锡林郭勒典型草原草地生物量动态监测研究＊

苏日娜，金 花，蒙 荣

（1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051；3.内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010020）

1 引言

草原是地球上分布最广泛的植被类型之一，它在全球碳循环和初级生产力研究中起着至关重要的作用〔1〕。锡林郭勒草原是欧亚草原的重要组成部分，也是优良的天然放牧区，是自然生态平衡不可缺少的重要组成部分。同时，它也是比较脆弱的生态系统，深受气候变化和人为活动的影响，常处于波动的变化之中。随着人口数量的增加、人类经营活动的加大以及全球气候的变化，草原资源在质和量上都出现了明显的变化。

草原地上生物量是判断草原生态系统是否健康的重要依据之一。是生态系统最基本的数量特征，代表着草原第一性生产力的基本水平，也在很大程度上决定了草原的生态状况，对草原自我调节能力有很大的影响〔2〕。近年来，人们在研究和实践中，开始探索利用卫星遥感和地面实测相结合的方法，分析草地生物量，已经取得了不少成果。准确及时地获取牧草产量及其时间、空间变化的特征是实现合理、高效、持续利用草地资源的关键，也是保护和管理草原的重要依据。自2000年实施津京风沙源治理工程及西部大开发的实施，为内蒙古草原生态的恢复奠定了基础，获得了可喜的社会经济效益。

2 研究方法

2.1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特 市 典 型 草 原。 北 纬 43°02′—44°52′，东 经115°13′—117°06′。东邻西乌珠穆沁旗，西依阿巴嘎旗，南与正蓝旗相连，东南与赤峰市克什克腾旗接壤，北同东乌珠穆沁旗为邻。市境南北长208km，东西长143km。总面积15 758km2，锡林浩特地区属中温带干旱半干旱大陆性季风气候，特点是风大、少雨、寒冷。年平均温度0～3℃，年平均风速4～5m／s。年降水量200～350mm，蒸发量1 500～2 600mm。年日照时数为2 700～3 200h，日照率64%～73%，平均无霜期100～120d。

2.2 地面数据的采集

地面数据来自两个部分，一部分在锡林浩特典型草原选取34个样地，随机采样；另一部分为内蒙古草原植被动态监测数据。

2.2.1 采样方法

野外调查主要集中在2009～2010年牧草生长季，6～8月期间，根据草原类型的空间分布特点和面积大小，在锡林浩特周边苏木选取34个样地，1个样方重复3次。样地设置主要选择在草地植被空间分布比较均一，可以代表较大范围的典型地段。利用GPS测定样方的经纬度和海拔，同时在样方内采用常规植被调查法测定植被盖度、草层平均高度、植物种数、群落组成及优势物种名称、总产草量等指标。

2.3 MODIS数据

2.3.1 MODIS数据预处理

MODIS数据的采集与地面测产同步进行，利用中科院地理科学与资源研究所全球变化信息研究中心接收的MODIS数据，经辐射纠正和地理纠正生成标准的MODIS 1B数据。对MODIS lB数据进行B0WTIE处理、大气校正和几何精校正，图像中心星下点校正误差小于0.1个像元，边缘小于0.3个像元（每个像元为250m×250m），图像几何精度能较好地满足分析要求。

2.3.2 MODIS—NDVI的计算

按照MODIS—NDVI计算原理，选取MODIS的1，2通道，即红波段（RED，波长为620～670 nm）、近红外波段（NIR，波长为841～876nm），采用 以 下 公 式：NDVI＝ （NIR—RED）／（NIR＋RED），计算并提取出相应时间、相应样地的NDVI值，并与野外地面测产数据相对应。2.3.3 数据处理软件：ARCGIS－9.3；ERDAS－9.1

2.4 锡林郭勒典型草原草地生物量估产模型的建立

利用NDVI与草产量的关系建立MODIS—NDVI与草产量关系模型，并比较分析锡林郭勒典型草原2000年、2005年、2010年平均草产量。

3 锡林郭勒典型草原草地生物量估产模型的建立及动态变化

3.1 锡林郭勒典型草原草地生物量估产模型

研究区位于锡林郭勒盟锡林浩特市典型草原，利用NDVI与草产量的关系建立估产模型是比较切实可行的。采用植被指数对草地草产量估产模型是比较成熟、应用广泛的指数模型。锡林郭勒典型草原草地建模所采用的数据是34个样地生长期内（6～8月）的地面测产数据和内蒙古草原植被动态监测数据。图1为锡林郭勒典型草原的MODIS—NDVI估产曲线图。

如图1所示：自变量（x）为 MODIS—NDVI，因变量（y）为草产量鲜质量。由图可知：锡林郭勒典型草地的MODIS—NDVI与草产量相关模型，反映了草地MODIS—NDVI和草产量的密切相关性，相关指数R2也达到较高水平，R达0.84，说明模型有较好的拟合效果。

图1 MODIS－NDVI

3.2 锡林郭勒典型草原草地生物量变化动态比较

在西部大开发及京津风沙源治理工程建设的10年，锡林郭勒典型草原，整体出现好转。利用ERDAS软件，分别生成基于草地植被指灵敏NDVI的2000年、2005的、2010年的草地植被产量空间变化图（见图2、图3、图4）。由此分析出，自2000年以来锡林郭勒典型草原草地植被恢复情况比较明显。

图2 锡林浩特2000年

图3 锡林浩特2005年

图4 锡林浩特2010年

4 结论

4.1 通过NDVI指数建立了锡林浩特典型草原草地生物量模型：Y＝82.987e0.0002xR2＝0.7044，达到较好的拟合效果，说明利用MODIS高时间空间分辨率遥感数据实施监测草地生物量变化是可行的。

4.2 锡林郭勒典型草原草产量均有提高，植物群落朝着趋于稳定的方向发展。2005年锡林郭勒典型草原平均产量比2000年增加了366kg／hm2，提高了24.2%；2010年锡林郭勒典型草原平均产量比2005年增加了299kg／hm2，提高了15.9%。

4.3 通过监测显示，西部大开发及京津风沙源治理工程建设的10年间，锡林郭勒典型草原植被恢复情况比较明显。

〔1〕史培军，李博，李忠厚，湖涛 .大面积草地遥感估产技术研究——以内蒙古锡林郭勒草原估产为例 .草地学报，1994，1.

〔2〕韩彬，樊江文，钟华平 .内蒙古草地样带植物群落生物量的梯度研究〔J〕.植物生态学报，2006，30（4）：553－562.

〔3〕吕新龙，呼伦贝尔地区草甸草原初级生产力动态研究〔J〕.中国草地，1994，（4）：9－11.

〔4〕王正兴，浏闯，赵冰茹，等 .利用 MODIS增强型植被指数反演草地地上生物量〔J〕.兰州大学学报（自然科学版），2005，41（2）：10－16.

〔5〕中国科学院内蒙宁夏综合考察队 .内蒙古自治区及东北西部地区地貌〔M〕.北京：科学出版社，1980.

〔6〕陈述彭 .自然环境变迁的遥感监测与预报〔J〕.地学的探索，1990，124－129.

〔7〕李建龙，戴若兰，任继周 .遥感技术在新疆阜康县草地估产中的应用研究〔J〕.1998，（1）：11－14.

〔8〕李建龙，等 .利用遥感环境资料进行草原大面积估产研究〔J〕.草业科学，1996，2：14－20.

〔9〕裴浩，敖艳红 .草地植被监测中背景影响的订正〔J〕.中国农业资源与区划，1998，No.5.

〔10〕裴浩，范一大 .新的植被指数的探讨〔J〕.内蒙古气象，1993，No.5.