不同草地类型对产草量的贡献研究——以巴里坤县为例

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沙漠与绿洲气象 Desert and Oasis Meteorology 第4卷第1期 2010年2月 

不同草地类型对产草量的贡献研究 

以巴里坤县为例 

徐根生 ,一,魏文寿:,姚艳丽 ,张璞 ,李杨 ,王敏仲 

(1.新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆乌鲁木齐830054;2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆 乌鲁木齐830002;3.新疆气候中心,新疆乌鲁木齐830002) 

摘要:采用2004年到2008年牧草生长季(2004--2007年4一l0月,2008年的仅到8 月)的卫星遥感数据,统计出巴里坤县不同草地类型对产草量的贡献。结果表明:低平草甸、 

高寒草原、温性草原化荒漠、温性草原、温性荒漠草原等5种不同草地类型对巴里坤地区产 草量贡献分别为:7.46%、11.05%、19.17%、21.09%、41.23%。这对农牧业生产和农业区域规 

划有着一定的指导意义。 

关键词:卫星遥感;草地类型;产草量 中图分类号:S164 文献标识码:B 文章编号:1002—0799(2010)0l一0052—04 

A Case Study on Yield in Different Types of Grassland in Balikun County 

XU Gen—shengl,2,WEI Wen-shou2,YAO Yan-li3,ZHANG Pu2,LI Yang2,WANG Min-zhong 

(1.College of Geographical Science and Tourism,Xinjiang Normal University,Urumqi 830054,China; 

2.Institute of Desert Meteorology,CMA,Urumqi 830002,China;3.Xinjiang Climate Center, Urumqi 830002,China) 

Abstract:This paper study statistically the contribution of different types of grassland to the total yield using satellite remote sensing data for 4 years growing season months(April to October 

during 2004---2007,April to August in 2008).The results showed that:the yeild contribution of the five types of grassland,Low meadow,alpine steppe,temperate desert steppe,temperate steppe, 

temperate desert steppe,are respectively 7.46%,1 1.05%,19.17%,21.09%,41.23%.It would be a guidance for regional planning agricultural and livestock production and agricultural programming. 

Key words:satellite remote sensing;grassland types;yield 

草地是重要的农业资源,是干旱区重要的绿色 

生态屏障,具有防风固沙、涵养水源、保持水土、净化 

收稿日期:2009—08—24;修回日期:2009—10—14 基金项目:国家“十一五”科技支撑计划课题“现代农村信息化关键 技术研究与示范”第15专题“农村特色产业信息化技术研究” (2006BAD10A15);中国沙漠气象科学研究基金项目(Sqj2006009)。 作者简介:徐根生(1982~),男,硕士研究生,研究方向环境与灾害防 治。E—mail:14040743@qq.con 空气以及维护生物多样性等重要生态功能。草地不 

仅是维持畜牧业发展的物质基础,在维持区域生态 平衡等方面也起着重大作用。新疆是我国重要牧区 

之一,天然草地辽阔,面积约57 250.88万hm ,可利 

用面积4 900.68万hm ,居全国第三位【”。然而近代 以来,由于过度放牧等原因引起的荒漠化等问题不 

断加剧。因此及时准确地估算草地产草量,统计出不 

同草地类型对产草量的贡献大小,可为确定各种草 徐根生等:不同草地类型对产草量的贡献研究——以巴里坤县为例 

地类型合理载畜量提供重要的科学依据,对农牧业 生产和农业区域合理规划以及畜牧业生产等也有现 

实意义。 有关产草量及模型的研究,国内外尤其是我国学 

者做了大量工作1 ̄-5]。但是对不同草地类型的产草量贡 献的研究较少。本文以巴里坤哈萨克自治县为例,利用 

遥感与地面调查草原数据,通过数学方法统计出大面 

积产草量,既克服了刈割法测产周期长,耗时费力,大 面积估产精度不高的缺点,又解决了产量模拟模型在 

大尺度区域上的数据难以获取的问题。此方法对以后 

草地类型产草量的研究有一定的帮助。 

1研究区概况 巴里坤县位于天山东段北麓,天山山脉东段与 

东准噶尔断块山系之间的草原上。地理坐标为91。 

19 30 ~94。48 30”E、43。21 ~45。5 19”N。东西长 276.4 km,南北宽180.6 km。地势南高北低,西高东 

低,西部、南部为天山山脉,中部为北天山及丘陵山 

区,由西向东倾斜形成起伏不平的波浪式谷地,东 部、北部为平原地区。水资源主要来自冰川融水和 

山间泉水。该县以牧业为主,素有“古牧国”之称。 巴里坤县属温带亚干旱气候区。年平均气温 

1.0℃,极端最高气温33.5℃,极端最低气温一43.6 

℃。年日照时数3 213.1 h,≥10℃的积温1 735.0 ℃,无霜期102 d。年降水量203.0 mm,蒸发量1 

621.7 mm。 巴里坤县光能资源丰富,为全国光能资源较优 地区之一。太阳辐射每年一般在6 1.237~66.044 J/m 

之间。由于地形的原因,辐射由北向南递减。一年中, 总辐射以l2月最少,从1月起逐月增多,5月或6 

月达到最大值,后又逐月减少。巴里坤的日照时数 

以汉水泉最多,年日照时数可达3 400 h左右,近天 

山区一般为2 800 h。 

2资料及处理方法 所用的资料包括在巴里坤实地调查的产草量数 

据、巴里坤气象站牧草监测点产草量数据、1:100万 的巴里坤草地类型图、美国地球资源观测系统数据 

中心提供的2004年到2008年生长季月份(2O04— 

2007年的4_1O月,2008年的到8月)MODIS1、2 通道数据(分辨率为250 in)。数据预处理包括格式 

转换、NDVI的计算、投影转换、图像掩膜等。 (1)NDVI的计算 

应用植被指数估测草地生物量是目前遥感技术 在草地研究中的技术方法之一。植被指数是利用遥 感卫星探测数据的线性或非线性组合而形成的能反 

映绿色植被生长状况和分布的特征指数[61。在多种 植被指数( ,)中,最常用的是归一化植被指数 

(^ ,)和垂直植被指数(PVI)E7 ̄。目前常用的植被指 

数主要是规一化植被指数(ⅣD ,)。MODIS数据由 于其实时更新、免费下载,在各类遥感监测中得到了 广泛应用f8]。植被指数的算法为: ,vD ,_(C曰2一CH1)/(CH2+CH1) (1) 

用产草量模型在ERDAS8.7软件里面的 

Modeler功能统计出产草量,把≤0的值赋予0值, 其算法为: 

EITHER 0 IF(¥nl—blkccl<=0)OR Snl—blkcclx 

1.0 OTHERWISE。 进行这步运算的目的是为了避免负值抵消正 

值,导致整个运算结果比真实值偏小,因为产草量不 可能有负值。 

根据巴里坤1:100万的草地类型图,将其分为5 种草地类型,分别为:低平草甸、温l生荒漠草原、温l生 

草原、高寒草原、温性草原化荒漠,对其用1、2、3、4、 

5进行数字编号。最后利用巴里坤地理信息区划图 进行掩膜,其算法为: 

EITHER¥nl— 20060904z IF (¥n5一blkedfl—region==4)OR 0 OTHERWISE。 其中¥nl一20060904z为2006年9月4日的产 

草量数据,¥n5一blkcdfl_region==4是将巴里坤第四 类草地即“高寒草原”的值从巴里坤县提取出来,得 

出2006年9月4日温性荒漠草原的产草量数据,之 

后依次得出2004年到2008年牧草生长月份 (2004--2007年的4—10月,2008年的8月)不同草 

地类型的产草量(图1)。 (2)均值法 

在统计每种草地类型的产草量值时,采用均值 

图l 2006年9月4日不同草地类型植被图 

(1代表低平草甸;2代表温性荒漠草原;3代表温性草原;4代 表高寒草原;5代表温性草原化荒漠;6代表非草地) 

53 究论文 

沙漠与绿洲气象 D。。。。。。e。。。。s。。。e。。。。r。。 t。。 ’a ’。。n。。。。。d。。。。。。。O。。。。。a。。。。s。。。i。。。s。。。。。 M。。‘。‘。 e’’’t’。。e。。。。o。。。。r。。。o。。。。l。。o。。。。g——y 第4卷第1期 2010年2月 

法 进行计算。即统计巴里坤县2004年到2008年 

每种草地类型的平均值,得出每月不同草地类型的 

产草量比重,最后算出平均比重。 (3)最大值合成法(MVc) ⅣD ,_Max(/、 ) (2) 利用国际上通用的MVC(最大值合成法)㈣,获 

得该年最大NDVI值的月份,以获得最大的产草量, 

式(2)中,NDVIi是第i月的NDVI值。 

3结果分析 3.1产草量模型建立 

利用巴里坤县实地调查的产草量数据,根据33 

个不同地点的NDVI和其相应的产草量,可以建立 相应的不同模型(图2)。最后选择Y=12 322xNDVI- 750.35模型,其相关系数尺 =O.912 6。可见,此线性 

回归方程的拟合程度是最好的。 

12000 

10000 

—8000 目 6oo0 删 4000 

2000 

0 

图2根据实测点的产草量和NDVI 建立的不同模型 3.2模型检验 

本研究是利用遥感数据得出的NDVI,为了验 证此模型的准确性,我们用遥感数据模拟出来的数 

据和剩下16个巴里坤气象站牧草监测点的数据得 

到其曲线图(图3)。由图可见模拟效果还是比较好 的。再用公式(1)算出平均误差: 

Il, — l _一 1, 臣=三二_L— L一, =1,2,3… (3) 

上述公式E 表示平均误差,y 表示模拟值,l, 

表示实测值,n表示数据组数。在选取核对点数据的 

时候,NDVI值比较小的选取的多,因为巴里坤草地 类型主要是温眭荒漠草原和温』生草原化荒漠,其面 

积占草地总面积的84.82%。最后算的总准确率达 76.9%,说明结果比较符合实际。 

3I3不同草地类型对巴里坤地区产草量贡献率 牧草监测点编号 

图3模拟值与实测值的曲线图 

根据2004年到2008年生长季(2004--2007年