内蒙古锡林郭勒盟草原产草量动态遥感估算_金云翔
基于MODIS—NDVI的内蒙古锡林郭勒草场荒漠化评价方法研究的开题报告
基于MODIS—NDVI的内蒙古锡林郭勒草场荒漠化
评价方法研究的开题报告
一、研究背景
草原是我国重要的资源，占据着广阔的土地面积。
然而，由于气候
变化、人类活动等原因，草原生态系统面临着许多问题，其中草原荒漠
化是最为严重的一种形式。
内蒙古自治区锡林郭勒盟地处我国北方草原，其草原面积占到了全区总面积的70%以上，具有重要的生态和经济价值。
然而，近年来锡林郭勒草原荒漠化问题日益严重，需要采取科学有效的
手段进行评价和治理，以保护其生态环境。
二、研究目的
本研究旨在基于MODIS-NDVI数据，开发一种能够快速准确评价锡
林郭勒草场荒漠化程度的方法，为保护草原生态环境提供科学决策依据。
三、研究内容
1. 对MODIS-NDVI数据进行处理和分析，提取草场的植被覆盖信息。
2. 结合野外实地调查数据，建立草场荒漠化评价指标体系，并对指
标体系进行分析和优选。
3. 利用遥感与GIS技术将草场荒漠化指标体系与MODIS-NDVI数据相结合，建立内蒙古锡林郭勒草场荒漠化评价模型。
4. 通过模型验证和实地考察，评估该模型在草场荒漠化评价中的应
用效果，并进行相关分析和总结。
四、研究意义
1. 为掌握锡林郭勒草原荒漠化现状提供科学依据，制定合理的治理
方案。
2. 为草原生态环境的保护和可持续利用提供技术支撑，推动草原绿色发展。
3. 丰富草原荒漠化研究领域，为遥感与GIS技术在草原生态研究中的应用提供参考。
《2024年锡林郭勒盟草原生态补偿问题研究》范文
《锡林郭勒盟草原生态补偿问题研究》篇一一、引言随着人类社会经济的发展，自然资源的开发与利用带来了显著的生态环境问题。
特别是作为我国重要生态屏障的草原，其生态环境的保护与恢复显得尤为重要。
锡林郭勒盟作为我国北方重要的草原生态区，其草原生态补偿问题研究具有深远的理论意义和实践价值。
本文旨在分析锡林郭勒盟草原生态补偿的现状、问题及原因，提出针对性的策略建议，以期为当地草原生态补偿的推进与完善提供参考。
二、锡林郭勒盟草原概况锡林郭勒盟位于内蒙古高原的东南部，拥有广袤的草原资源。
这里的草原不仅是牧民的重要生产资料，也是我国北方重要的生态屏障。
近年来，随着全球气候变化和人类活动的增加，锡林郭勒盟草原面临着严峻的生态环境问题，如草原退化、沙化等。
三、锡林郭勒盟草原生态补偿现状为了保护和恢复草原生态环境，我国政府实施了一系列生态补偿政策。
在锡林郭勒盟，政府通过财政转移支付、生态保护工程、草畜平衡政策等措施，对草原进行了一定的生态补偿。
这些措施在一定程度上减缓了草原退化的速度，提高了牧民的生活水平。
然而，仍然存在一些问题亟待解决。
四、锡林郭勒盟草原生态补偿存在的问题及原因（一）问题1. 补偿机制不完善：当前的生态补偿政策缺乏系统性和可持续性，未能全面覆盖所有需要保护的区域和群体。
2. 资金投入不足：尽管政府已经加大了对草原生态补偿的投入，但与实际需求相比仍存在较大差距。
3. 政策执行不力：部分地区政策执行力度不够，存在资金滥用、挪用等现象。
（二）原因1. 制度设计不够科学：生态补偿政策的制定缺乏科学依据和评估机制，导致政策实施效果不佳。
2. 资金来源单一：目前生态补偿资金主要依赖政府投入，缺乏多元化的资金来源。
3. 政策宣传和执行力度不够：部分地区对生态补偿政策的宣传不够，导致牧民对政策了解不足，同时执行力度不够也影响了政策的实施效果。
五、锡林郭勒盟草原生态补偿的改进策略（一）完善政策制度1. 建立科学的评估机制：对生态补偿政策进行定期评估，根据评估结果调整政策内容和方向。
锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算
第３９卷第１１期２０１９年６月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３９，Ｎｏ．１１Ｊｕｎ．，２０１９基金项目：国家自然科学基金项目（４１８０１０７１）；广西自然科学基金项目（２０１８ＧＸＮＳＦＢＡ２８１０１５）；桂林理工大学科研启动基金资助项目（ＧＵＴＱＤＪＪ２０１７０９６）收稿日期：２０１８⁃１１⁃１８；㊀㊀修订日期：２０１９⁃０３⁃２８∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｂｌ２０１２＠１２６．ｃｏｍＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１８１１１８２５０２娄佩卿，付波霖，刘海新，高二涛，范冬林，唐廷元，林星辰．锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算．生态学报，２０１９，３９（１１）：３８３７⁃３８４９．ＬｏｕＰＱ，ＦｕＢＬ，ＬｉｕＨＸ，ＧａｏＥＴ，ＦａｎＤＬ，ＴａｎｇＴＹ，ＬｉｎＸＣ．ＤｙｎａｍｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｓｉｎＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１９，３９（１１）：３８３７⁃３８４９．锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算娄佩卿１，付波霖１，∗，刘海新２，高二涛１，范冬林１，唐廷元１，林星辰１１桂林理工大学测绘地理信息学院，桂林㊀５４１００４２河北工程大学矿业与测绘工程学院，邯郸㊀０５６００１摘要：定量评价草地生态系统服务功能价值及其动态变化，对草地资源保护具有重要意义㊂以锡林郭勒盟为研究区域，选用２０００ ２０１５年ＭＯＤＩＳ数据和年值降水量数据，构建了定量的生态服务价值估算体系，对草地生态系统提供产品㊁营养物质循环㊁维持碳氧平衡㊁涵养水源㊁保持土壤及文化娱乐六种服务功能进行了动态估算和对比分析，并探讨了研究区域内各旗㊁市㊁县草地生态服务价值的动态变化情况㊂研究结果表明：２０００ ２０１５年锡林郭勒盟草地生态系统提供的总服务价值年际增长率为２．５２％，年均增值３３．７１亿元，呈波动上升的趋势㊂但各旗㊁市㊁县之间草地资源发展不平衡（年际增长率范围－０．４６％ １．７１％），尤其在正镶白旗（年际增长率－０．３０％）和太仆寺旗（年际增长率－０．４６％）两地服务价值负增长；不同草地生态系统服务功能提供的服务价值相差悬殊，维持碳氧平衡功能约占比当年总价值３５％，而提供产品功能仅占比约５％，对草地生态系统保护起着至关重要作用的涵养水源功能也仅占比约１．５％㊂为动态估算内蒙古自治区，乃至京津冀地区的草地生态系统服务功能价值提供借鉴㊂关键词：锡林郭勒盟；ＭＯＤＩＳ；草地生态系统；生态服务价值；动态估算ＤｙｎａｍｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｓｉｎＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅＬＯＵＰｅｉｑｉｎｇ１，ＦＵＢｏｌｉｎ１，∗，ＬＩＵＨａｉｘｉｎ２，ＧＡＯＥｒｔａｏ１，ＦＡＮＤｏｎｇｌｉｎ１，ＴＡＮＧＴｉｎｇｙｕａｎ１，ＬＩＮＸｉｎｇｃｈｅｎ１１ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｄａｎ０５６００１，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｄｉｃａｔｏｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓｉｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｖａｌｕｅｓｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｐｒｏｔｅｃｔｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｄＭＯＤＩＳｉｍａｇｅｓａｎｄａｎｎｕａｌｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｄａｔａｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１５ｔｏｂｕｉｌｄａｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｅｒｖｉｃｅｓｏｆＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅ．Ｔｈｅｖａｌｕｅｓｏｆｓｉｘｓｅｒｖｉｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，ｎａｍｅｌｙ，ｐｒｏｄｕｃｔｐｒｏｖｉｓｉｏｎ，ｎｕｔｒｉｅｎｔｃｙｃｌｉｎｇ，ｃａｒｂｏｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｂａｌａｎｃｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ａｎｄｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔ，ｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｓｉｎｅａｃｈｂａｎｎｅｒ，ｃｉｔｙａｎｄｃｏｕｎｔｙｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｏｔａｌｓｅｒｖｉｃｅｖａｌｕｅｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙｔｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１５ｅｘｈｉｂｉｔｅｄａｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄ，ｗｉｔｈａ２．５２％ａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ３．３７１ｂｉｌｌｉｏｎｙｕａｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｍｏｎｇｂａｎｎｅｒｅｓ，ｃｉｔｉｅｓａｎｄｃｏｕｎｔｉｅｓｗａｓｉｍｂａｌａｎｃｅｄ（ａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｒａｎｇｅｆｒｏｍ－０．４６％ｔｏ１．７１％），ａｎｄｅｖｅｎｓｈｏｗｅｄｎｅｇａｔｉｖｅｇｒｏｗｔｈｉｎｓｅｒｖｉｃｅｖａｌｕｅｉｎＺｈｅｎｇｘｉａｎｇｂａｉＢａｎｎｅｒ（ａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｗａｓ－０．３０％）ａｎｄＴａｉｐｕｓｉＢａｎｎｅｒ（ａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｗａｓ－０．４６％）．Ｔｈｅｖａｌｕｅｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｓｅｒｖｉｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｖａｒｉｅｄｇｒｅａｔｌｙ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｃａｒｂｏｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｂａｌａｎｃｅａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒ３５％ｏｆ８３８３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀ｔｈｅｔｏｔａｌｖａｌｕｅ，ｗｈｉｌｅｐｒｏｄｕｃｔｐｒｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒｏｎｌｙ５％，ａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｐｌａｙｅｄａｖｉｔａｌｒｏｌｅｉｎｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｏｎｌｙａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒａｂｏｕｔ１．５％．ＴｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｓｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎａｎｄｅｖｅｎＢｅｉｊｉｎｇ⁃Ｔｉａｎｊｉｎ⁃Ｈｅｂｅｉｒｅｇｉｏｎ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅ；ＭＯＤＩＳ；ｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍ；ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｖａｌｕｅ；ｄｙｎａｍｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎ草地生态系统是我国陆地上面积最大的生态系统，对发展畜牧业㊁维护生态平衡有着重大的作用和价值［１］㊂草地生态系统服务功能是指草地生态系统及其生态过程中所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用［２］㊂锡林郭勒盟是中国北方重要的畜牧业基地之一，也是中国北方重要生态屏障，因此动态估算锡林郭勒盟草地生态系统服务功能的价值对科学管理与合理利用当地草地资源㊁保护草地生态系统具有重要意义㊂１９９７年Ｃｏｓｔａｎｚａ对多种类型的生态系统服务功能的价值进行了评估研究，且研究方法及成果沿用至今［３］；２００１年，联合国 千年生态系统评估 工作的开展，首次在全球尺度上揭示了各类生态系统的现状和变化趋势，对生态系统服务功能的研究产生了深远影响［４］；Ａｉｍｉｎｇ等对英国草地生态系统的服务价值进行了估算研究［５］；Ｇａｓｈａｗ和Ｓａｎｎｉｇｒａｈｉ通过估算生态系统服务功能的价值来判断土地覆盖类型变化对生态系统影响，具有重要的借鉴意义［６⁃７］㊂国内对于生态系统服务功能的研究始于２０世纪８０年代，中国科学院建立了用于生态系统研究的ＧＥＲＮ研究网络；谢高地等参考Ｃｏｓｔａｎｚａ的方法进一步提出了适用于中国的区域草地生态系统服务功能价值的算法，为后人提供了极大便利［８］；赵同谦和欧阳志云等将草地生态系统服务功能划分为调节功能㊁支持功能㊁产品提供和文化功能四个大类，并对草地生态系统的间接价值进行分类并提出相应算法［９⁃１０］；赵苗苗等人对青海省草地生态系统服务价值进行了估算［１１］㊂然而由于生态系统本身极其复杂且不断发展变化，很难通过某一年的生态服务功能价值对研究区域的生态系统发展趋势进行评价［１２⁃１３］；另一方面，迄今为止很多学者的研究忽略了对研究区域内各个区划的草地生态系统服务价值分别进行估算，并对比分析其结果［１４－１７］㊂为了精确估算锡林郭勒盟草地的生态服务价值，本文利用２０００ ２０１５年的长时间序列ＭＯＤＩＳ数据和年值降水量数据，构建了定量的生态服务价值估算体系，分别估算了提供产品㊁营养物质循环㊁保持土壤㊁维持碳氧平衡㊁涵养水源及文化娱乐６种服务功能的价值，并动态分析了锡林郭勒盟各旗㊁市㊁县草地生态系统服务价值，以期为进一步协调各地草地资源的协调发展，制定更为合理的草地资源利用及保护政策提供依据㊂１㊀数据源和处理方法１．１㊀研究区域概况锡林郭勒盟（ＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅ）是内蒙古自治区所辖盟，地处内蒙古自治区中部，东经１１５ʎ１３ᶄ １１７ʎ０６ᶄ，北纬４３ʎ０２ᶄ ４４ʎ５２ᶄ之间㊂海拔高度在７６７ １３００ｍ之间，全盟土地总面积约为１９．９８万ｋｍ２（图１）㊂锡林郭勒盟境内具有复杂多样的生态系统和丰富的野生动植物资源，草原㊁森林㊁湖泊㊁河流和沙地等各类生态系统形成有规律的结合格局，以针茅㊁羊茅㊁羊草等各种植物为建群种所构成的原生草原，具有极高的观赏㊁科研㊁保护价值，在内蒙古高原草原区具有很好的代表性，是优良的天然放牧场，中国北方重要的畜牧业基地之一，也是中国北方重要生态屏障㊂对锡林郭勒盟草地生态系统的服务功能价值进行动态估算对草原生态系统保护和区域畜牧业的可持续发展以及维护国家生态安全具有重要意义㊂１．２㊀数据来源及预处理１．２．１㊀数据来源（１）降水量数据：气象站点降水量数据来源于中国气象数据网（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ／）提供的国家级气象图１㊀锡林郭勒盟所处位置、土地利用类型及随机验证点分布Ｆｉｇ．１㊀ＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｌａｎｄｕｓｅｔｙｐｅｓａｎｄｒａｎｄｏｍｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ０二连浩特市１锡林浩特市２阿巴嘎旗３苏尼特左旗４苏尼特右旗５东乌珠穆沁旗６西乌珠穆沁旗７太仆寺旗８镶黄旗９正镶白旗１０正蓝旗１１多伦县站点地面气象资料年值数据集，本文中选用的降水量数据均为该数据集中２０００ ２０１５年锡林郭勒盟及其周围１０个国家级气象站点（表１）的年值降水量数据㊂表１㊀气象站点位置信息（２）本文所用的２０００ ２０１５年植被净初级生产力（ＮｅｔＰｒｉｍａｒｙＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ＮＰＰ）数据源于ＮＡＳＡ（ＮａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＳｐａｃｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）的数据共享网站（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｓａ．ｇｏｖ／），是由ＭＯＤ１７Ａ３年产品合成ＮＰＰ数据，分辨率为１ｋｍ，数据格式为ＧｅｏＴＩＦＦ，投影坐标系统为ＷＧＳ８４㊂该数据参考ＢＩＯＭＥ⁃ＢＧＧ模型和光能利用率模型建立ＮＰＰ估算模型模拟得到陆地生态系统年ＮＰＰ数值，在全球和区域ＮＰＰ与碳循环研究中得到广泛应用［１８］㊂（３）本文所用的２０００ ２０１５年土地覆盖数据来源于ＮＡＳＡ的数据共享网站（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｓａ．ｇｏｖ／），选用ＭＣＤ１２Ｑ１年合成土地覆盖类型数据，分辨率为５００ｍ，数据格式为ＨＤＦ㊂该数据集共有５种土地覆盖分类方案，本文选用第一种分类方案，即ＩＧＢＰ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＧｅｏｓｐｈｅｒｅ⁃ＢｉｏｓｐｈｅｒｅＰｒｏｇｒａｍ）分类方案，将土地利用类型共划分为１７类㊂结合研究内容和区域特点，将１７种土地利用类型合并为耕地㊁林地㊁草地㊁湖泊㊁建设用地及未利用土地５种土地利用类型（表２）㊂（４）本文所用的２０００ ２０１５年ＮＤＶＩ数据及ＤＥＭ数据均源于中国地理空间数据云网站（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｓｃｌｏｕｄ．ｃｎ／），其中ＮＤＶＩ数据为５００ｍ分辨率的ＭＯＤＮＤ１Ｍ月合成产品，ＤＥＭ数据为３０ｍ分辨率的ＧＤＥＭＤＥＭ全球数字高程数据产品；土壤数据源于中国土壤数据库（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｉｓ．ｓｏｉｌ．ｃｓｄｂ．ｃｎ／）；验证数据源于中国科学院地理科学与资源研究所编制的２０１０年锡林郭勒盟１ʒ１０００００土地利用数据；经济数据源于２０００ ２０１５年锡林郭勒盟统计年鉴㊂９３８３㊀１１期㊀㊀㊀娄佩卿㊀等：锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算㊀０４８３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀表２㊀土地利用类型合并表１．２．２㊀数据预处理（１）在ＭＲＴ软件中对ＭＣＤ１２Ｑ１㊁ＭＯＤＮＤ１Ｍ㊁ＧＤＥＭＤＥＭ原始数据进行格式转换㊁投影处理操作，对其重采样达到与ＭＯＤ１７Ａ３数据分辨率一致㊂利用锡林郭勒盟行政矢量边界裁剪出目标区域数据，并在ＡｒｃＧＩＳ１０．２软件中对处理后的ＭＣＤ１２Ｑ１数据进行重分类操作，提取出研究区域内土地利用类型为草地的范围㊂（２）根据草地利用类型与所有土地利用类型的像元比例推算出草地利用类型的土地面积约占锡林郭勒盟总面积的８４％，草地利用类型面积约为１６．７９万ｋｍ２，通过查询２０１５年‘锡林郭勒盟统计年鉴“可知，２０１５年锡林郭勒盟实际草地面积为１７．９５万ｋｍ２，精度达到９３．５％㊂在锡林郭勒盟行政边界范围内随机选取１５０点（图１），结合２０１０年锡林郭勒盟１ʒ１０００００土地利用数据对随即点进行精度验证，各类别样点正确率均超过８５％（表３），故ＭＣＤ１２Ｑ１的精度满足本文要求㊂表３㊀ＭＣＤ１２Ｑ１锡林郭勒盟区域内各类型精度Ｔａｂｌｅ３㊀ＭＣＤ１２Ｑ１ａｌｌｔｙｐｅｓｏｆａｃｃｕｒａｃｙｉｎＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅａｒｅａ土地利用类型ＡｃｃｕｒａｃｙＳａｍｐｌｉｎｇｐｏｉｎｔｎｕｍｂｅｒ正确数Ｃｏｒｒｅｃｔｎｕｍｂｅｒ精度／％Ｌａｎｄｕｓｅｔｙｐｅ样点数耕地２６２３８８．４林地１０９９０．０草地７８７０８９．７湖泊１０９９０．０建设用地２０１７８５．０未利用土地６６１００．０（３）在ＡｒｃＧＩＳ１０．２软件中通过栅格计算器功能对数据进行去异值处理，并将处理过的ＭＯＤ１７Ａ３数据乘以其比例因子０．０００１还原真值㊂并以提取出的草地利用类型范围为矢量边界对ＮＰＰ数据进行裁剪㊂（４）对年值降水量数据进行Ｋｒｉｇｉｎｇ插值出其栅格图像，使其分辨率与ＭＯＤ１７Ａ３数据保持一致，并以草地利用类型范围为矢量边界对插值出的年值降水量栅格数据进行裁剪㊂本文总体技术路线如图２所示㊂１．３㊀研究方法１．３．１㊀提供产品锡林郭勒盟草地生态系统提供的产品主要有肉㊁毛㊁奶等畜牧业产品，本文采用市场价值法结合锡林郭勒盟实际情况对提供产品服务功能价值进行估算［１８⁃１９］，主要公式（１）如下：Ｗ１＝ð（ＰｉˑＱｉ）（１）式中，Ｗ１为提供产品功能的价值，单位是元；Ｐｉ为第ｉ类产品的产量，单位为ｔ；Ｑｉ第ｉ类产品的单价，单位为元／ｔ㊂１．３．２㊀营养物质循环草地生态系统所有生物的体内都存在营养元素，并通过营养物质循环与外界环境进行元素交换㊂氮和磷是参与草地生态系统物质循环的主要元素㊂在ＮＰＰ的基础上釆用市场价值法对营养物质循环价值进行估图２㊀技术路线Ｆｉｇ．２㊀Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｏｕｔｅ算，主要公式（２）如下：Ｗ２＝ＮＰＰˑ（ＰＮˑＱＮˑＲＮ＋ＰＰˑＱＰˑＲＰ）（２）其中，Ｗ２为营养物质循环功能的价值，单位是元ｍ－２ａ－１；ＰＮ和ＰＰ分别是草地生态系统中氮和磷两种元素所占比例，分别为０．０１７１５和０．００１１；ＱＮ和ＱＰ分别是氮和磷折算成氮肥㊁磷肥的比例，由‘化肥市场周报“可知分别取４６％㊁和２０．１％；ＲＮ和ＲＰ为氮肥和磷肥的价格，分别为２．１ˑ１０－３元／ｇ和２．６ˑ１０－３元／ｇ［２０］㊂１．３．３㊀保持土壤锡林郭勒盟草地生态系统保持土壤功能主要表现为减少表土损失㊁保持土壤养分及减少泥沙淤积３个相互联系的方面［２１］，本文采用ＲＵＳＬＥ模型［２２］估算出锡林郭勒盟潜在土壤侵蚀模数及草地覆盖土壤侵蚀模数，并根据公式（３）对保持土壤服务功能价值进行估算：Ｔｈ＝ＳˑＡｍ－ＡｎＶａ＝（ＴｈˑＢ）／（Ｈˑ１００００ˑρ）Ｖｂ＝Ｔｈˑð（ＣｉˑＰｉ）Ｖｃ＝ＴｈˑＡ０ˑρˑＣìîíïïïïïï（３）式中，Ｔｈ为土壤保持总量；Ｓ为草地面积；Ａｍ为潜在土壤侵蚀模数；Ａｎ为草地覆盖土壤侵蚀模数；Ｖａ为减少土地表土损失价值；Ｂ为单位面积草地年均收益；Ｈ为表土平均厚度，取０．５；ρ为土壤容重；Ｖｂ为保持土壤养分价值；Ｃｉ为土壤中第ｉ类养分含量；Ｐｉ为第ｉ种养分市场价格；Ｖｃ为减少泥沙淤积的价值；Ａｏ为土壤侵蚀转化为泥沙淤积江河湖泊及水库的比例，取２４％；其它同上㊂保持土壤功能价值（Ｗ３）则等于Ｖａ㊁Ｖｂ及Ｖｃ相加㊂１．３．４㊀维持碳氧平衡由光合作用和和呼吸作用的反应方程式得出生产每千克干物质会释放１．２ｋｇ氧气和固定１．６２ｋｇ二氧化碳，把ＮＰＰ作为基础物质量，采用影子工程法，利用工业制氧的价格来分别估算氧气和二氧化碳的价格，可得到维持碳氧平衡功能价值估算的公式（４）为：Ｗ４＝ＮＰＰˑ（１．２ˑＰ＋１．６２ˑＱ）（４）式中，Ｗ４单位为元ｍ－２ａ－１；Ｐ是工业制氧的价格，为８．８ˑ１０－４元／ｇＣ；Ｑ是按照瑞典碳税率换算的价格，为７．３９ˑ１０－４元／ｇＣ［２３］㊂１４８３㊀１１期㊀㊀㊀娄佩卿㊀等：锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算㊀１．３．５㊀涵养水源根据水库工程蓄水的成本和供水价格对锡林郭勒盟草地生态系统的涵养水源服务功能价值进行了估算，主要公式（５）如下：Ｗ５＝ＰˑＱˑＲˑＣ（５）式中，Ｗ５是涵养水源功能的价值，单位是元ｍ－２ａ－１；Ｐ为年降水量，单位为ｍ；Ｑ是产流降水量和总降水量的比值，因为锡林郭勒盟地处淮河以北故取０．４；Ｒ是减少径流效益系数为０．２４；Ｃ是库容成本取０．６７元［２４］㊂１．３．６㊀文化娱乐锡林郭勒盟草地生态系统为人类提供了娱乐㊁文化㊁科学教育等多个方面价值［２５⁃２６］，本文主要以旅游价值法（查询锡林郭勒盟统计年鉴）评估锡林郭勒盟文化娱乐功能的价值（Ｗ６）㊂１．３．７㊀草地生态系统服务功能总价值本文选取了适用于锡林郭勒盟草地生态系统的六种服务功能对其进行价值估算，其总价值公式（６）为：Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４＋Ｗ５＋Ｗ６（６）式中，Ｗ为锡林郭勒盟是草地生态系统服务功能提供的总价值，单位是元；Ｗ１为提供产品功能提供的价值，Ｗ２为营养物质循环功能提供的价值，Ｗ３为保持土壤功能提供的价值，Ｗ４为维持碳氧平衡功能提供的价值，Ｗ５为涵养水源功能提供的价值，Ｗ６为旅游景观功能提供的价值㊂２㊀结果与分析本文根据研究区域的特点选取适合的评价指标对锡林郭勒盟草地生态系统服务功能提供的价值进行了动态分析，以期提高人们对各种草地生态系统功能重要性的认识，促进当地草地资源保护政策的制定和实施㊂２．１㊀提供产品提供产品功能是畜牧业发展的产物之一，提供产品服务价值的变化情况可反映锡林郭勒盟畜牧业的发展态势㊂由图３和图４可知２０００年锡林郭勒盟提供产品功能提供的服务价值为７２．５６亿元；２００５提供了６７．３３亿元服务价值，较２０００年年均减少１．０５亿元，年均减少率为１．４４％；２０１０年提供了９４．３５亿元，较２００５年年均增加５．４０亿元，年均增长率为８．０３％；２０１５年提供了１０４．０３亿元，较２０１０年年均增长１．９４亿元，年均增长率为２．０５％㊂在２０００ ２００５年发生了服务价值负增长，但在２０００ ２０１５年间仍呈增长态势，服务价值年均增长２．１０亿元，年均增长率为２．８９％㊂图３㊀提供产品服务价值Ｆｉｇ．３㊀Ｐｒｏｄｕｃｔｐｒｏｖｉｓｉｏｎｖａｌｕｅ图４㊀提供产品服务价值年均增长率和年均差值Ｆｉｇ．４㊀Ａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｐｒｏｄｕｃｔｐｒｏｖｉｓｉｏｎｖａｌｕｅ２４８３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀２．２㊀营养物质循环２０００ ２０１５年锡林郭勒盟草地生态系统营养物质循环功能提供的服务价值仅低于维持碳氧平衡功能及保持土壤功能，其分布特征如图５所示㊂经统计得出（图６，图７）锡林郭勒盟草地生态系统营养物质循环功能２０００年提供了３６４．７亿元的服务价值；２００５年提供了３８６．６２亿元的服务价值，较２０００年年均增长４．４亿元，年均增长率为１．２％；２０１０年为３４１．９９亿元，较２００５年年均减少８．９亿元，年均减少率为－２．３％；２０１５年提供了４２０．０４亿元，较２０１０年年均增长１５．６亿元，增长率为４．６％㊂在２００５ ２０１０年发生了服务价值负增长，但在２０００ ２０１５年间仍呈增长态势，服务价值年均增长３．７亿元，年均增长率为１．００％㊂图５㊀营养物质循环服务价值分布特征图Ｆｉｇ．５㊀Ｎｕｔｒｉｅｎｔｒｅｃｙｃｌｉｎｇｖａｌｕｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｄｉａｇｒａｍ图６㊀营养物质循环服务价值Ｆｉｇ．６㊀Ｎｕｔｒｉｅｎｔｒｅｃｙｃｌｉｎｇｖａｌｕｅ图７㊀营养物质循环服务价值年均增长率和年均差值Ｆｉｇ．７㊀ＡｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＮｕｔｒｉｅｎｔｒｅｃｙｃｌｉｎｇｖａｌｕｅ２．３㊀保持土壤保持土壤功能是锡林郭勒盟草地重要功能之一，对保护当地生态系统，促进畜牧业发展具有重要作用㊂由图８和图９可知２０００年锡林郭勒盟保持土壤功能提供的服务价值为３８６．８９亿元；２００５提供了４１５．７４亿元服务价值，较２０００年年均增加５．７７亿元，年均增长率为１．４９％；２０１０年提供了４０３．２８亿元，较２００５年年均减少２．４９２亿元，年均减少率为０．６０％；２０１５年提供了４５２．５３亿元，较２０１０年年均增长９．８５亿元，年均增长率３４８３㊀１１期㊀㊀㊀娄佩卿㊀等：锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算㊀为２．４４％㊂在２００５ ２０１０年发生了服务价值负增长，但在２０００ ２０１５年间仍呈增长态势，服务价值年均增长４．３８亿元，年均增长率为１．１３％㊂图８㊀保持土壤服务价值Ｆｉｇ．８㊀Ｓｏｉｌｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｖａｌｕｅ图９㊀保持土壤服务价值年均增长率和年均差值Ｆｉｇ．９㊀Ａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｏｉｌｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｖａｌｕｅ２．４㊀维持碳氧平衡２０００ ２０１５年锡林郭勒盟草地生态系统维持碳氧平衡功能所提供的服务价值在本文所研究的六种生态系统服务功能中占比最高，约占总服务价值的１／３㊂其分布特征如图１０所示㊂经统计得出（图１１，图１２）锡林郭勒盟草地生态系统维持碳氧平衡功能在２０００年提供了高达４７９．３８亿元的服务价值；２００５年提供了５８５．１９亿元的服务价值，较２０００年年均增长５８５．１９亿元，年均增长率为４．４％；２０１０年为５１７．６４亿元，较２００５年年均减少１３．５亿元，年均减少率为－２．３％；２０１５年提供了６５９．０６亿元，较２０１０年年均增长２８．３亿元，增长率为５．５％㊂在２００５ ２０１０年发生了服务价值负增长，但在２０００ ２０１５年间仍呈增长态势，服务价值年均增长１２亿元，年均增长率为２．５％㊂图１０㊀维持碳氧平衡服务价值分布特征图Ｆｉｇ．１０㊀Ｃａｒｂｏｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｂａｌａｎｃｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｖａｌｕｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｄｉａｇｒａｍ４４８３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀图１１㊀维持碳氧平衡服务价值Ｆｉｇ．１１㊀Ｃａｒｂｏｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｂａｌａｎｃｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｖａｌｕｅ图１２㊀维持碳氧平衡服务价值年均增长率和年均差值Ｆｉｇ．１２㊀ＡｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＣａｒｂｏｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｂａｌａｎｃｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｖａｌｕｅ２．５㊀涵养水源２０００ ２０１５年锡林郭勒盟草地生态系统涵养水源功能提供的服务价值最低，其分布特征与当年降水量有很大关系（图１３），整体分布特征为东南部地区高于西北部地区㊂经统计得出（图１４，图１５））锡林郭勒盟草地生态系统涵养水源功能２０００年提供了２２．０６亿元的服务价值；２００５年提供了２６．３３亿元的服务价值，较２０００年年均增长０．８５亿元，年均增长率为３．９％；２０１０年为２３．４５亿元，较２００５年年均减少０．５８亿元，年均减少率为２．２％；２０１５年提供了２７．３３亿元，较２０１０年年均增长０．７８亿元，增长率为３．３％㊂尽管在２００５ ２０１０年发生了服务价值负增长，但在２０００ ２０１５年间仍呈增长态势，服务价值年均增长０．３５亿元，年均增长率为１．６％㊂图１３㊀涵养水源服务价值分布特征图Ｆｉｇ．１３㊀Ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｖａｌｕｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｄｉａｇｒａｍ２．６㊀文化娱乐文化娱乐功能在所有６种服务功能中价值增长最为迅速，这与锡林郭勒盟大力发展旅游产业息息相关㊂由图１６和图１７可知２０００年锡林郭勒盟文化娱乐功能提供的服务价值为９．８９亿元；２００５提供了１７．７９亿元服务价值，较２０００年年均增加１．５８亿元，年均增长率为１６．００％；２０１０年提供了９１．９０亿元，较２００５年年均增５４８３㊀１１期㊀㊀㊀娄佩卿㊀等：锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算㊀长１４．８２亿元，年均增长率为８３．３２％；２０１５年提供了２８２．１４亿元，较２０１０年年均增长３８．０５亿元，年均增长率为４１．４０％㊂在２０００ ２０１５年间呈快速增长态势，服务价值年均增长１８．１５亿元，年均增长率为１８３．５２％㊂图１４㊀涵养水源服务价值Ｆｉｇ．１４㊀Ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｖａｌｕｅ图１５㊀涵养水源服务价值年均增长率和年均差值Ｆｉｇ．１５㊀ＡｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＷａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｖａｌｕｅ图１６㊀文化娱乐服务价值Ｆｉｇ．１６㊀Ｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔｖａｌｕｅ图１７㊀文化娱乐服务价值年均增长率和年均差值Ｆｉｇ．１７㊀Ａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔｖａｌｕｅ２．７㊀总服务价值由图１８可知２０００ ２０１５年锡林郭勒盟中部和北部地区总服务价值呈增长趋势，而南部地区呈现负增长㊂经统计得到锡林郭勒盟草地生态系统每年提供的总服务价值如图１９和图２１所示㊂２０００年提供的总服务价值为１３３５．４８亿元；２００５年为１４９９．００亿元，较２０００年年均增长３２．７０亿元，年均增长率为２．４５％；２０１０年为１４７２．６１亿元，较２００５年年均减少５．２８亿元，年均减少率为０．３６％；２０１５年为１８４１．１０亿元，较２０１０年年均增长７３．７０亿元，年均增长率为５．００％；在２００５ ２０１０年发生了服务价值负增长，但在２０００ ２０１５年间仍是增长态势，服务价值年均增长３３．７１亿元，年均增长率为２．５２％㊂通过图２０可知在２０００ ２０１５年这段时间内，位于中部地区的锡林浩特市年际增长率最高，达到了１．７１％；其次是位于东部地区的东乌珠穆沁旗㊁西乌珠穆沁旗㊁镶黄旗㊁阿巴嘎旗㊁苏尼特左旗及多伦县等地区，年际增长率约为１％左右；而位于西部地区的苏尼特右旗㊁二连浩特市及正蓝旗等地区增长较为缓慢，年际增长率约在０．１％ ０．２％；正镶白旗和太仆寺旗的年际增长率为负值，草地资源发生了退化㊂由表４可以看出，２０００ ２０１５年锡林郭勒盟区域内各草地生态系统服务功能按价值量可排序为维持碳氧平衡＞保持土壤＞营养物质循环＞文化娱乐＞提供产品＞涵养水源㊂由图２２可知２０００ ２０１５年锡林郭勒盟草地生态系统服务功能中提供价值较高的维持碳氧平衡功能㊁营养物质循环功能及土壤保持功能均呈缩减趋６４８３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀势；文化娱乐功能从占比０．７４％增长到１４．５０％，增长极为迅速；而提供产品及涵养水源功能占比基本不变㊂图１８㊀总服务价值差值分布特征图Ｆｉｇ．１８㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｏｔａｌｖａｌｕｅ图１９㊀总服务价值Ｆｉｇ．１９㊀Ｔｏｔａｌｖａｌｕｅ图２０㊀２０００ ２０１５年各区划总服务价值年均变化率㊀Ｆｉｇ．２０㊀Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｃｈａｎｇｅｒａｔｅｏｆｔｏｔａｌｖａｌｕｅｙｅａｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｔｒｉｃｔｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１５图２１总服务价值年均增长率和年均差值㊀Ｆｉｇ．２１㊀Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｇｒｏｗｔｈｒａｔｅａｎｄａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｏｔａｌｖａｌｕｅ表４㊀２０００ ２０１５年各服务功能价值对比１２３４５值，Ｗ６为文化娱乐服务价值３㊀结论和展望３．１㊀结论本文利用２０００ ２０１５年ＭＯＤＩＳ数据及对应年份降水量数据，构建了生态服务价值估算体系对锡林郭勒盟草地生态系统的服务价值的动态变化进行了分析，结果表明：（１）锡林郭勒盟范围内草地生态系统提供服务功能价值较高的区划为东乌珠穆沁，西乌珠穆沁，锡林浩７４８３㊀１１期㊀㊀㊀娄佩卿㊀等：锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算㊀图２２㊀２０００ ２０１５年锡林郭勒盟草地生态系统６种服务功能价值占比Ｆｉｇ．２２㊀ＴｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｓｉｘｓｅｒｖｉｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＸｉｌｉｎｇｏｌＬｅａｇｕｅｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１５特市，正蓝旗，多伦县，太仆寺旗，正镶白旗和镶黄旗，而位于西北部地区的阿巴嘎旗，苏尼特左旗，苏尼特右旗和二连浩特市提供的服务价值较低㊂这反映了锡林郭勒盟各旗㊁市㊁县之间草地资源发展情况极不平衡，需要制定更为协调的草地资源发展战略㊂（２）２０００ ２０１５年锡林郭勒盟草地生态系统所提供的总服务价值呈增加趋势，位于锡林郭勒盟中部地区的锡林浩特市年际增长率最高，达到了１．７１％，其次是位于东部地区的东乌珠穆沁旗㊁西乌珠穆沁旗㊁镶黄旗㊁阿巴嘎旗㊁苏尼特左旗及多伦县等地区，年际增长率约为１％左右；而位于西部地区的苏尼特右旗㊁二连浩特市及正蓝旗等地区增长较为缓慢，年际增长率约在０．１％ ０．２％；正镶白旗和太仆寺旗的年际增长率为负值，草地生态系统提供的服务价值出现下降趋势㊂对于增长缓慢和负增长的区域应该制定更为合理的草地资源管理方案，通过退耕还草，禁止过度放牧等措施来防止草地退化㊂（３）锡林郭勒盟草地生态系统各种服务功能所提供的价值并不平衡，其中维持碳氧平衡功能㊁营养物质循环功能及土壤保持功能均呈缩减趋势；文化娱乐功能从占比０．７４％增长到１４．５０％，增长极为迅速；而提供产品及涵养水源功能占比基本不变㊂对于以畜牧业及旅游业为支柱型产业的锡林郭勒盟，应适当调节不同草地种类的分布，提高其土壤保持及文化娱乐功能的服务价值㊂锡林郭勒盟草地生态系统每年提供巨大的服务价值（表４），各种草地生态系统服务功能对保护当地生态环境和生物多样性，平衡气体交换，水土保持及促进畜牧业和草原旅游业的发展具有重要意义㊂３．２㊀展望但是由于近３年的研究数据极难获取以及研究水平有限，本研究仍存在不足：缺乏长时间的动态的实际观测数据来与研究结果进行对比，无法进一步提高研究结果的精度；数据源的空间分辨率有待进一步提高；未对不同草地种类的生态系统服务功能价值进行对比㊂因此，利用ＲＳ与ＧＩＳ相结合的手段建设更为合理的草地生态系统功能评估指标，更精细化的区分不同草种生态系统服务功能的异质性以及揭示生态系统随土地利用类型变化而发生的变化必然是以后研究的重点㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀姜立鹏，覃志豪，谢雯，王瑞杰，徐斌，卢琦．中国草地生态系统服务功能价值遥感估算研究．自然资源学报，２００７，２２（２）：１６１⁃１７０．８４８３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀［２］㊀赵同谦，欧阳志云，郑华，王效科，苗鸿．草地生态系统服务功能分析及其评价指标体系．生态学杂志，２００４，２３（６）：１５５⁃１６０．［３］㊀ＣｏｓｔａｎｚａＲ，ＤᶄＡｒｇｅＲ，ｄｅＧｒｏｏｔＲ，ＦａｒｂｅｒＳ，ＧｒａｓｓｏＭ，ＨａｎｎｏｎＢ，ＬｉｍｂｕｒｇＫ，ＮａｅｅｍＳ，Ｖ．ＯᶄＮｅｉｌｌＲ，ＰａｒｕｅｌｏＪ，Ｇ．ＲａｓｋｉｎＲ，ＳｕｔｔｏｎＰ，ＢｅｌｔＭ．ＴｈｅＶａｌｕｅｏｆｔｈｅＷｏｒｌｄᶄｓＥｃｏｓｙｓｔｅｍＳｅｒｖｉｃｅｓａｎｄＮａｔｕｒａｌＣａｐｉｔａｌ．Ｎａｔｕｒｅ，１９９７，３８７（６６３０）：２５３⁃２６０．［４］㊀ＣａｒｐｅｎｔｅｒＳＲ，ＭｏｏｎｅｙＨＡ，ＡｇａｒｄＪ，ＣａｐｉｓｔｒａｎｏＤ，ＤｅｆｒｉｅｓＲＳ，ＤｉａｚＳ，ＤｉｅｔｚＴ，ＤｕｒａｉａｐｐａｈＡＫ，Ｏｔｅｎｇ⁃ＹｅｂｏａｈＡ，ＰｅｒｅｉｒａＨＭ，ＰｅｒｒｉｎｇｓＣ，ＲｅｉｄＷＶ，ＳａｒｕｋｈａｎＪ，ＳｃｈｏｌｅｓＲＪ，ＷｈｙｔｅＡ．Ｓｃｉｅｎｃｅｆｏｒｍａｎａｇｉｎｇｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｓ：ＢｅｙｏｎｄｔｈｅＭｉｌｌｅｎｎｉｕｍＥｃｏｓｙｓｔｅｍＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ，２００９，１０６（５）：１３０５⁃１３１２．［５］㊀ＡＭＱｉ，ＰＪＭｕｒｒａｙ，ＧＭＲｉｃｈｔｅｒ．ＭｏｄｅｌｌｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｕｓｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｆｏｒｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｈｅＵＫ．ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙ，２０１７，８９（１０）：１４８⁃１５８．［６］㊀ＧａｓｈａｗＴ，ＴｕｌｕＴ，ＡｒｇａｗＭ，ＷｏｒｑｌｕｌＡＷ，ＴｏｌｅｓｓａＴ，ＫｉｎｄｕＭ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｌａｎｄｕｓｅ／ｌａｎｄｃｏｖｅｒｃｈａｎｇｅｓｏｎＥｃｏｓｙｓｔｅｍＳｅｒｖｉｃｅＶａｌｕｅｓ：ＴｈｅｃａｓｅｏｆｔｈｅＡｎｄａｓｓａｗａｔｅｒｓｈｅｄｉｎｔｈｅＵｐｐｅｒＢｌｕｅＮｉｌｅｂａｓｉｎｏｆＥｔｈｉｏｐｉａ．ＥｃｏｓｙｓｔｅｍＳｅｒｖｉｃｅｓ，２０１８，３１（１０）：２１９⁃２２８．［７］㊀ＳａｎｎｉｇｒａｈｉＳ，ＢｈａｔｔＳ，ＲａｈｍａｔＳ，ＰａｕｌＳＫ，ＳｅｎＳ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｇｌｏｂａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｖａｌｕｅｓａｎｄｉｔｓｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｌａｎｄｓｕｒｆａｃｅｄｙｎａｍｉｃｓｄｕｒｉｎｇ１９９５ ２０１５．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１８，２２３（１０）：１１５⁃１３１．［８］㊀谢高地，张钇锂，鲁春霞，郑度，成升魁．中国自然草地生态系统服务价值．自然资源学报，２００１，１６（１）：４７⁃５３．［９］㊀赵同谦，欧阳志云，贾良清，郑华．中国草地生态系统服务功能间接价值评价．生态学报，２００４，２４（６）：１１０１⁃１１１０．［１０］㊀赵同谦，欧阳志云，郑华，王效科，苗鸿．中国森林生态系统服务功能及其价值评价．自然资源学报，２００４，１９（４）：４８０⁃４９１．［１１］㊀赵苗苗，赵海凤，李仁强，张丽云，赵峰侠，刘丽香，沈瑞昌，徐明．青海省１９９８⁃２０１２年草地生态系统服务功能价值评估．自然资源学报，２０１７，３２（３）：４１８⁃４３３．［１２］㊀高雅，林慧龙．草地生态系统服务价值估算前瞻．草业学报，２０１４，２３（３）：２９０⁃３０１．［１３］㊀刘秀丽，张勃，任媛，吴攀升，李玫，贾艳青，罗正明．五台山地区草地生态系统服务价值估算．干旱区资源与环境，２０１５，２９（５）：２４⁃２９．［１４］㊀ＬｉＧＤ，ＦａｎｇＣＬ．Ｇｌｏｂａｌｍａｐｐｉｎｇａｎｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｓｖａｌｕｅｓａｎｄｇｒｏｓｓｄｏｍｅｓｔｉｃｐｒｏｄｕｃｔ：Ａｓｐａｔｉａｌｌｙｅｘｐｌｉｃｉｔｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｎａｔｉｏｎａｌ ｇｒｅｅｎＧＤＰ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＩｎｄｉｃａｔｏｒｓ，２０１４，４６（６）：２９３⁃３１４．［１５］㊀田志会，王润，赵群，马晓燕．２０００ ２０１２年北京绿地生态系统服务价值时空变化规律的研究．中国农业大学学报，２０１７，２２（６）：７６⁃８３．［１６］㊀何如海，许典舟，孙鹏，高采烈．基于生态足迹的安徽省耕地生态补偿评价．安徽农业大学学报：社会科学版，２０１７，２６（４）：２８⁃３５．［１７］㊀ＳｏｎｇＸＰ．ＧｌｏｂａｌＥｓｔｉｍａｔｅｓｏｆＥｃｏｓｙｓｔｅｍＳｅｒｖｉｃｅＶａｌｕｅａｎｄＣｈａｎｇｅ：ＴａｋｉｎｇＩｎｔｏＡｃｃｏｕｎｔＵｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎＳａｔｅｌｌｉｔｅ⁃ｂａｓｅｄＬａｎｄＣｏｖｅｒＤａｔａ．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，２０１８，１４３（７）：２２７⁃２３５．［１８］㊀方瑜，欧阳志云，肖燚，郑华，徐卫华，白杨，江波．海河流域草地生态系统服务功能及其价值评估．自然资源学报，２０１１，２６（１０）：１６９４⁃１７０６．［１９］㊀董世魁，汤琳，张相锋，刘世梁，刘全儒，苏旭坤，张勇，武晓宇，赵珍珍，李珏，沙威．高寒草地植物物种多样性与功能多样性的关系．生态学报，２０１７，３７（５）：１４７２⁃１４８３．［２０］㊀张良侠，樊江文，张文彦，钟华平．内蒙古草地植物叶片氮㊁磷元素化学计量学特征分析．中国草地学报，２０１４，３６（２）：４３⁃４８．［２１］㊀张雪峰，牛建明，张庆，董建军，张靖．内蒙古锡林河流域草地生态系统土壤保持功能及其空间分布．草业学报，２０１５，２４（０１）：１２⁃２０．［２２］㊀徐瑶，陈涛．藏北草地退化与生态服务功能价值损失评估 以申扎县为例．生态学报，２０１６，３６（１６）：５０７８⁃５０８７．［２３］㊀郭伟．北京地区生态系统服务价值遥感估算与景观格局优化预测［Ｄ］．北京：北京林业大学，２０１２．［２４］㊀张明阳，王克林，陈洪松，章春华，刘会玉，岳跃民，凡非得．喀斯特生态系统服务功能遥感定量评估与分析．生态学报，２００９，２９（１１）：５８９１⁃５９０１．［２５］㊀焦亮，赵成章．祁连山国家自然保护区山丹马场草地生态系统服务功能价值分析及评价．干旱区资源与环境，２０１３，２７（１２）：４７⁃５２．［２６］㊀刘吉平，赵丹丹，田学智，赵亮，刘家福．１９５４ ２０１０年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力．生态学报，２０１４，３４（１２）：３２３４⁃３２４４．９４８３㊀１１期㊀㊀㊀娄佩卿㊀等：锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算㊀。
锡林郭勒典型草原牧草生长特性与主要生态因子分析
锡林郭勒典型草原牧草生长特性与主要生态因子分析侯琼;王英舜;师桂花;杨泽龙【期刊名称】《中国农学通报》【年(卷),期】2010(0)14【摘要】通过多年围封和放牧2个样地上3个水分梯度的野外试验,以试验区优势种克氏针茅和羊草2个物种及群落为研究对象,分析了水分适宜条件下牧草的生长特性和水分胁迫、放牧等环境因子的影响。
结果表明：（1）水分适宜条件下针茅、羊草的最大高度和生物量分别是87.9cm、40.3cm和280g/m2、54.2g/m2,群落的最大生物量、盖度和LA（I叶面积指数）分别是467.6g/m2、91%和2.7;（2）物种高度、针茅和群落地上生物量均符合Logistic生长模型,羊草地上生物量生长曲线S型特征不明显;群落盖度和LAI分别用二项式和三项式拟合效果较好（;3）水分胁迫对草原植被生长有明显的负效应,并随干旱程度的加重而增大;与高度相比,生物量对水分胁迫的响应更强烈,羊草对水分的敏感性大于针茅;在土壤相对湿度40%~50%时,群落最大生物量和LAI降低近50%,盖度减少30%多。
水分充足时,针茅达到最佳生长状态所需要的热量为〉0℃积温2500~2700℃（;4）放牧样地群落和物种的生长特征除羊草的地上生物量外,都优于围封样地,放牧样地羊草生物量和单位面积株茎数比围封样地少25%和66.8%。
【总页数】7页(P1-7)【关键词】典型草原;植株高度;地上生物量;Logistic模型;水分胁迫;放牧干扰【作者】侯琼;王英舜;师桂花;杨泽龙【作者单位】内蒙古气象科研所;锡林浩特国家气候观象台【正文语种】中文【中图分类】S812.8;S812.1【相关文献】1.放牧草原群落主要物种不同物候期的生态特性 [J], 梁心如;李慧卿;翟晓宇;李天良;霍光伟2.利用体外发酵技术研究锡林郭勒草原不同生长期牧草瘤胃内甲烷产生规律 [J], 贾炳玉;李超;高民3.典型山地草甸草原主要牧草生长发育情况分析 [J], 买买提·阿布来提;普宗朝;陈亮;葛怡成;沙拉木;王珂;冯丽晔;哈布拉哈提;木拉提;瓦哈提4.典型草原打草场主要牧草生产特性、营养成分及饲用价值评价 [J], 李宇宇;格根图;王伟;降晓伟;郝俊峰;张玉兰;马千鹏;贾玉山5.气候变化对锡林郭勒盟典型草原天然牧草物候期的影响 [J], 师桂花因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
锡林郭勒盟不同草原类型植物群落多样性初步研究
研究。
Ｓ Ｒ＝ （ ＋ ＋ ）， Ｄ Ｅ ＦＹ ３
式 中 ： Ｒ 重 要值 Ｅ 相对 密魔 Ｆ 相对 频鹿 Ｙ 相 对生 物量 。 Ｓ 一 Ｄ 一 一 一 ２ ． 数 量分析 处 理 应用 国际通 用 的“ 乃尔生 态学 ” ．２ ２ 康 程序（ Ｅ Ｃ Ｐ） 中的 Ｔ Ｎ Ｐ Ｎｌ Ｃｎｅ ｒ ｎｏ ｓ ｅｓ ｎ ． Ｂｏ ｅ ｓＰａｔ ＷＩ ＳＡ ｌ 和 ａｏｏｏ ｄｗＶ ｒｏ４５（ ｉ ｔ — ｌ ｆ Ｗｉ ｉ ｍ ｒ ｉ ｎ Ｒ ｓａｃ ｔ ｎｔｎｌ ｇ— ｉ ｅ，ｈ ｅ ｅ ａｄ ） ｅｅｒｈ ｎ ｒａｏａＷａｅ ｎ ｇｎ ｅ ｔ ｒ ｎ ｓ 进行 分类 排序 。 Ｉｅ ｉ ｎ Ｔ Ｎ ｈｌ
锡林郭勒草原休牧效果动态监测
给 出 了 ２个 年 度 植 被 指 数 的 值 域 分 布 状 况 。 ２０ ０ ５年 锡 林 郭 勒 盟 东 部 地 区 植 被 指 数 在 ０４ ． ５
以上 的 值 域 范 围 比 去 年 同期 明 显 扩 大 ， 对 应 的产 相
量 参 考 值 为 ５ ～ ０ｋ／６ ｍ ，说 明 牧 草 返 青 后 长 势 ０ ８ ｇ ７ ６ 良好 ： 被 指 数 上 升 主 要 是 由 于 降 水 量 比去 年 同 期 植
２ 监 测 结 果 与 分 析
利 用 植 被 指 数 与 植 被 的 盖 度 、生 物 量 的 相 关
性 ． 立 遥 感 影 像 与 植 被 的对 应 关 系 ， 时 ， 合 地 建 同 结
面 定 位 监 测 ，对 牧 草 返 青 期 的 长 势 进 行 监 测 与 分 析。
１ Ｍ ｏ Ｓ数 据 处 理 主 要 包 括 图 像 的 几 何 校 ． １ ＤＩ
摘 要 ： 用遥 感 技 术 结 合 地 面调 查 的 方 法 ， 锡 林 郭 勒 草 原 ２ ０ 利 对 ０ ５年 返 青 期 牧 草 长 势 及 春 季休 牧 效 果 进
行 了监测 。监测结果表 明， 由于 ２ ０ ０ ５年春季低 温和春旱 严重 ， 草返 青 虽然推迟 了 １ 牧 ０ｄ左右 ， 但较 前几
１２ 地面 数据获 取 ．
休 牧结束 前 ，锡 林郭 勒盟共
设 置 路 线 样 地 ３ ６个 ， 方 １ １ ０ 样 ８个 。 位 样 地 ８ ０ 定 ５ 个 （ 外对 比）样 地涉 及 全盟 １ 内 ， ３个 旗 县 市 １ ０多 ０ 个 苏 木 （ ） 地 面 监 测 内 容 包 括 草 群 的 组 成 、 群 镇 。 草
２０ ０ ４年 同 期 虽 然 也 在 为 ０３ ～ ．５范 围 之 间 ， 有 ．５ ０６ 但 ２ ％的 区域 指 数 范 围 在 ０４ ～ ．５之 间 。 图 ３ 图 ４ ５ ．５ ０６ 、
【学术汇报】锡林郭勒典型草原光合植被、非光合植被覆盖度估算
植被生态系统自身的复杂性，PV、NPV和BS错综复杂，相互重叠。 DFI指数受到其他因素的影响（探讨这些因素的影响程度） NDVI-DFI像元三分模型的适用性以及估算精度影响（推广到其他区域） 混合像元及尺度效应的影响（多源数据的协同）
锡林郭勒典型草原光合植被、 非光合植被覆盖度估算
报告提纲
01 02
研究背景&内容
研究区与数据 研究方法
研究结果 讨论
03
04
05
01
研究背景
1.1 草原重要性
草原生态系统是全球分布最广的 陆地生态系统类型之一，占到全
球 陆 地 表 面 积 的 26%(Schino et
al., 2003) 。近年来锡林郭勒草 原出现明显的沙化退化、土壤侵
MOD09GHK 500m地表反射率每日产品
MCD43A4 500mBRDF反射率8天产品
Sentinel-2 MSI多光谱影像
Landsat-8 OLI多
实测端元光谱获取
混合场景样方获取
03
研究方法
3.2 PV/NPV/BS端元光谱特征
3） 从NDVI-DFI特征空间图分析来看，具备构建像元三分模型的可行性。
4） 利用像元三分模型估算了西乌旗典型草原的fPV、fNPV、fBS ， fPV、fNPV动 态变化与牧草物候发育特征相吻合，可以进一步应用于长时间序列的锡林郭
勒草原 fPV和 fNPV时空动态变化。
05
讨论
5.1 面临的挑战&研究重点
03
研究方法
3.5 端元特征值确定（模型参数）
纯净像元指数法(PPI)：MOD09GHK作
MNF变换，PPI计算,取特征空间图顶点
草原生态系统植被碳储量评估-以内蒙古锡林郭勒盟为例
草原生态系统植被碳储量评估-以内蒙古锡林郭勒盟为例24生物技术世界 BIOTECHWORLD1 引言随着我国退耕还林、还草工程的实施,草原生态系统的固碳量呈现增长趋势,研究草地的固碳作用具有十分重要的意义。
本文将利用遥感图像获得锡林郭勒盟典型草原的NDVI,通过建立生物量与NDVI的估产模型,估算植被生物量,进而推算锡林郭勒盟草原植被的碳储量值。
2 研究区概况2.1 自然地理条件锡林郭勒盟位于内蒙古自治区中部偏东,驻地于锡林浩特市。
可利用草场面积1.78×108hm2,占草场总面积的90.6%[1]。
2.2 气候条件锡林郭勒盟的气候类型属于中温带干旱、半干旱大陆性气候,其大部分地区年降水量可达200～300mm,呈现自西向东逐渐增加的趋势。
锡林郭勒盟总的气候特点为冬季寒冷、夏季炎热,降水不均、雨热同期。
3 数据的获取3.1 遥感数据的获取与预处理本研究使用的遥感数据来源于美国国家航空航天局(NASA)官方网站下载的Landsat TM数据,以锡林郭勒盟2011年7～9月的数据为基础,利用遥感图像处理软件ENVI 5.0在锡林郭勒盟8景遥感影像上进行拼接和裁减,并通过几何校正、大气校正等预处理工作,获得遥感基础数据。
3.2 野外实测样地数据的获取在进行野外数据的采集时,选择具有典型代表性的草地类型地段,每隔15～20km设置1个样地,样地大小为90m×90m,每个样地中含3～5个1m×1m的样方,获取样方中植被的鲜重及干重。
选择30个具有代表性的地面样方点的生物量数据用于模型建立,9个用于精度验证。
4 研究方法与原理4.1 生物量与NDVI 模型的建立用GIS方法将30个模拟点提取与实测样方对应坐标点的NDVI 值,建立NDVI和生物量数据库并构建估产模型,笔者建立了五种模型,分别为多项式模型、指数模型、一元线性回归模型、乘幂模型以及对数函数模型,模型的拟合效果用R2表示,R2越大,表示拟合效果越好。
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根据 2005~2009 年调查的地面样方数据整理筛 选出 300 个产草量数据, 用 GIS 方法提取与地面样方 相对应年份(2005~2009 年)地上植被生长旺盛期(7 月 中旬~8 月下旬)的 NDVI 最大值合成数据, 建立鲜草 产量 -NDVI 数据库并构建地面——遥感相结合的估 产模型 . 在分析内蒙古锡林郭勒盟草原区样方鲜草 产量和 NDVI 散点关系的基础上, 运用回归分析构建 了一元线性、对数函数、幂函数、指数函数等回归模 型(表 1). 经过 F 检验和 T 检验之后, 根据方程的决定 系数 (R2, 相关系数的平方 ) 来选取最优模型 . 结果表 明, 各模型方程均有较好的相关关系, 建模的决定系 数均在 0.7 以上, 达到了 0.01 的显著水平, 其中幂函 数的相关关系最优 , 其决定系数为 0.745, 方程显著 性检验 F 值最大. 通过综合比较选用幂函数作为产草 量的遥感估算模型. 采用预留的 71 个地面样方数据点对优选模型进 行精度验证 . 采用均方根误差 (RMSE) 和平均相对误 差(REE)2 个指标检验模型精度. 计算公式如下:
中国科学: 生命科学 SCIENTIA SINICA Vitae 论 文
2011 年
第 41 卷
第 12 期: 1185 ~ 1195
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
内蒙古锡林郭勒盟草原产草量动态遥感估算
金云翔, 徐斌*, 杨秀春, 李金亚, 王道龙, 马海龙
中国科学: 生命科学
2 期
图1
研究区地面样方分布示意图
图2
研究区草原类型示意图 1187
金云翔等: 内蒙古锡林郭勒盟草原产草量动态遥感估算
的 NDVI 均值, 建立 NDVI 与对应草原样方鲜草重量 数据库.
1.4
模型的建立及验证
算所得的产草量, N 为样点数. 验证结果表明(图 3), 基于 NDVI 的幂函数模型 预测的产草量与实测样方产量值间有较好的对应关 系 , 图中各点总体分布在 1:1 线周围 [23], RMSE 为 459.9 kg/hm2, REE 为 0.22, 模型精度为 78%, 基本可 以进行实际应用.
摘要
草原产草量的监测是草地资源空间动态研究的重要衡量指标, 是草地资源合理利用和
载畜平衡监测的重要依据. 基于 371 个样地调查数据和 2005~2009 年的 MODIS-NDVI 遥感数据, 建立地面样方的产草量与遥感数据的关系模型, 模拟分析了内蒙古锡林郭勒盟草原产草量的时 空分布. 结果表明: (1) 建立的各模型方程均有较好的相关关系, 其中幂函数的相关关系最优 , 通过预留样方数据的验证, 模型精度为 78%, 幂函数模型作为遥感估测应用可行; (2) 锡林郭勒 盟草原的产草量 5 年平均为 3455 万吨， 折合干草总量为 1112 万吨, 平均单产为 567.23 kg/hm2, 草 原产草量的空间分布呈东高西低的格局; (3) 2005~2009 年, 锡林郭勒盟草原产草量有明显的波 动, 干草变化范围为 800~1400 万吨, 变异系数为 20.42%; (4) 不同草地类型的产草量及其年际间 变化存在较大的差异, 荒漠类草原产草量低, 年际间变化较大; 草甸类草原产草量高, 年际间变 化相对较小. 草原产草量的时空变化还与降水量、气温等主要气候因素关系密切, 特别是受降水 量的时空变化影响显著. 研究结果可以为中国草地资源的保护及合理利用提供参考依据.
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100081 * 联系人, E-mail: xubin@ 收稿日期: 2011-10-12; 接受日期: 2011-11-07 国家高技术研究发展计划(批准号: 2006AA10Z242, 2008AA121805)、国家自然科学基金(批准号 : 40701055)、农业部草原资源状况遥感监 测以及草原资源与生态监测项目资助 doi: 10.1360/052011-228
1.3
遥感数据及处理
1.2
地面样方数据
本研究使用的地面样方数据来源于本课题组采 集的数据和农业部草原监理中心每年组织地方草原 部门采集的地面样方数据, 采样时间为 2005~2009 年
1186
本研究使用的遥感数据来源于美国国家航空航 天局(NASA)官方网站下载的 MODIS-NDVI 16 天合 成产品数据(MOD13), 时间为 2005~2009 年每年 7 月 中旬~8 月下旬, 空间分辨率为 250 m. 通过对 3 个时 间段的 16 天合成的 MODIS-NDVI 产品数据进行最大 值合成、几何校正、拼接得到研究区 2005~2009 年的 NDVI 分布图. 在植被覆盖率低的地区, NDVI 值受下 垫面的影响较大, 因此只考虑 NDVI 平均值大于或等 于 0.1 的像元[22]. 根据地面样方数据的采集时间和地 理坐标信息 , 利用地理信息系统 (GIS) 技术从对应时 间段的 NDVI 分布图中提取每个样方点 1 km 范围内
RMSE
1.5
产草量干重的折算
由于该模型建立在鲜草产量的基础上 , 所以需 要对遥感估算得到的草原产草量进行折算 , 以便得 到草原产草量的风干重数据. 折算系数参考了《中国 草地资源》中相关的规定(表 2)[24].
Y Y
i i
2
N
i i i
,
2
(1)
, (2) N 公式(1)和(2)中, Yi 为样点实际鲜草产量, Yi′为模型计
表1 植被指数与单位面积产草量的拟合关系
函数 线性函数 对数函数 幂函数 指数函数 公式 a) y=73.88x990.7 y=2657lnx7671 y=3.546x1.682 y=262.8e0.044
的 7~8 月, 通常为植被生长盛期. 草本及矮小灌木植 物样方大小为 1 m×1 m, 灌木和高大草本植物样方为 10 m×10 m, 主要测定了经纬度、海拔高度、产草量、 群落覆盖度、群落高度等信息. 主要植物种包括: 羊 草 (Leymus chinensis Trin.) 、 针 茅 (Stipa capillata Linn.)、苔草(Carex tristachya)、芨芨草(Achnatherum splendens)、盐爪爪(Kalidium foliatum Pall. Moq.)、红 砂 (Reaumuria soongorica) 等草本及灌木植物 . 对草 本及矮小灌木植物样方产草量 , 采用样方内全部植 物齐地面刈割的方法称重测定 ; 对灌木和高大草本 植物样方产草量 , 采用测量样方内各种灌丛植物标 准株 (丛)产量和面积的方法进行 , 分别剪取样方内某 一灌木及高大草本大、中、小标准株丛的当年枝条并 称重, 将大、中、小株丛标准重量分别乘以各自的株 丛数, 再相加即为该灌木及高大草本的产草量. 由于地面样方数据的质量会明显影响模型估算 的准确性[21], 因此, 在建模前对地面样方数据进行了 严格的检验和标准化. 根据草地类型、多年样方平均 状况等 , 对样方数据中表现异常的个别数据进行了 剔除 , 最终选择了建模和检验的样方数据共 371 个 (图 1), 其中选择具有代表性的 300 个地面样方点产 草量数据用于模型建立, 71 个用于精度验证, 建模样 方和精度验证样方的数量和地点基本代表了该区域 的主要草地类型和多年的产草量状况. 锡林郭勒盟有 9 大草原类型(图 2), 本研究中地 面样方的设置和采集尽可能地反映整个区域的植被 生长状况, 样点尽可能设置在不同的草地类型上, 同 时考虑样点能否反映不同地形特征下的植被生长状 况以及交通便利性条件等.
关键词 草原 产草量 遥感 动态变化
草原生态系统是中国最大的陆地生态系统[1], 草 原最主要的变化是草原生产力的变化 [2,3], 其中草原 产草量是维护草原生态系统的物质基础 , 是反映草 原状况最直接的指标 , 对草原生态系统功能的强弱 具有决定性的作用 , 草原植被生物量动态研究一直 是陆地生态学的热点问题 [4,5]. 因此 , 及时准确地了 解草原产草量的时空分布状况 , 掌握草原年际间变 化动态规律 , 对于草原可持续利用和管理具有重要 意义. 遥感技术的迅速发展 , 为草原产草量的监测提 供了新的方法和手段. 与常规方法相比, 利用遥感方
法监测草原产草量的优势主要表现在宏观、快速、省 时、省力, 可为草原管理与决策提供快速、及时的草 原信息[6]. 植被指数是遥感监测草原产草量的重要指 标之一, 其中 MODIS-NDVI 是应用最广泛、反映植 被信息敏感且比较稳定的植被指数 , 其时空分辨率 可以较好地满足宏观尺度草原植被的时空变化特征 . 赵冰茹等人[7]利用 MODIS-NDVI 数据和地面实测数 据, 分别建立了锡林郭勒盟草原 4 种草地类型的估产 模型 , 初步探讨了使用均一化植被指数 (NDVI) 进行 草地估产研究的可行性. 张连义等人[8]利用土壤调整 植被指数(SAVI)、NDVI、增强植被指数(EVI), 分别
英文引用格式: Jin Y X, Xu B, Yang X C, et al. Remote sensing dynamic estimation of grass production in Xilinguole, Inner Mongolia. SCIENTIA SINICA Vitae, 2011, 41: 1185–1195, doi: 10.1360/052011-228
金云翔等: 内蒙古锡林郭勒盟草原产草量动态遥感估算
建立了内蒙古锡林郭勒典型草原区草地牧草估产模 型. 结果表明, 选用 NDVI 植被指数建立估产模型有 一定的优势. Kawamura 等人[9]研究了 MODIS-NDVI 与内蒙古草地生物量之间的关系 , 发现二者具有显 著的相关性. Butterfield 与 Malmström[10]分析了草原 地上生物量与 NDVI、植物吸收性光合有效辐射分量 (fPAR)、 叶面积指数(LAI)之间的相关关系, 估算了不 同时期草原地上生物量 . 国外学者通过长期的研究 , 建立了多种遥感过程模型(Miami 模型[11]、Century 模 型[12]、CASA 模型[13]、GLO-PEM 模型[14]等)用于估 算草原生产力, 并得到了广泛的应用. 然而不少研究 中 [15~20] 地面样地的建模和验证数据较少 , 模型的可 靠性和精度难以保障 ; 同一生长季的数据建模受到 当时气候 (气温、降水等)的影响较大 , 虽然可以应用 于当年的产草量估算 , 但对于一个区域的多年草原 产草量的估算, 模型缺乏普适性; 多数的研究是针对 某一年或某些年份的草原产草量估算 , 对草原产草 量进行年际变化的研究相对缺乏 . 本文利用锡林郭 勒盟草原多年的地面调查数据, 并结合同期的 MODIS 遥感影像, 建立了基于遥感数据的 NDVI 与 草原产草量之间的关系模型 , 同时利用模型研究了 锡林郭勒盟草原产草量的时空分布格局 , 从宏观上 及时、动态地揭示了草原生长状况, 反映出草原的动 态变化.