王琪, 吳成永, 陳克龍, 張肖, 張樂樂, 丁俊霞

基于MODIS NPP數(shù)據(jù)的青海湖流域產(chǎn)草量與載畜量估算研究

王琪1,2, 吳成永1,2, 陳克龍2,*, 張肖3, 張樂樂1,2, 丁俊霞1,2

1. 青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 青海, 西寧 810008 2. 青海省自然地理與環(huán)境過程重點實驗室, 青海, 西寧 810008 3. 四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院, 四川, 成都 610101

快速評價區(qū)域草地生產(chǎn)力狀況, 是制定牧區(qū)草畜平衡策略, 保障草地生態(tài)系統(tǒng)健康可持續(xù)發(fā)展的前提基礎(chǔ)。基于MODIS NPP產(chǎn)品數(shù)據(jù), 對青海湖流域草地生產(chǎn)力進行了估算和評價。結(jié)果表明: (1)牛羊可食性最高的高寒草甸、高寒草原和溫性草原, 其單位面積產(chǎn)草量估算值的均方根誤差為26.15 g·m-2, 表明該方法可以快速估算區(qū)域尺度的產(chǎn)草量。(2)全年干草產(chǎn)量為145.42萬t, 其中能被牛羊直接采食利用的牧草共計59.18萬t, 理論載畜量為81.07萬羊單位; (3)影響單位面積干草產(chǎn)量的主要氣候因子, 海拔3500 m以下地區(qū), 是活動積溫且與單位面積干草產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系; 3500 m以上地區(qū), 是溫度且與單位面積產(chǎn)草量呈正相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果可為高寒地區(qū)合理規(guī)劃牧業(yè)生產(chǎn)活動、生態(tài)補償?shù)忍峁┛茖W(xué)依據(jù)和決策支持, 也可為全國其他牧區(qū)的草原產(chǎn)草量的估算提供參考。

產(chǎn)草量; 草地生產(chǎn)力; 植被凈初級生產(chǎn)力; 青海湖流域

0 引言

草地是畜牧業(yè)發(fā)展的最基本生產(chǎn)資料和基地。我國草地面積廣闊, 約占全國陸地總面積的41%。青藏高原廣泛分布著高寒草甸、高寒草原、溫性草原等草地生態(tài)系統(tǒng)[1], 總面積約為1.28×108km2[2], 是中國主要的畜牧業(yè)基地之一。青海湖流域是青藏高原東北部重要的牧區(qū), 也是青海省畜牧業(yè)生產(chǎn)的主要基地[3-4], 流域內(nèi)集中了青海省 24% 的牧業(yè)人口和 29% 的草食牲畜[5]。自20世紀(jì)80年代以來, 在人類不合理活動和全球氣候變化的雙重影響下, 草地退化十分嚴(yán)重, 草地生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重惡化。1977—2000 年, 流域內(nèi)草地共減少 206.68 km2(其中, 大部分草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾蜕车豙6]); 2000—2010 年, 呈現(xiàn)出整體性草地極輕微退化趨勢[7]。草地退化致使草地生產(chǎn)水平持續(xù)下降, 草畜供求的時空利用格局出現(xiàn)失衡[8-9], 直接影響到區(qū)域生態(tài)安全與畜牧業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展?？焖贉?zhǔn)確地估算流域內(nèi)的產(chǎn)草量和載畜量, 是解決上述科學(xué)與現(xiàn)實問題的首要前提和關(guān)鍵。

草地載畜量, 是指在一定時期和一定草地面積上, 在適牧條件下, 并保證家畜正常發(fā)育和生長的狀態(tài)下, 能飼養(yǎng)放牧家畜的頭數(shù)[10]。載畜量過高則導(dǎo)致牧草利用過度, 草地狀況惡化, 家畜營養(yǎng)匱乏, 降低單個家畜增重。相反, 載畜量過低會造成牧草浪費, 牧草利用率降低, 減少單位草地面積上家畜的總增重[11]。因而, 放牧利用不應(yīng)超過能被科學(xué)計算的載畜量域值[12]。估算理論載畜量, 能科學(xué)確定草地載畜量的臨界值, 這一結(jié)果不僅能作為指導(dǎo)草地管理的重要依據(jù), 而且也是科學(xué)地確定放牧強度, 避免超載過牧, 維持草地持續(xù)生產(chǎn)的有效手段。測算草地載畜量的基礎(chǔ)是估算草地產(chǎn)草量。

草地產(chǎn)草量的測量估算主要有三種方法[13]: 一是直接收獲法(刈割法), 測量值是齊地面刈割所獲得的產(chǎn)草量, 通常在草地產(chǎn)量最高的時候進行測定[14]。該方法的優(yōu)點是測量準(zhǔn)確, 缺點是耗時費力, 受人為因素的干擾大, 適合小區(qū)域草地產(chǎn)量測定, 在大尺度范圍內(nèi)估產(chǎn)精度不高且它難于估算草食類動物所消耗的生物量或能量以及自養(yǎng)有機體自身的代謝生長和發(fā)育所用的能量[15]; 二是產(chǎn)量模擬模型, 通常需要輸入連續(xù)詳細(xì)的氣候、土壤等數(shù)據(jù)參數(shù)。優(yōu)點是估算精度較高, 缺點是數(shù)據(jù)參數(shù)獲取困難, 難以應(yīng)用于大尺度區(qū)域; 三是遙感模型測量法, 該方法是目前區(qū)域產(chǎn)草量估算的常用方法之一, 借助于植被NDVI或者NPP(Net Primary Productivity)兩種方法來估算?；谥脖籒DVI的方法, 通過回歸模型進行估算, 適合于大區(qū)域。但不同區(qū)域, 其回歸估算模型也不同, 因此模型移植性差。 NPP估算法, 以植被凈初級生產(chǎn)力為基礎(chǔ)計算產(chǎn)草量, 優(yōu)點是宏觀、快速、省力、省時、受外在因素干擾少, 可為草原管理與決策提供及時的草原信息, 如光能利用率模型CASA模型(目前應(yīng)用較廣泛, 輸出結(jié)果為月NPP)。如樸世龍等[16]利用CASA模型對我國植被凈第一性生產(chǎn)力進行了估算; 李剛等[17]利用改進后的CASA 模型估算了青藏高原草地載畜量。以上兩位學(xué)者在估算NPP時, 氣象參數(shù)均在插值基礎(chǔ)上獲得。秦泗國等[18]利用綜合模型估算了那曲高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)NPP并在此基礎(chǔ)上估算載畜量, 綜合模型估算NPP是以與植被光合作用密切相關(guān)的實際蒸散為基礎(chǔ)的, 關(guān)鍵參數(shù)的獲取(如PER)用氣象數(shù)據(jù)反演得到。喬凱等[19]在定量估算青海湖流域2001—2011年草地凈初級生產(chǎn)力時, 氣象數(shù)據(jù)用域內(nèi)和周邊氣象站點數(shù)據(jù)內(nèi)插得到, 500 m DEM數(shù)據(jù)用90 m重采樣方法獲得。鄭中等[20]在利用CASA模型估算青海湖流域草地 NPP時, 面對青海湖流域內(nèi)氣象站稀少, 氣象觀測數(shù)據(jù)相當(dāng)缺乏的情況下, 用WRF區(qū)域氣候模式模擬了近地表氣象數(shù)據(jù), 但模擬精度只在80%左右。因此, CASA模型模擬NPP, 雖然得到了廣泛應(yīng)用, 但其缺點是模型需輸入氣溫、降水、太陽輻射以及植被指數(shù)和植被類型等眾多參數(shù)。部分參數(shù)難以獲取, 部分參數(shù)(如氣象參數(shù))需用空間插值技術(shù)得到, 而氣象站點的數(shù)目和空間分布等都會影響到插值結(jié)果, 精度難以保障。

青海湖流域境內(nèi)國家級氣象站點少, 且其地形多為山地, 地勢起伏大, 插值獲取的參數(shù)誤差大, 致使模型模擬得到的NPP精度難以保證。所以獲取精度相對較高的NPP數(shù)據(jù)是估算產(chǎn)草量與載畜量的首要前提。綜上所述, 本文選取分辨率較高(500 m)和準(zhǔn)確性已通過驗證的MOD17A3H產(chǎn)品, 以青海湖流域為研究區(qū)域, 選取干草產(chǎn)量與理論載畜量2個指標(biāo), 進行草地生產(chǎn)力評價。其一是探討其快速估算產(chǎn)草量的可行性與準(zhǔn)確性, 其二是通過數(shù)學(xué)方法統(tǒng)計出流域內(nèi)不同草地類型及行政區(qū)域的產(chǎn)草量, 分析探討草地產(chǎn)草量的空間格局及其影響因素, 旨在為高寒地區(qū)牧業(yè)生產(chǎn)的合理規(guī)劃和畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

青海湖流域地處青藏高原東北部, 總面積為29661 km2, 介于 36°15' — 38°20' N 與97°50' — 101°20'E之間, 地形復(fù)雜, 地勢起伏大, 西北高、東南低。地處黃土高原、西北干旱區(qū)和青藏高寒區(qū)的過渡地帶, 深居內(nèi)陸, 海拔較高, 常年受西風(fēng)帶、東亞季風(fēng)和青藏高原季風(fēng)的交匯控制, 屬典型的高寒干旱大陸性氣候, 干旱、寒冷、多風(fēng)。多年平均氣溫-1.4—1.7 ℃, 年平均降水量約為340 mm, 蒸發(fā)量為800—1000 mm[21]。植被類型有草原植被(溫性草原和高寒草原)、灌叢植被(溫性河谷灌叢與高寒灌叢)、草甸(高寒草甸、鹽生草甸)和高山流石植被以及荒漠植被(高寒荒漠類和溫性荒漠類)等。其中高寒草原和高寒草甸是青海湖流域的主要草地類型, 兩者占流域內(nèi)草地總面積的82.64%。2010年青海湖流域總?cè)丝跒?13.23萬人, 平均人口密度4.47人·km-2[22], 農(nóng)業(yè)活動以畜牧業(yè)生產(chǎn)為主[23]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

(1)遙感數(shù)據(jù)。采用2015年的MODIS數(shù)據(jù)的MOD17A3H產(chǎn)品, 來源于美國國家航空航天局(NASA) (https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/)。該產(chǎn)品提供了500 m空間分辨率的NPP年數(shù)據(jù)[24], 已通過第三方驗證, 其準(zhǔn)確性得到了評估[25]。

(2)氣象數(shù)據(jù)。2015年青海省各氣象站點的年平均氣溫、年降水量、平均濕度等, 來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(http://data.cma.cn/)。通過整理、計算和空間插值生成相應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)。

(3)植被數(shù)據(jù)。運用中國1: 100萬植被類型圖(2000年版)—青藏部分, 根據(jù)中國植物群落的分類方法, 分類得到青海湖流域的草地類型分布圖(圖1)。

上述三類數(shù)據(jù), 在ArcGIS 10.2軟件平臺中轉(zhuǎn)換為Albers等積投影。

2.2 研究方法

2.2.1 干草產(chǎn)量計算

干草產(chǎn)量是指某地域某一段時間內(nèi)生產(chǎn)的牧草干物質(zhì)總產(chǎn)量。單位面積的干草產(chǎn)量可以利用草地NPP計算得到[26], 計算公式如下:

Figure 1 Distribution of grassland types in the Qinghai Lake Basin

式中,B為年總單位面積干草產(chǎn)量,/(m-2·a-1);為草地年總NPP,/(m-2·a-1) ;S為草地生物量換算成NPP 的轉(zhuǎn)換系數(shù), g·g C-1, 數(shù)值為 0.45[27];S為地下與地上部分生物量比例系數(shù), 高寒草甸為8.99, 高寒草原類為3.81[28], 溫性草原類為4.25, 溫性荒漠草原類、高寒荒漠和溫性荒漠類為7.89, 暖性灌草叢為4.42, 沼澤類為15.68[29]。

2.2.2 產(chǎn)草貢獻率計算

產(chǎn)草貢獻率是指某草地類型的產(chǎn)草量占所有草地類型產(chǎn)草量的比重。產(chǎn)草貢獻率計算公式如下:

其中,C代表第類型草地的產(chǎn)草貢獻率;M為第類型草地的平均產(chǎn)量;A為第類型草地的面積。

2.2.3 理論載畜量計算

理論載畜量是指在適度放牧的條件下, 單位草地面積上所能放牧的牲畜頭數(shù)。它是衡量草原生產(chǎn)能力的主要指標(biāo)之一, 可根據(jù)牧草的生長情況(包括牧草的品質(zhì)、產(chǎn)量)來評定, 取決于草地初級生產(chǎn)力[30]。計算公式如下:

式中,Z為草地理論載畜量(羊單位);H為全年干草產(chǎn)量(t·km-2);G為不同草地類型的牧草利用率[31], 草原類為50%, 草甸類為60%, 灌(草)叢類和沼澤類為55%, 荒漠類為40%。C為草地可利用率,E為草地可食牧草比率; 在青海湖流域,C按92%計算,E按80%計算[32];L為一個羊單位家畜的日食量, 我國采用的載畜量為綿羊單位[33], 1個羊單位是活重為40 kg的綿羊及其哺乳羔羊, 每天飼草(青草)需求量為5—7.5 kg, 本研究取6 kg, 據(jù)中國農(nóng)業(yè)行業(yè)提出的天然草地載畜量計算標(biāo)準(zhǔn)[34], 牧草干重與鮮重比例按1:3計算, 換算成干草即2 kg /羊單位/;為草地放牧?xí)r間, 按全年365計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 產(chǎn)草量估算結(jié)果及精度分析

首先利用草地類型的矢量圖, 用ArcGIS 10.2軟件中的裁剪工具, 裁出NPP柵格圖, 然后運用公式(1)進行計算, 得到2015年青海湖流域單位面積干草產(chǎn)量分布圖(圖2)。最后利用單位面積干草產(chǎn)量乘以像元面積得到流域內(nèi)的全年干草產(chǎn)量圖(圖3)。

青海湖流域地形復(fù)雜, 區(qū)域小氣候、土壤和草地類型差異大, 加之人類活動影響程度不一, 因而流域內(nèi)各草地類型的單位面積干草產(chǎn)量空間差異性明顯。由圖(2)可知, 環(huán)湖地區(qū)是單位面積干草產(chǎn)量的高值區(qū), 呈現(xiàn)出從東南環(huán)湖地區(qū)向西北山地遞減趨勢。環(huán)湖地區(qū)海拔相對較低, 地形平坦, 氣溫較高, 水熱組合較好, 植被以溫性草原, 高寒草原為主, 且為國家級自然保護區(qū)的核心區(qū), 因而整體上產(chǎn)草量最高。西北部, 多山地, 海拔高, 氣溫低, 植被以低矮的高寒草甸為主, 單位面積產(chǎn)草量較低。

圖2 青海湖流域草地單位面積干草產(chǎn)量空間分布圖

Figure 2 Hay yield per unit area of grassland in Qinghai Lake Basin

圖 3 青海湖流域草地年干草產(chǎn)量空間分布圖

Figure 3 Annual hay yield of grassland in the Qinghai Lake Basin

采用均方根誤差(式4)檢驗產(chǎn)草量的估算精度。越小, 模型精度越高、預(yù)測能力越強。將青海湖流域牛羊可食性最高的高寒草甸、高寒草原和溫性草原的產(chǎn)草量估算值與文獻中產(chǎn)草量進行比較, 得出兩者間的為26.15 g·m-2(表1), 表明模型具有較好的估算精度。

3.2 干草產(chǎn)量影響因素分析

氣候影響牧草的生長發(fā)育, 進而影響產(chǎn)草量。青海湖流域?qū)俑吆０蔚貐^(qū), 地勢起伏大, 氣候隨海拔梯度的變化明顯。海拔3500 m等高線是青海湖流域湖濱平原區(qū)、河谷區(qū)與高山區(qū)的大致界線。故本文將3500 m等高線作為海拔節(jié)點, 來探討此海拔節(jié)點上下的單位面積干草產(chǎn)量的水熱影響模式。為了定量厘定出氣候因子對產(chǎn)草量的影響, 利用相關(guān)系數(shù)r(式5), 對不同海拔梯度內(nèi)的單位面積干草產(chǎn)量和各氣候因子(氣溫、降水量、活動積溫(≥10 ℃)和濕度)進行相關(guān)性分析。

結(jié)果表明(表2), 海拔3500 m以下區(qū)域, 氣象因子中, 對單位面積干草產(chǎn)量影響最大的為活動積溫(≥10℃), 其次為氣溫、降水, 最小的為濕度。其中,年降水量與單位面積干草產(chǎn)量為正相關(guān)關(guān)系, 而活動積溫、氣溫與干草產(chǎn)量為負(fù)相關(guān)關(guān)系, 即活動積溫、氣溫越高, 干草產(chǎn)量越低。原因可能是: 其一、在氣候變暖背景下, 流域內(nèi)年均氣溫呈現(xiàn)增加趨勢[20],活動積溫超過了適宜植被生長的溫度范圍, 從而不利于高寒草原植被的生長。其二、流域內(nèi)年均氣溫的升高導(dǎo)致蒸發(fā)量隨之增大, 土壤水分損失加快, 抑制了植被的生長。在此情況下, 牧草的需水脅迫加重, 從而降水量越大, 單位面積干草產(chǎn)量越大, 這與龍慧靈等[37]研究結(jié)果一致。3500 m以上區(qū)域, 除了濕度與單位面積干草產(chǎn)量為負(fù)相關(guān)以外, 其余均為正相關(guān)關(guān)系。其中, 對單位面積干草產(chǎn)量影響最大的氣候因子為氣溫, 這與周偉等[38]和陸晴等[39]人的研究結(jié)果一致。原因可能是氣溫為高寒草甸等植被生長發(fā)育的最主要限制性因子, 氣溫越高, 植被生長周期越長, 單位面積產(chǎn)草量就越高。另外, 高寒草甸的植被根系發(fā)達, 能夠利用深層土壤水, 從而受降水的影響相對較弱[41]。

表1 不同草地類型產(chǎn)草量估算結(jié)果精度分析

表2 青海湖流域不同海拔單位面積產(chǎn)量與氣候因子的相關(guān)性

注:*在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

3.3 產(chǎn)草量與理論載畜量分析

3.3.1 不同草地類型產(chǎn)草量與理論載畜量分析

對產(chǎn)草量估算結(jié)果進行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(表3), 得出流域內(nèi)全年干草產(chǎn)量為145.42萬t, 其中能被牛羊直接采食利用的牧草59.18萬 t, 理論載畜量為81.07萬羊單位。高寒草甸、高寒草原、亞高山灌叢、溫性草原、溫性灌叢草原和溫性荒漠草原六大類是主要產(chǎn)草的草地類型, 其年干草產(chǎn)量: 高寒草甸>高寒草原>亞高山灌叢>溫性草原>溫性灌草叢>溫性荒漠草原。高寒草甸的草地面積、理論產(chǎn)草量、可食牧草量和采食總量最大, 分別為17127.2 km2、712843.72 t、314791.79 t、431222羊單位; 其次為高寒草原, 分別為3258.64 km2、391418.61 t、144042.05 t、197318羊單位。高寒草甸與高寒草原面積占流域內(nèi)草地總面積的82.64%, 產(chǎn)草量占整個流域產(chǎn)草量的75.93%, 載畜能力也最大, 占所有草地載畜量的77.53%。

表3 青海湖流域各草地類型草地生產(chǎn)力統(tǒng)計表

據(jù)圖4, 青海湖流域所有草地類型中, 高山草甸的產(chǎn)草貢獻率最高, 占整個流域內(nèi)產(chǎn)草量的49.01%; 其次為高寒草原, 產(chǎn)草貢獻占整個流域的26.91%; 產(chǎn)草貢獻率最低的是沼澤化草甸, 僅占0.18%。

3.3.2 行政區(qū)劃產(chǎn)草量與載畜狀況分析

統(tǒng)計得到青海湖流域內(nèi)各行政區(qū)劃的理論載畜量, 天峻縣、剛察縣、共和縣和海晏縣理論載畜量分別為307092羊單位、251267羊單位、189142羊單位和63191羊單位。根據(jù)2015統(tǒng)計年鑒和縣農(nóng)牧部門公布的4縣實際載畜量數(shù)據(jù)[41]計算4縣在流域內(nèi)的實際載畜量

(公式為: 某縣所占青海湖流域面積÷該縣面積×該縣實際載畜量):

圖4 青海湖流域不同草地類型的產(chǎn)草貢獻率

Figure 4 Grassland production contribution rate of different grassland types in the Qinghai Lake Basin

天峻縣實際載畜量為497261(頭、匹), 剛察縣789743(頭、匹), 共和縣656065(頭、匹), 海晏縣191559(頭、匹)。進一步計算青海湖流域超載率, 達163.31%, 其中共和縣超載最為嚴(yán)重, 達246.86%, 次之為剛察縣與海晏縣, 超載率分別為214.30%和203.14%, 天峻縣為61.93%。

為了制定切實可行的牧業(yè)規(guī)劃和生態(tài)補償政策的落地實施等, 本文對青海湖流域內(nèi)16個主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的產(chǎn)草量和理論載畜量進行統(tǒng)計(表4), 結(jié)果顯示: 產(chǎn)草量和理論載畜量較高的為泉吉鄉(xiāng)、石乃亥鄉(xiāng)、哈爾蓋鎮(zhèn)和吉爾孟鄉(xiāng), 年干產(chǎn)草量共計46.04萬t, 可采食牧草總量達182552.8 t, 可放牧羊單位數(shù)達250072只, 占全流域理論載畜量的30.84%。

4 討論

模擬估算結(jié)果的準(zhǔn)確性驗證是應(yīng)用NPP估算區(qū)域產(chǎn)草量的前提, 這可以通過田間調(diào)查獲得的實測生物量或者已有研究結(jié)果相比較。青海湖流域牧草可食性較大的三種草地類型的產(chǎn)草量, 其單位面積內(nèi)估算值的均方根誤差為26.15 g·m-2(其中, 高寒草原的誤差較大, 原因是驗證數(shù)據(jù)為2010年數(shù)據(jù), 而本文所采用的是2015年數(shù)據(jù), 根據(jù)駱成鳳等[9]人的研究, 湖濱平原和河谷地區(qū)目前仍處于過牧狀態(tài), 草地生產(chǎn)力持續(xù)下降, 因此這年際間誤差可以忽略不計), 在可接受范圍內(nèi)。由于NPP的影響因素較多, 如天氣狀況, 土壤水分的多寡, 植被類型及其所處地形部位等, 導(dǎo)致不同草地類型的NPP模擬精度也不一致, 因而產(chǎn)草量的估算精度可能不同, 甚至有的草地類型估算精度較低, 但只要研究區(qū)中面積比重大的草地類型產(chǎn)草量估算精度高, 則估算方法就可以推廣應(yīng)用。

表4 青海湖流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)草地生產(chǎn)力統(tǒng)計表

依據(jù)統(tǒng)計年鑒和縣農(nóng)牧部門公布的實際載畜量數(shù)據(jù), 然后結(jié)合理論載畜量, 計算了超載率。青海湖流域4縣, 總超載率達163.31%。整體上, 青海湖流域內(nèi)各行政區(qū)劃的實際載畜量高于理論載畜量且已超過草地所能承受的最大載畜能力。需要說明的是, 理論載畜量的計算基礎(chǔ)是所有植被的NPP, 但并非所有的植被能被牛羊等牲畜采食, 因此, 實際上, 各地區(qū)的超載率應(yīng)該更高, 這也同時提出了未來研究的一個方向, 即如何識別與剔除牲畜非食用植被, 進而提高估測載畜量的精度。草地畜牧業(yè)要得到健康、穩(wěn)定的發(fā)展, 減輕草地載畜壓力是亟待解決的問題, 農(nóng)牧部門需進行調(diào)控和管理(如加大對牲畜的補飼力度以及減少牲畜的存欄數(shù)量), 使牧民遵循草原的可更新性和季節(jié)生長規(guī)律, 通過確定科學(xué)的放牧?xí)r間、放牧強度、放牧方式及牧場輪換來穩(wěn)定流域內(nèi)草地自然健康生長。

5 結(jié)論

基于MODIS NPP遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù), 結(jié)合植被類型圖, 本文估算了青海湖流域草地生產(chǎn)力, 并得出以下結(jié)論:

(1)青海湖流域草地平均單位面積干產(chǎn)草量為74.38 g·m-2, 呈現(xiàn)出自環(huán)湖區(qū)域向高山區(qū)遞減趨勢, 影響其分布的主要氣象因子是活動積溫、氣溫與降水。3500 m以下區(qū)域, 活動積溫是主要影響因子; 3500 m以上區(qū)域, 溫度是主要影響因子。降水對3500 m以上單位面積干草產(chǎn)量影響較小原因是高寒草甸的根系較發(fā)達, 能吸收深層土壤水, 從而受降水限制小。

(2)高寒草甸、高寒草原、亞高山灌叢、溫性草原、溫性灌叢草原和溫性荒漠草原六大類草地是青海湖流域的主要產(chǎn)草類型, 年總干草產(chǎn)量為145.42萬t。其年干草產(chǎn)量: 高寒草甸>高寒草原>亞高山灌叢>溫性草原>溫性灌草叢>溫性荒漠草原。

(3)青海湖流域理論載畜量為81.07萬羊單位, 實際載畜量為213.46頭。牲畜超載十分嚴(yán)重, 超載率達163.31%。其中共和縣超載最為嚴(yán)重, 達246.86%;次之為剛察縣與海晏縣, 超載率分別為214.30%和203.14%; 天峻縣為61.93%。

本文探討了基于MODIS NPP遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù)的草地生產(chǎn)力計算方法的可行性, 后續(xù)研究將結(jié)合實地采樣, 進一步產(chǎn)提高草地產(chǎn)草量估算的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上, 結(jié)合土地第二次調(diào)查資料和鄉(xiāng)鎮(zhèn)村牛羊數(shù)量, 分析地塊尺度的產(chǎn)草量, 確定合理載畜量, 以便采取合理的放牧策略, 實現(xiàn)草地畜牧業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)和經(jīng)濟效益可持續(xù)發(fā)展。

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Estimating grassland yield and carrying capacity in Qinghai Lake Basin based on MODIS NPP data

Wang Qi1,2, Wu Chengyong1,2, Chen Kelong2,*, Zhang Xiao3, ZHANG Lele1,2, Ding Junxia1,2

1. College of Geography, Qinghai Normal University, Xining 810008, China 2. Key Laboratory of Natural Geography and Environmental Processes of Qinghai Province, Xining 810008, China 3. College of Geography and Resource Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China

Fast evaluating grassland productivity is critically significant to make a balancing development strategy between grassland and livestock in pastoral areas, as well as promoting the healthy and sustainable development of grassland ecosystems. Based on the NPP products of MODDIS, the grassland productivity was estimated in the Qinghai Lake Basin. The results showed that: (1)Theof the estimated grass yield per unit of alpine meadow, alpine grassland and warm grassland with the highest edible degree of cattle and sheep was 26.15 g?m-2,which indicated that the method could be used to quickly estimate the grassland yield in a regional scale. (2) The annual hay yield in the Qinghai Lake Basin was 1454200 tons, of which 591800 tons could be directly eaten by cattle and sheep; theoretical stock-carrying capacity was 810,700 sheep unit. (3) In the areas below the altitude of 3500 m, the accumulated temperature was the main factor that affected hay production per unit, and their correlation was negative. While above 3500 m, temperature was the main factor; the relationship between the factor of temperature and the hay production per unit was positive. The research results can provide scientific basis and supportive strategies for the planning of livestock production activities and ecological compensation in the alpine regions.

grass yield;grassland productivity; vegetation net primary productivity; Qinghai Lake Basin

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.024

S127; S283

A

1008-8873(2019)04-178-08

2018-07-14;

2019-06-26

國家自然科學(xué)基金項目(41661023); 國家社會科學(xué)基金(14XMZ072); 青海省科技計劃項目(2017-ZJ-782)

王琪(1992—), 男, 甘肅平?jīng)鋈? 現(xiàn)為青海師范大學(xué)在讀碩士研究生, 主要從事生物地理與自然保護方面研究, E-mail: 1186599488@qq.com

陳克龍, 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事生物地理與濕地生態(tài)方面的研究, E-mail: ckl7813@163.com

王琪, 吳成永, 陳克龍, 等. 基于MODIS NPP數(shù)據(jù)的青海湖流域產(chǎn)草量與載畜量估算研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(4): 178-185.

Wang Qi, Wu Chengyong, Chen Kelong, et al. Estimating grassland yield and carrying capacity in Qinghai Lake Basin based on MODIS NPP data[J]. Ecological Science, 2019, 38(4): 178-185.