廣西草地生物量遙感估測研究
——以灌陽縣為例

湯傳勇劉 敏史莎娜任立研

（1.廣西國土資源規劃院，廣西 南寧 530022；2.北部灣環境演變與資源利用教育重點實驗室（廣西師范學院），廣西 南寧 530001）

廣西草地生物量遙感估測研究
——以灌陽縣為例

湯傳勇1劉 敏1史莎娜2任立研1

（1.廣西國土資源規劃院，廣西 南寧 530022；2.北部灣環境演變與資源利用教育重點實驗室（廣西師范學院），廣西 南寧 530001）

根據2012年草地資源調查數據庫成果，結合2015年土地變更調查成果，基于遙感衛星影像（ZY1和RapidEye）提取灌陽縣的植被指數，建立野外調查樣本數據和歸一化植被指數（NDVI）的線性回歸分析模型，估測灌陽縣2015年草地可食鮮草量為49862.75噸，測算灌陽縣草地理論載畜量為38706個羊單位。灌陽縣的草地生物量遙感估測研究，有助于初步摸清畜牧業發展潛力，調整和優化農業產業結構，推進廣西草食動物的產業化進程，為廣西草食動物產業發展“十三五”規劃實施提供參考。

草地資源調查；遙感估測；歸一化植被指數；灌陽縣

草地生物量代表草地第一性生產的水平，是反應草地狀況最直接的指標[1]。草地遙感科學是一現代遙感技術和地理信息系統與草地科學相聯系，從而應用于草業生產全過程的一門新興邊緣學科[2]，與傳統的草地資源調查相比，遙感監測覆蓋范圍廣、更新速度快、精度高、耗費低，能實時動態監測大面積草地資源狀況[3]。

隨著遙感和地理信息系統技術的發展，國內外學者對全球草地資源承載力和動態監測方面開展較多的研究和探討。1994年，Friedl等采用Landsat-TM影像和線性遞減模型分析了草地生物量[4]；1998年，Purevdor J T等人利用AVHRR遙感資料計算植被指數，估測了蒙古國和日本研究區的草地資源覆蓋率[5]；2001年，吳全等人基于3S技術構建中國西部草地分類地理數學模型和菜地資源信息系統[6]；2003年，李建龍等人采用3S技術和生態系統分析的方法開展了新疆阜康縣草地農業資源動態監測和大面積估產研究[7]。2008年，俞聯平等人完成了甘肅省甘州區天然草原草地類型劃分、植被指數提取、草地產草量估產模型構建及生產力評價的研究[8]；2010年，李昀等人采用 TM衛星影像，利用歸一化植被指數構建草地產草量估測模型，估測了甘肅省景泰縣的草地生物量[9]；2016年，張存厚等人采用CENTURY模型模擬了內蒙古草原1961-2010年間載畜量時空動態，進行了載畜量與主要氣象因子的相關分析[10]。2012年廣西草地監理中心和廣西國土資源

規劃院合作開展灌陽縣草地資源調查，首次采用3S技術獲取草地資源類型和空間分布[11]。本次以灌陽縣為試點，根據2015年土地變更調查成果更新2012年灌陽縣草地資源數據庫，開展灌陽縣草地生物量遙感估測研究，為廣西草食動物產業發展提供科學的參考。

1 研究區概況

灌陽縣地處廣西東北部，東鄰湖南省江永縣，南接廣西恭城縣，西交廣西興安縣，北毗廣西全州縣，位于110°43＇～111°21＇E，25°10＇～25°46＇N。灌陽縣屬中亞熱帶季風氣候，年平均氣溫17.9℃，最高氣溫39℃，最低氣溫-5.8℃，年平均降雨量1538.4毫米?？h域內地勢南高北低，均為南北走向，最高峰為天花板山，海拔 630.3m，最低是灌江，海拔240.0m。

2 數據源及研究方法

2.1 數據源

遙感數據源：ZY1和RapidEye遙感影像來源于廣西土地變更調查成果；土地利用現狀數據：來源于廣西土地利用變更調查成果；灌陽縣草地資源調查數據庫來源于2012年灌陽縣草地資源調查成果。

2.2 研究方法草地生物量的遙感估算研究方法是利用遙感影像提取含有植物的光譜曲線特征遙感光譜信息，建立與實測草地采樣點的生物量之間的相關數學模型，結合2015年更新的草地資源數據庫中草地資源的空間屬性分布信息剔除非草地資源，從而根據數據模型反演估算出不同組別的草地生物量，完成草地載畜量的計算。

2.2.1 提取歸一化植被指數

植被指數（Vegetation index,VI）是利用各光譜波段間的線性或非線性組合而形成的反映綠色植被生長狀況和分布的特征指數。在多種植被指數中，由于綠色植被在歸一化植被指數（NDVI）方面表現敏感，所以常用來區域和全球的植被狀態研究。歸一化植被指數（NDVI）是近紅外光波段與紅光波段的反射率差值除以兩者之和。

基于遙感影像的 NDVI 計算公式為：

其中：ρnir為紅外光波段反射率，ρred為紅光波段反射率。

灌陽縣采用2012年的QuickBird遙感影像（0.5m分辨率）。QuickBird衛星于2001年10月由美國DigitalGlobe公司發射，是提供亞米級分辨率的商業衛星之一，其多光譜數據由近紅外、紅、綠、藍四波段組成。在遙感軟件ERDAS平臺上，對遙感影像數據進行幾何校正和投影變換，通過轉換工具對遙感影像進行歸一化植被指數運算，結果如圖1所示。

圖1 灌陽縣歸一化植被指數分布圖

圖2 灌陽縣生物量估測分布圖

2.2.2 建立草地估產模型

利用SPSS19.0統計軟件，根據野外調查中草地植被可采食部分鮮重的定位點實測數據，結合樣點對應的草地歸一化植被指數NDVI值進行線性回歸分析，得到一元回歸方程：y=840.02x-114.19（R2=0.8219，p＜0.01），式中y為草地生物量，x為歸一化植被指數NDVI值。經驗證樣方草地產草量與相應點 NDVI 采樣值的相關分析，NDVI 與產草量之間存在正相關，如圖3所示。

圖3 灌陽縣草地生物量和NDVI散點圖

2.2.3 草地生物量的估測

在ArcGIS10.1軟件平臺中，通過Spatial Analyst 模塊中的 Raster Calculator，依據已建立的草地生物量估產模型空間

反演草地生物量的空間分布數據（圖2）。根據2015年土地變更調查成果更新 2012年灌陽縣草地資源調查數據庫，獲得2015年灌陽縣草地資源空間分布（圖4），剔除非草地的部分，從而獲得灌陽縣草地生物量分布圖（圖5）。

圖4 灌陽縣2015年草地資源分布圖

圖5 灌陽縣草地生物量估測分布圖

根據2015年草地資源的類型和空間屬性，疊加分析統計草地生物量估測值（每個柵格單元），得出每個草地類別的草地可食鮮草重量，如表1所示。

表1 灌陽縣草地生物量估算統計表（單位：公頃、噸）

2.2.4 草地載畜量計算

草地載畜量是表示草地自然生產力高低的重要標志之一，反應天然草地的載畜量能力。草地載畜量是指在保持草地生產力的放牧條件下保證家畜正常發育的狀態下，一定的草地面積，在一定的利用時間內，所承載飼養家畜的頭數和時間。根據中華人民共和國農業行業標準（NY/T635-2002），采用羊單位來衡量家畜的牧草消費，即1只體重50kg并哺乳半歲以內單羔的日消耗1.8kg標準干草量。

草地載畜量計算公式為：

根據灌陽縣遙感估測的產草量，中亞熱帶熱性草叢和灌草叢類的草地的利用率采用 60%，折合標準干草的折算系數采用0.85，通過公式計算得到理論上的草地類載畜量為38706個羊單位。

3 結論和討論

本研究深入挖掘第二次土地調查成果和草地資源調查成果的應用，采用3S技術提取遙感影像的歸一化植被指數，構建植被指數和草地生物量的線性回歸分析模型，從而迅速有效地測算草地生物量和載畜量，實現精細畜牧業的開發和管理，加快草食動物發展，對于落實科學發展觀，轉變畜牧業經濟發展方式，調整和優化農業產業結構，推進廣西草食動物的產業化進程，提高農業產出率、增加農民收入、改善民生都具有十分重要意義，為《廣西草食動物產業發展“十三五”規劃》的實施提供了提供科學的決策。

[1] 烏仁花爾.“3S”技術在草地資源調查中的應用—以內蒙古四子王旗為例[D].呼和浩特∶內蒙古農業大學,2010∶9-14.

[2] 孫家柄.遙感原理與應用[M].武漢∶武漢大學出版社,2003.

[3] 白春華.遙感和GIS在草地資源調查中的應用—以新巴爾虎右旗為例[D].呼和浩特∶內蒙古農業大學,2002∶7.

[4] Friedl-MA,Michaelson-J et al.Estimating Grassland Biomass and Leaf Area Index Using Ground and Satellite Data[J]. International-Journal-of-Remote-Sensing,1994,15(7)∶1401-1420.

[5] Purevdor J T,Tateisah I R,Ishiyama T,Honda Y. Relationship between Percent Vegetation Cover and Vegetation Indics [J].International Journal of Remote sensing,1998,19(18)∶3519-3535.

[6] 吳全,楊邦杰,張松嶺,等.基于 3S技術的中國西部草地資源信息系統[J].農業工程學報,2001(5)∶142-145.

[7] 李建龍,蔣平,趙德華,等.3S技術在草地產量生態成因分析與農業資源估測中的應用研究[J].中國草地,2003(5)∶15-23.

[8] 俞聯平,程文定,陳興榮,等.基于“3S”技術的甘肅省甘州區草地資源調查與評價[J].中國農業資源與區劃,2008(6)∶9-15.

[9] 李昀,俞聯平,陳興榮,等.基于 3S技術的景泰縣草地資源現狀評價[J].草業科學,2010(4)∶64-68.

[10] 張存厚,趙杏花,張麗萍,等.基于CENTURY模型的內蒙古草地載畜量時空動態模擬[J].干旱區資源與環境,2016(11)∶197-202.

[11] 唐積超,陳興乾,黃蘭珍,等.基于 3S技術進行草地資源調查試點工作情況初報[J].廣西畜牧獸醫,2014(6)∶290-292.

Estimation of grassland biomass by remote sensing in Guangxi——A case study of Guanyang County

According to the results of the 2012 survey of grassland resources database, combined with the 2015 land change survey results, based on satellite remote sensing images (ZY1 and RapidEye) extraction of vegetation index in Guanyang County, the establishment of field investigation data and normalized difference vegetation index (NDVI) analysis model of linear regression, estimation of edible forage grass in Guanyang County in 2015 amounted to 49862.75 tons Guanyang County, grassland carrying capacity calculation theory for 38706 sheep units. Study on Grassland Biomass Estimation in Guanyang County, help initially to find out the potential for development of animal husbandry, adjust and optimize the industrial structure of agriculture, and promote the industrialization of Guangxi herbivorous animal, to provide reference for the implementation of Guangxi "13th Five-Year" herbivorous animal industry development planning.

grassland resources survey; remote sensing estimation; normalized difference vegetation index; Guanyang County

S12;TP7

A

1008-1151(2016)10-0024-03

2016-09-10

北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室系統基金項目（2014BGERLXT06）。

湯傳勇（1985－），男，山東臨沂人，廣西國土資源規劃院工程師，碩士，從事環境資源調查與評價等研究。

史莎娜（1984－），女，湖南常德人，北部灣環境演變與資源利用教育重點實驗室（廣西師范學院）工程師，碩士，從事環境演變、資源利用等研究。