魯 巖，唐川江，張緒校，張新躍，周 俗

（四川省草原工作總站，四川 成都 610041）

建國(guó)以來(lái)，伴隨著經(jīng)濟(jì)的日益進(jìn)步，科技的強(qiáng)勁發(fā)展，我國(guó)草原畜牧業(yè)取得了令人矚目的驕人成績(jī)。但是隨著人民生活水平的提高，草原沙化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也日趨嚴(yán)峻，水土流失嚴(yán)重，草原沙化面積逐年擴(kuò)大，全國(guó)有沙漠、戈壁、荒漠化土地約332.7萬(wàn)km2，占國(guó)土面積的31%，遠(yuǎn)高于世界水平。每年因土地沙化造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)540億元人民幣。草原生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破環(huán)等問(wèn)題極大地影響了我國(guó)草原畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。就四川省而言，處于阿壩州西北部的若爾蓋縣的草原沙化情況尤其嚴(yán)峻，近年來(lái)原本生機(jī)盎然的草場(chǎng)出現(xiàn)了不同程度的退化，且面積不斷擴(kuò)大；原本就處于沙化邊緣的嚴(yán)重退化的草原面積呈逐年遞增的趨勢(shì)，沙化形勢(shì)每況愈下。

在這種背景下，怎樣更好地解決草原沙化生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，已成為草地畜牧生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要課題。而遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)的“3S”集成技術(shù)，正成為當(dāng)今空間信息技術(shù)的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)。它能夠提供大量綜合、宏觀、動(dòng)態(tài)、快速、準(zhǔn)確的信息，具有不可替代的優(yōu)越性。本文筆者采用TM高空間分辨率數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)源，利用遙感數(shù)據(jù)的大范圍、短周期、信息量大等特點(diǎn)，結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)若爾蓋縣草原沙化情況進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)，獲取了若爾蓋縣草原沙化的數(shù)據(jù)結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了精度評(píng)價(jià)。本次研究得出的結(jié)果可為進(jìn)一步開(kāi)展四川省草原沙化調(diào)查提供技術(shù)支持，為制定生態(tài)環(huán)境規(guī)劃提供一定的科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域概況

若爾蓋縣地處青藏高原末端，位于四川省阿壩州西北部，平均海拔3500m，屬于黃河水系，氣候?yàn)楦咴瓉喓畮貪?rùn)季風(fēng)氣候，長(zhǎng)冬無(wú)夏,雨熱同季,氣候寒冷干燥,日照強(qiáng)烈，晝夜溫差大。全縣現(xiàn)有天然草原面積1 212.6萬(wàn)畝（1畝約合667 m2，下同），占全縣土地面積的79.2%，其中可利用草原面積為977.9萬(wàn)畝，占全縣草原面積的80.65%，是川西北牧區(qū)的重要組成部分，四川省十大牧區(qū)之一，同時(shí)也是黃河上游地區(qū)重要的綠色生態(tài)屏障。

若爾蓋縣的草原類型多樣，共有4類、12組、20個(gè)型，以高寒草甸草地和高寒沼澤草地為主，伴有高寒灌叢草甸草地和山地灌木草叢草地。2010年天然草原可食鮮草產(chǎn)量為38.78億kg，天然草原理論載畜量為125.2萬(wàn)羊單位。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

本研究以1∶105比例的若爾蓋縣地形圖和四川省草原資源分布圖為工作底圖，以TM遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，確定草原沙化調(diào)查路線，獲取具有準(zhǔn)確地理信息的草原沙化樣本。利用3S技術(shù)將樣本數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)相結(jié)合，根據(jù)野外實(shí)際調(diào)查情況，結(jié)合草原植被、生態(tài)、土壤等特點(diǎn)，參照草原沙化程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確立草原沙化有關(guān)因子與TM遙感影像的色調(diào)、紋理、分布、形狀等特征對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立遙感圖像草原沙化解譯標(biāo)志。采用室內(nèi)人機(jī)交互解譯的方法初步解譯遙感圖像，經(jīng)驗(yàn)證修正后，獲取若爾蓋縣草原沙化監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.1 遙感影像預(yù)處理 本次選取若爾蓋縣2010年7、8月份的Landset TM影像為數(shù)據(jù)源，云量少于5%，基本無(wú)噪聲。主要使用第4、3、2波段，空間分辨率為30m。

2.1.1 幾何精校正和配準(zhǔn)。以經(jīng)過(guò)幾何精校正的2000年TM影像為參考影像，通過(guò)二次或三次多項(xiàng)式校正模型對(duì)2009年TM圖像進(jìn)行幾何精校正，公式如下：

在每景TM影像中選取30～40個(gè)空間尺度小、特征明顯、易于識(shí)別、均勻分布的控制點(diǎn)，采用雙線性內(nèi)插法對(duì)圖像進(jìn)行重采樣，圖像幾何校正和配準(zhǔn)時(shí)的均方根誤差控制在0.5個(gè)像元內(nèi)，保證2個(gè)時(shí)相的遙感影像高度匹配，均方根誤差如下：

2.1.2 影像拼接裁剪。掃描1∶105比例的若爾蓋縣地形圖，并對(duì)各地形圖進(jìn)行配準(zhǔn)、拼接，數(shù)字化若爾蓋縣邊界，對(duì)具有投影信息的行政邊界進(jìn)行投影變換，投影類型與TM遙感影像一致。在地理信息軟件中對(duì)TM影像進(jìn)行裁剪，獲取研究區(qū)域。遙感影像采用 R（TM4）∶G（TM3）∶B（TM2）合成標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像。

2.2 地面調(diào)查 2009年8月，根據(jù)草原沙化分布的空間狀況，選擇了若爾蓋縣阿西鄉(xiāng)、轄曼鄉(xiāng)、唐克鄉(xiāng)和麥西鄉(xiāng)為重點(diǎn)區(qū)域，設(shè)置5條調(diào)查路線進(jìn)行野外地面調(diào)查。調(diào)查路線貫穿了草原沙化分布的主要區(qū)域，包括未沙化區(qū)域、輕度沙化區(qū)域、中度沙化區(qū)域和重度沙化區(qū)域。在調(diào)查路線上選擇有代表性的地段設(shè)置樣點(diǎn)，在樣點(diǎn)內(nèi)設(shè)置樣方，調(diào)查與草原沙化有關(guān)的主要因素，如沙化土地類型、沙化程度、地形地貌、土壤類型、植被信息等。

為保證調(diào)查結(jié)果具有準(zhǔn)確性和普遍性，在選擇樣點(diǎn)區(qū)域時(shí)應(yīng)盡量選在地勢(shì)開(kāi)闊、平緩的地方，選擇遠(yuǎn)離道路、河流、村莊，并能夠代表大范圍的草原類型。

2.3 建立分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與解譯標(biāo)志 要對(duì)草原沙化進(jìn)行分級(jí)，必須建立科學(xué)的沙化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和解譯標(biāo)志，根據(jù)GB19377-2003《天然草原退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)指標(biāo)》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)合四川省天然草原的沙化特點(diǎn)，依據(jù)植被蓋度、地表覆沙面積和狀態(tài)等，將草原沙化分成四個(gè)等級(jí)：未沙化、輕度沙化、中度沙化、重度沙化。

對(duì)野外調(diào)查數(shù)據(jù)按草原沙化的四個(gè)等級(jí)進(jìn)行分類整理，獲取每種類型的野外調(diào)查數(shù)據(jù)樣本。使用Excell工具將調(diào)查數(shù)據(jù)按沙化等級(jí)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)，并按照樣方編號(hào)、次序與樣方經(jīng)緯度值一一對(duì)應(yīng)。將野外實(shí)地調(diào)查的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定位到TM影像上，獲取各樣方數(shù)據(jù)在遙感圖像上所代表的影像信息，如色調(diào)、陰影、紋理、大小、形狀等，分析后建立初步解譯標(biāo)志。經(jīng)過(guò)實(shí)地驗(yàn)證，修正參數(shù)，最終確立草原沙化解譯標(biāo)志。草原沙化分級(jí)與分級(jí)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 草原沙化分級(jí)因子及TM影像目視解譯標(biāo)志

圖1 若爾蓋縣草原沙化分布圖

2.4 圖像解譯 確定解譯標(biāo)志后，在遙感圖像上提取樣本，利用ERDAS軟件分類模塊，采用人工交互式分類解譯的方法對(duì)草原沙化區(qū)域進(jìn)行圖像解譯，最終獲取若爾蓋縣草原沙化的具體情況，再根據(jù)沙化等級(jí)像元數(shù)和分布情況，得到若爾蓋縣草原沙化的分布情況和面積等數(shù)據(jù)。結(jié)果見(jiàn)圖1。

2.5 調(diào)查修正 按1∶105比例尺的地形圖分幅，輸出帶有草原沙化圖斑邊界的遙感影像，給遙感影像疊加基礎(chǔ)地理信息。選取一定比例的圖斑進(jìn)行核實(shí)，對(duì)區(qū)劃有誤的圖斑邊界進(jìn)行修正。筆者對(duì)若爾蓋縣草原沙化TM影像的解譯成果進(jìn)行了檢驗(yàn)，共布設(shè)樣地95個(gè)，正判率為98%，誤判率為2%，基本上達(dá)到了草原沙化監(jiān)測(cè)的結(jié)果要求。

2.6 內(nèi)業(yè)整理 根據(jù)調(diào)查核實(shí)結(jié)果，對(duì)原草原沙化圖像數(shù)據(jù)文件進(jìn)行修改，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)邏輯檢查，生成新的矢量圖形數(shù)據(jù)文件（包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)）。在地理信息軟件上進(jìn)行圖斑面積求算，最終獲得若爾蓋縣草原沙化監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果。如表2所示。

表2 若爾蓋縣沙化草原監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1 草原沙化情況 根據(jù)2009年TM遙感影像解譯，得出若爾蓋縣共有沙地圖斑319074個(gè)，面積為43.06萬(wàn)畝，占幅員面積的6.12%。其中，輕度沙化草原圖斑有173642個(gè)，面積為23.44萬(wàn)畝；中度沙化草原圖斑有101093個(gè)，面積為13.64萬(wàn)畝；重度沙化草原圖斑有44339個(gè)，面積為5.98萬(wàn)畝。

3.2 草原沙化分布情況 沙化草原主要分布在若爾蓋縣境內(nèi)黃河首曲和黑河中下游的麥溪鄉(xiāng)、轄曼鄉(xiāng)、嫩哇鄉(xiāng)、阿西鄉(xiāng)、黑河牧場(chǎng)，以及白河下游唐克鄉(xiāng)的高寒草甸草地上，呈帶狀分布，以山丘迎風(fēng)面和古河道附近區(qū)域?yàn)槎喟l(fā)區(qū)，土壤以砂質(zhì)土和沙壤土為主。若爾蓋草原沙化主要分為三個(gè)條帶，其主要特征為：

（1）第一條帶：從境內(nèi)西北部黑河下游沿西北向東南方向延伸，至中部阿西鄉(xiāng)境內(nèi)，斷續(xù)延展80 km。沙丘群多分布于山脊北坡，呈長(zhǎng)壟狀，分布地海拔在3 400～3 500 m。最大單體沙丘長(zhǎng)2.8 km、寬1.4km，主要包括麥西鄉(xiāng)、嫩哇鄉(xiāng)和阿西鄉(xiāng)。

（2）第二條帶：從轄曼鄉(xiāng)所在地向南偏東方向，斷續(xù)延伸50km。沙丘多呈南北方向分布于山脊的頂部。沙丘大小不等，多零星分布，以轄曼鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府所在地附近最為集中。

（3）第三條帶：唐克鄉(xiāng)南部、白河下游東側(cè)，呈面狀分布，一直延伸至紅原縣境內(nèi)。沙丘面積較大，一般長(zhǎng) 1～3km，寬 1～2km，不連續(xù)，斷續(xù)延伸。

4 結(jié)果分析

應(yīng)用TM遙感影像開(kāi)展草原沙化調(diào)查是一項(xiàng)綜合性非常強(qiáng)的研究課題，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)工作中的重大應(yīng)用。

4.1 正確區(qū)分各種草原沙化類型 若爾蓋縣各種類型的沙化草原在遙感圖像上都具有獨(dú)特的色彩特征，不易混淆，因此能夠根據(jù)色調(diào)、形態(tài)和地理位置等特征對(duì)其加以區(qū)分。

4.2 充分利用了前人的工作結(jié)果 在分析TM影像結(jié)構(gòu)特征和地理位置、環(huán)境背景的基礎(chǔ)上，充分利用了以前土地調(diào)查、植被分布等相關(guān)圖件，體現(xiàn)了遙感解譯、資料參照和地面調(diào)查的有機(jī)結(jié)合，提高了調(diào)查的精度及準(zhǔn)確度。

4.3 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著 利用TM影像進(jìn)行草地沙化遙感監(jiān)測(cè)，大大減少了野外工作量，同時(shí)也提高了調(diào)查精度，節(jié)約了社會(huì)成本，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的。

4.4 存在的問(wèn)題 比例尺相對(duì)較小，較小的地塊較難準(zhǔn)確劃分，給圖斑解譯帶來(lái)難度。TM影像的時(shí)相選擇可能影響監(jiān)測(cè)效果。由于時(shí)相的不同，解譯中會(huì)造成沙化分級(jí)的混淆。因此選取最佳時(shí)相是成功監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。目視解譯是TM影像應(yīng)用的最基本方法，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字圖像處理時(shí)，也需要目視解譯作為基礎(chǔ)。因此，解譯者個(gè)人對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的了解及工作經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)知識(shí)掌握等因素都會(huì)造成解譯結(jié)果有差別，這些都可能影響到最終研究結(jié)果。建議在進(jìn)行大范圍監(jiān)測(cè)之前，需要對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，盡量減少工作誤差。

[1]雍國(guó)瑋，石承蒼，邱鵬飛.川西北高原若爾蓋草地沙化及濕地萎縮動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)[J].山地學(xué)報(bào)，2003，（6）：758-762.

[2]段世文.我國(guó)土地沙漠化趨勢(shì)仍未得到有效遏制[R].全國(guó)政協(xié)“水與土地沙漠化”專題動(dòng)態(tài)報(bào)道，2005.

[3]若爾蓋縣地方志編纂委員會(huì).若爾蓋縣志[M].北京：民族出版社，1996：121-314.

[4]四川省畜牧局.四川省天然草地資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)冊(cè)[Z].1987.

[5]天然草原退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)指標(biāo)[S].2004.