋管理區(qū)草原退化、沙化、鹽漬化分布現(xiàn)狀(圖2)。

圖2 烏拉蓋草原退化、沙化、鹽漬化分布圖

2014年烏拉蓋管理區(qū)草地退化、沙化、鹽漬化(簡稱“三化”)面積為15.05hm2，占草地總面積的32.71%，其中，退化草地占28.70%，沙化草地占0.24%，鹽漬化草地占3.77%。表明烏拉蓋管理區(qū)草地“三化”現(xiàn)象以退化為主、鹽漬化為次、沙化最少。退化草地中以輕度退化草地面積最大，占總草地面積的22.34%；重度退化面積最小，占1.25%。沙化草地輕度與重度沙化面積基本相當(dāng)，分別占到草地總面積的0.03%、0.04%；中度沙化面積最少，占草地總面積的0.16%。鹽漬化草地中度鹽漬化面積最大，占總草地面積的1.68%；輕度鹽漬化面積占總草地面積的0.95%、重度鹽漬化面積占1.15%(詳見表2)。

表2 烏拉蓋2014年草原“三化”現(xiàn)狀

烏拉蓋牧場(chǎng)“三化”面積為5.52萬hm2，占烏拉蓋管理區(qū)“三化”總面積的36.6%；賀斯格烏拉牧場(chǎng)“三化”面積為5.47萬hm2，占“三化”總面積的36.4%；哈拉蓋圖農(nóng)牧場(chǎng)“三化”面積為4.07萬hm2，占“三化”總面積的27%。(見表3)。

應(yīng)用仿真軟件程序?qū)Πl(fā)電電動(dòng)機(jī)120°誤同期并網(wǎng)時(shí)的U.V.W三相電流及電磁轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)過程進(jìn)行全面分析，計(jì)算發(fā)電電動(dòng)機(jī)和水輪機(jī)機(jī)械系統(tǒng)及飽和的影響，以求計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。計(jì)算結(jié)果見表4及圖2。

表3 烏拉蓋各分場(chǎng)2014年草原“三化”現(xiàn)狀 (萬hm2)

4.2 草原退化、沙化、鹽漬化變化動(dòng)態(tài)

草原三化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是草原生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，通過監(jiān)測(cè)不同類型草原的退化、沙化、鹽漬化面積與程度的變化而反映草原的生態(tài)健康狀況，更是優(yōu)化草原利用方式、實(shí)施草原保護(hù)工作的重要基礎(chǔ)。

對(duì)比烏拉蓋2000年與2014年草原退化、沙化與鹽漬化面積，得出表4、表5、表6所示烏拉蓋近15年草原退化、沙化、鹽漬化動(dòng)態(tài)。總體來說，烏拉蓋管理區(qū)退化草原面積由2000年的12.65萬hm2，增長為2014年的13.2萬hm2，較2000年增加了4.43個(gè)百分點(diǎn)。沙化草原面積2000年為0.01萬hm2，而2014年劇增為0.11萬hm2，且各個(gè)程度沙化面積均相應(yīng)增長，比2000增加了10倍，可見沙化速度之快。鹽漬化草原面積由2000年的1.26萬hm2，擴(kuò)展為1.74萬hm2，其總面積比2000年增加近40%。從2000年到2014年，由草原“三化”各級(jí)面積增加的比重來看，表現(xiàn)出輕度退化、沙化、鹽漬化向中度轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。

表4 烏拉蓋管理區(qū)2000-2014年退化面積變化

表5 烏拉蓋管理區(qū)2000-2014年沙化面積變化

表6 烏拉蓋管理區(qū)2000-2014年鹽漬化面積變化

4.3 不同利用方式的草地變化動(dòng)態(tài)

由表7、圖3可知2000年、2014年烏拉蓋已墾草地(包括農(nóng)田及人工飼草料地)總面積分別為4.78萬hm2、3.85萬hm2。由2000年和2014年數(shù)據(jù)對(duì)比得出，已墾草地總面積從2000年到2014年減少了0.93萬hm2，占行政區(qū)面積比下降了1.86%。

表7 烏拉蓋管理區(qū)不同類型土地面積對(duì)比

圖3 烏拉蓋管理區(qū)已墾草地面積變化趨勢(shì)

由表7可知礦區(qū)面積呈逐年遞增的趨勢(shì)發(fā)展，由2000年的0.02萬hm2，擴(kuò)增為2014年的0.25萬hm2。由圖4可看出，雖然礦區(qū)面積占行政區(qū)面積比較小，但如不進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)與治理，將對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成極大的影響，進(jìn)而破壞草原的生態(tài)系統(tǒng)。

圖4 烏拉蓋管理區(qū)礦區(qū)面積變化趨勢(shì)

由表7和圖5可知烏拉蓋政府所在地巴彥呼碩鎮(zhèn)的面積在逐年增加，2000年、2014年城區(qū)面積分別為0.03萬hm2，0.05萬hm2。

圖5 烏拉蓋管理區(qū)城區(qū)面積變化

5 討論

遙感判圖是以不同的地物反射的波普不同和光學(xué)成像為原理的〔11〕。第一，綠色植物反射波譜特點(diǎn)為強(qiáng)吸收藍(lán)光、紅光，強(qiáng)反射綠光，遙感影像比較清楚地反映出目標(biāo)地物的這些信息。第二，遙感影像分為真彩色合成影像和假彩色合成影像，這與遙感傳感器接收的每一波段接收信號(hào)后在輸出的底片有關(guān)〔12〕。遙感解譯中常見的問題是同譜異物或同物異譜的現(xiàn)象，僅依靠光譜特征不足以準(zhǔn)確提取目標(biāo)對(duì)象。因此，野外樣地調(diào)查以及判圖人員的經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)知識(shí)至關(guān)重要〔13〕。如在本論文中輕度退化草地和未退化草地在影像上顯示時(shí)特別相似，都表現(xiàn)為深色，這時(shí)要具體分析野外樣地、地形地貌、草地利用情況等綜合信息進(jìn)行判讀。以上例子說明僅靠遙感影像解譯是不夠的，應(yīng)參照野外樣地調(diào)查資料及退化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，最終綜合分析劃分。

本文統(tǒng)計(jì)的已墾土地面積數(shù)據(jù)包括農(nóng)田與人工飼草料地總面積。由于衛(wèi)星圖有云霧遮擋，暫未獲得連續(xù)月份的遙感影像清晰圖。所以下一步需對(duì)其他月份遙感影像進(jìn)行解譯判讀，驗(yàn)證區(qū)分農(nóng)田及人工飼草料地，尤其是多年生人工飼草地。

6 結(jié)論

6.1 從上世紀(jì)90年代開始，由于自然因素對(duì)環(huán)境的影響不適宜和人為對(duì)草原的不合理利用，到2014年時(shí)烏拉蓋草原“三化”面積為15.05萬hm2，占草地總面積的32.71%。其中，退化草地面積為13.20萬hm2，占草地總面積的28.70%；沙化草地面積為0.11萬hm2，占草地總面積的0.24%，鹽漬化面積為1.74萬hm2，占草地總面積的3.77%。

6.2 草原三化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是草原生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，通過監(jiān)測(cè)不同類型草原的退化、沙化、鹽漬化面積與程度的變化從而反映草原的生態(tài)健康狀況。從2000年到2014年，烏拉蓋管理區(qū)“三化”(退化、沙化、鹽漬化)草地面積共增加了1.13萬hm2，其中退化草地面積增加了0.56萬hm2，沙化草地面積增加了0.10萬hm2，鹽漬化面積增加了0.48萬hm2。因此，優(yōu)化草原利用方式、實(shí)施草原保護(hù)工作成為烏拉蓋草原生態(tài)恢復(fù)的重要基礎(chǔ)。

6.3 烏拉蓋管理區(qū)通過退耕還林、還草，到2014年已墾草地(包括農(nóng)田及人工飼草料地)總面積已減少為0.93萬hm2。針對(duì)已退耕草地，可通過補(bǔ)播優(yōu)良牧草，建立人工草地，既加速了植被的恢復(fù)，又能獲得大量的優(yōu)質(zhì)牧草，可以成為該區(qū)草地恢復(fù)重建的一條重要途徑。

6.4 烏拉蓋管理區(qū)礦區(qū)面積增加迅速，由2000年的0.02萬hm2，擴(kuò)增為2014年的0.25萬hm2。目前雖然對(duì)路邊部分排土場(chǎng)的邊坡進(jìn)行了修復(fù)，但是缺乏系統(tǒng)的、整體的修復(fù)規(guī)劃，不利于整個(gè)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，今后應(yīng)加大礦區(qū)修復(fù)力度，以保證該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

〔1〕詹發(fā)余,孫延貴,李朝蘭.青海省“三化”草地現(xiàn)狀及防治建議〔J〕.93.

〔2〕閆志輝.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟退化、沙化草地現(xiàn)狀及治理對(duì)策〔J〕.草原與草業(yè),2014(2):8-9.

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Exploitation status of Wulagai Grassland by remote sensing investigation

Nui wen-yuan,Wang jun-fang,Bai yao-hua,Du Peng

(Inner Mongolia Hotision Monsod Drought-Resistant Greening INC, Hohhot ,010030)

On the basic 3S technology, to investigate and analyza the grassland of WuLaGai by using field survey and satellite images. The results showed: In 2014, The area of degraded(degenerated, decertified, salinized) grassland is 150.5 thousand hm2, which is 32.71% of whole area of grassland. The area of degeneration in WuLaGai was 132.0 thousand hm2. The area of desertification in WuLaGai was 1.1 thousand hm2. The area of salinization in WuLaGai was 17.4 thousand hm2. From 2000 to 2014, the WuLaGai grassland area of degraded (degenerated, decertified, salinized) increased 11.3 thousand hm2. Area of farmland and food patch was somewhat reduced, as diggings and cities area increased year by year.

Wulagai Grassland; Utilization condition; Remote Sensing Interpret

S812.5，S127

A

2095—5952(2016)01—0020—08

2016-01-06

內(nèi)蒙古蒙草公司草原生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目。

牛文遠(yuǎn)(1986-)，女，內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗人，從事草原生態(tài)研究。E-mail:119359403@qq.com。