楊帆，邵全琴，郭興健，李愈哲，王東亮，張雅嫻，汪陽春，劉紀(jì)遠(yuǎn)，樊江文

(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，中國科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041)

黃河源區(qū)是我國重要的江河水源涵養(yǎng)地和重要的生態(tài)屏障，是高寒野生動(dòng)植物保護(hù)的主要區(qū)域，也是我國主要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地。目前該地區(qū)傳統(tǒng)草地畜牧業(yè)面臨過度放牧、草地退化、季節(jié)性失衡等發(fā)展瓶頸，嚴(yán)重威脅草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能維持[1-3]。另一方面，隨著保護(hù)力度的加大，黃河源區(qū)野生食草動(dòng)物種群數(shù)量快速增多，野生食草動(dòng)物與家畜爭食牧草的現(xiàn)象也日漸突出，甚至對(duì)當(dāng)?shù)夭莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)和畜牧業(yè)生產(chǎn)都產(chǎn)生了一定的影響。然而，目前該地區(qū)大型野生食草動(dòng)物的保護(hù)情況如何？其種群數(shù)量到底有多少？主要分布在什么地方？每年采食多少牧草？對(duì)草地畜牧業(yè)生產(chǎn)造成多大影響？這一系列問題目前都沒有明確的答案，造成對(duì)野生動(dòng)物保護(hù)的成效不清楚，野生動(dòng)物對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)和草地畜牧業(yè)生產(chǎn)的影響不清楚等現(xiàn)象。

目前大型野生食草動(dòng)物種群數(shù)量調(diào)查方法主要有地面調(diào)查和遙感調(diào)查兩大類。我國已運(yùn)用地面調(diào)查法開展了兩次全國陸生野生動(dòng)物資源調(diào)查(1995-2003年、2011年至今)[4]。遙感調(diào)查主要運(yùn)用飛機(jī)航拍影像來記錄個(gè)體以了解地面大型獸類動(dòng)物資源。其中，無人機(jī)以其成本低廉、操作靈活、分辨率高等優(yōu)勢(shì)成為監(jiān)測野生動(dòng)物種群數(shù)量的新武器，與地面調(diào)查相比，還具有對(duì)動(dòng)物干擾小、能進(jìn)入難以到達(dá)區(qū)域、調(diào)查范圍廣等特點(diǎn)[5]。Gonzalez等[6]使用無人機(jī)獲取熱紅外影像，利用動(dòng)植物溫度差異識(shí)別了澳大利亞草原上鹿、袋鼠等動(dòng)物，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)考拉的跟蹤計(jì)數(shù)。使用無人機(jī)監(jiān)測獸類動(dòng)物的例子還包括黑熊[7]、白尾鹿[8]、馴鹿[9]、非洲象等[10]，但均是方法探討，調(diào)查面積都低于30 km2。然而，國內(nèi)青藏高原區(qū)調(diào)查研究未見報(bào)道。

傳統(tǒng)對(duì)草畜平衡的研究主要集中于牧草產(chǎn)量、家畜采食量、牧草可利用率和載畜量的計(jì)算等幾個(gè)方面[11-17]。Thapa等[18]利用當(dāng)?shù)丶倚蠼y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算了尼泊爾南部山區(qū)土地資源的載畜能力；Silori等[19]指出印度南部日益增加的牲畜數(shù)量對(duì)Mudumalai野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)內(nèi)大型哺乳動(dòng)物的棲息地造成干擾；Fan等[20]認(rèn)為氣候變化是影響三江源產(chǎn)草量的主要因素，但不同放牧壓力和模式同樣影響草地產(chǎn)量；Zhang等[21]基于MODIS NPP估算了三江源不同草地類型的產(chǎn)草量和載畜能力，發(fā)現(xiàn)2010年三江源超載652萬羊單位；Cai等[22]發(fā)現(xiàn)瑪多縣生態(tài)減畜工程扭轉(zhuǎn)了部分地區(qū)草地退化趨勢(shì)。在我國野生食草動(dòng)物較多的草原區(qū)，野生食草動(dòng)物對(duì)草畜平衡的影響研究鮮有報(bào)道，草畜平衡的估算方法還需要考慮野生食草動(dòng)物的種群數(shù)量。

本研究利用無人機(jī)航拍技術(shù)調(diào)查了瑪多縣區(qū)域內(nèi)藏野驢、藏原羚、巖羊等大型野生食草動(dòng)物的種群數(shù)量和基本情況，估算了包括野生動(dòng)物和家畜在內(nèi)的草畜平衡，分析了大型野生食草動(dòng)物以及家畜對(duì)瑪多縣草畜平衡的影響，以便為更科學(xué)合理的保護(hù)野生動(dòng)物，制定科學(xué)有效的草地資源利用方案，維護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)提供科學(xué)依據(jù)。這對(duì)于促進(jìn)黃河源區(qū)國家公園建設(shè)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河源區(qū)瑪多縣隸屬果洛藏族自治州，位于青海省南部，巴顏喀拉山北麓，介于東經(jīng)96°50′-99°20′，北緯33°50′-35°40′，土地面積2.53萬km2。屬高平原地區(qū)，平均海拔4200 m。植被類型以草地為主，約占88%。全縣為典型高原大陸性氣候，年均氣溫-4 ℃，年均降水418 mm，共有大小湖泊4000余個(gè)，素有“黃河之源”、“千湖之縣”美譽(yù)?？h域資源豐富，野生動(dòng)物資源主要有藏野驢、巖羊、黑頸鶴等50余種。

新中國成立后，該縣畜牧業(yè)生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展，家畜數(shù)量成倍增長。因人類活動(dòng)和氣候變化的共同影響，近30年來瑪多縣生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化，草場退化與沙化加劇，水土流失嚴(yán)重，是三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化最為嚴(yán)重的縣份。為了加強(qiáng)對(duì)三江源地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)完整性、原始性的保護(hù)，2016年建立了三江源國家公園。其中，黃河源園區(qū)位于瑪多縣境內(nèi)，占縣域面積的78.1%[23]。

1.2 無人機(jī)調(diào)查方法

樣帶設(shè)計(jì)綜合考慮了地形、土地利用/覆被、植被類型等，采用系統(tǒng)抽樣法，將調(diào)查樣帶均勻分布在瑪多縣。兩次無人機(jī)調(diào)查的抽樣強(qiáng)度均符合各部門規(guī)范。

2016年暖季無人機(jī)航拍采用兩款自主研發(fā)的無人機(jī)，其中油動(dòng)7架次，航速108 km·h-1，電動(dòng)2架次，航速72 km·h-1。飛行高度約700 m，分辨率為15.0～18.5 cm，獲取影像23810張。2017年冷季無人機(jī)航拍采用中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所自主研發(fā)的電動(dòng)無人機(jī)和深圳飛馬F1000電動(dòng)無人機(jī)，有效架次14，拍攝高度200～350 m，分辨率4～7 cm，獲取23784張影像。兩次航拍航向和旁向重疊分別為80%和60%。

采用Pix4Dmapper、飛馬智拼圖和LiMapper等軟件進(jìn)行影像拼接。拼接后得到2016年航拍有效面積2728 km2，實(shí)際利用面積1488 km2。2017年航拍有效拍攝面積356 km2，有效利用面積326.6 km2。圖像主要采用目視解譯的方式，對(duì)動(dòng)物種群個(gè)體進(jìn)行識(shí)別和計(jì)數(shù)。在目視解譯中，依據(jù)遙感解譯七要素，即色調(diào)、顏色、紋理、陰影、大小、形狀、圖案，并結(jié)合野外調(diào)查中觀察到的動(dòng)物活動(dòng)規(guī)律，總結(jié)建立解譯標(biāo)志庫(圖1)。采用人機(jī)交互方式對(duì)動(dòng)物進(jìn)行了判讀識(shí)別，并采用動(dòng)物類別點(diǎn)矢量圖層疊加拼接圖像進(jìn)行核對(duì)，形成完整的圖像處理和識(shí)別技術(shù)體系。

圖1 大型食草動(dòng)物航拍影像Fig.1 Aerial images of large-scale herbivores

1.3 產(chǎn)草量估算與降尺度算法

瑪多縣草地產(chǎn)草量采用遙感經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸浪?。建立植被歸一化指數(shù)(normalized difference vegetation index，NDVI)與產(chǎn)草量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦^程中，考慮到不同草地類型間產(chǎn)草量存在較大差異，因此對(duì)三江源草地類型進(jìn)行了區(qū)分，將三江源草地類型劃分為高寒草甸、高寒草原和溫性草原三類，分別建立一元線性函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、二次多項(xiàng)式函數(shù)5種遙感-地面產(chǎn)草量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

本研究使用數(shù)據(jù)集MOD13A1(moderate-resolution imaging spectroradiometer)中的每8 d 500 m分辨率NDVI產(chǎn)品并進(jìn)行最大值合成。將青海省草原總站提供的區(qū)域內(nèi)393個(gè)野外實(shí)測產(chǎn)草量樣方數(shù)據(jù)(2011-2015年)與提取到的地面樣方相對(duì)應(yīng)年份NDVI最大值合成數(shù)據(jù)(MOD13A1)建立模型?；貧w模型經(jīng)F檢驗(yàn)后進(jìn)行精度對(duì)比，根據(jù)5種模型的決定系數(shù)(表1)選取最優(yōu)模型，作為三江源草地年產(chǎn)草量估算模型，并將此模型應(yīng)用到瑪多縣，計(jì)算了瑪多縣草地產(chǎn)草量。

表1 不同草地類型最優(yōu)模型Table 1 Optimal model of different grassland types

圖2 產(chǎn)草量降尺度擬合曲線Fig.2 Fitting curve of grassland yield used downscaling methods

由經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕傻闹蟹直媛?500 m)產(chǎn)草量數(shù)據(jù)雖然可以很好體現(xiàn)大尺度上產(chǎn)草量狀況，但應(yīng)用在小區(qū)域上不能精細(xì)表達(dá)各類覆被實(shí)際狀況。因此，將中分辨率產(chǎn)草量數(shù)據(jù)與高分辨率(30 m)的植被覆蓋度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到高分辨率30 m的產(chǎn)草量數(shù)據(jù)，具體步驟如下：首先，運(yùn)用波段計(jì)算獲得NDVI數(shù)據(jù)(Landsat8-TM影像)，再利用像元二分模型對(duì)植被覆蓋度進(jìn)行估算；然后，利用基于高分解譯的土地覆被數(shù)據(jù)提取純像元(500 m×500 m單一土地覆被的網(wǎng)格)，分別計(jì)算純像元內(nèi)產(chǎn)草量和植被覆蓋度，提取出54對(duì)數(shù)據(jù)，并擬合兩者關(guān)系曲線；最后逐像元計(jì)算30 m高分辨率產(chǎn)草量數(shù)據(jù)(圖2)。

1.4 選擇系數(shù)與選擇指數(shù)

本研究采用Vanderloeg和Scavia選擇系數(shù)Wi和選擇指數(shù)Ei來衡量藏野驢、藏原羚、巖羊等大型野生食草動(dòng)物對(duì)草地類型的偏好或回避[24]，其計(jì)算方法如下：

(1)

(2)

式中：Wi為選擇系數(shù)；Ei為選擇指數(shù)；i指某環(huán)境特征；ri為物種選擇具有i特征的樣方數(shù)；pi指環(huán)境中具有i特征的總樣方數(shù)；n指某環(huán)境特征的等級(jí)數(shù)(n=1，2，…)；當(dāng)Ei=1為特別偏好，Ei=-1為不選擇，Ei<-0.1為負(fù)選擇，Ei>0.1為正選擇，Ei=0為隨機(jī)選擇，-0.1≤Ei≤0.1為隨機(jī)選擇。

1.5 載畜壓力

為分析和評(píng)價(jià)黃河源區(qū)草畜矛盾特征，本研究分別計(jì)算了基于家畜、野生動(dòng)物(藏野驢、藏原羚和巖羊)的草地載畜壓力。草地載畜壓力指數(shù)的計(jì)算公式如下[20]：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：Ip-l、Ip-w分別為基于家畜、野生動(dòng)物的草地載畜壓力指數(shù)；Cp-l、Cp-w分別為基于家畜、野生動(dòng)物的草地現(xiàn)實(shí)載畜量(羊單位·hm-2)；Cn-l、Cn-w分別為無人機(jī)調(diào)查得到的家畜、野生動(dòng)物數(shù)量(羊單位，換算方法見表2)；Ar為草地面積(hm2)；Cp為草地理論載畜量，即單位面積草地可承載的羊單位(羊單位·hm-2)；Y為單位面積產(chǎn)草量(kg·hm-2)；K為可食牧草比例，K取0.6(根據(jù)在瑪多縣實(shí)地測定的數(shù)據(jù)獲得)；U為草地可利用率，U取0.5(按國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T635-2002)；R為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)羊單位家畜日食量(約1.8 kg·d-1)；T為放牧天數(shù)(d)，按放牧365 d計(jì)算。載畜壓力具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表2 每只(頭)食草動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)羊單位換算表[22]Table 2 The standard sheep unit of each herbivores[22]

表3 青海省草地載畜壓力指標(biāo)表[25]Table 3 Indicators of grazing pressure in Qinghai Province[25]

2 結(jié)果與分析

2.1 大型食草動(dòng)物種群數(shù)量分布特征

2.1.1樣帶調(diào)查結(jié)果 在2017年冷季無人機(jī)航拍樣帶內(nèi)共發(fā)現(xiàn)大型食草動(dòng)物4555只，其中大型野生食草動(dòng)物1814.5羊單位，家畜7866羊單位；藏野驢378只，計(jì)1512羊單位，密度為1.15只·km-2；藏原羚199只，計(jì)99.5羊單位，密度為0.61只·km-2；巖羊203只，計(jì)203羊單位，密度為0.62只·km-2；家養(yǎng)牦牛1351只，計(jì)5404羊單位，密度為4.12只·km-2；家養(yǎng)藏羊2405只，計(jì)2405羊單位，密度為7.34只·km-2；馬19只，計(jì)57羊單位，密度為0.06只·km-2(圖3)。大型野生食草動(dòng)物占所有大型食草動(dòng)物頭只數(shù)的17.13%。無人機(jī)航拍樣帶內(nèi)大型野生食草動(dòng)物密度基本與國家林業(yè)局于1995-2003年組織開展的全國第一次陸生野生動(dòng)物資源調(diào)查結(jié)果一致[4]：青海省藏野驢的密度為0.87頭·km-2，藏原羚密度為0.56只·km-2，巖羊的密度為1.86只·km-2。

2.1.2區(qū)域估算結(jié)果 冷暖季草場估算法既考慮了家畜有分冷暖季草場放牧的活動(dòng)規(guī)律，同時(shí)也充分考慮了野生動(dòng)物的生活習(xí)性，依據(jù)已有相關(guān)研究[24,26-27]，藏野驢具有冬天往低平處遷移，夏天往高處遷移的特性，而高程往往是冷暖季草場劃分的主要依據(jù)之一(圖4)。由于2016年暖季無人機(jī)航拍分辨率較低，從影像上僅能識(shí)別藏野驢和牦牛，而且成群的藏野驢和牦牛群也不容易分辨。所以，2016年暖季調(diào)查本研究僅估算了藏野驢與牦?？倲?shù)，主要用于對(duì)2017年冷季調(diào)查的對(duì)比驗(yàn)證。

圖4 瑪多縣1∶10萬冷暖季草場分布Fig.4 1∶10 million season grassland distribution map of Maduo County

結(jié)果表明，2017年冷季瑪多縣家牦牛、藏羊和馬分別為7.08、10.22、0.12萬頭(匹、只)，藏野驢、藏原羚和巖羊分別為1.71、1.60和0.93萬只。由此可見，大型野生食草動(dòng)物數(shù)量仍少于家畜數(shù)量，僅為后者的24.34%。轉(zhuǎn)換成羊單位后，估算瑪多縣大型食草動(dòng)物共47.48萬羊單位，其中家牦牛、藏羊和馬分別有28.34、10.22和0.35萬羊單位，藏野驢有6.84萬羊單位，巖羊和藏原羚分別有0.93和0.80萬羊單位，大型食草野生動(dòng)物羊單位數(shù)量與家畜羊單位數(shù)量之比約為1∶4.5(表4)。

2.1.3大型食草動(dòng)物種群數(shù)量估算與驗(yàn)證 基于無人機(jī)樣帶調(diào)查結(jié)果，本研究設(shè)計(jì)了由樣帶到區(qū)域的動(dòng)物數(shù)量統(tǒng)計(jì)方法：根據(jù)野生動(dòng)物在暖季趨向于在涼爽、牧草豐富、人類干擾相對(duì)較少的高海拔區(qū)域(往往是冷季草場分布區(qū))棲息采食，冷季趨向于在地勢(shì)較低、更為避風(fēng)溫暖的低海拔地區(qū)(往往是暖季草場分布區(qū))棲息采食的特性，利用1∶10萬瑪多縣冷暖季草場分布數(shù)據(jù)來推算瑪多縣大型食草動(dòng)物種群數(shù)量。

根據(jù)2017年無人機(jī)冷季調(diào)查結(jié)果估算，瑪多縣有藏羊102194只，家牦牛70846頭，馬1156匹。按仔畜出生率30%計(jì)算，2016年底瑪多縣有藏羊78611只，家牦牛54497頭，馬無須考慮出生率，2016年底馬仍為1156匹。由青海省草原總站提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2015年底瑪多縣存欄羊73133只，牛59235頭，馬1476匹。因缺少2016年瑪多縣家畜統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以利用2015年瑪多縣家畜統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與無人機(jī)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，兩者差值的百分比藏羊?yàn)?.49%，牦牛為7.99%，馬為21.68%，數(shù)據(jù)差異較小。

對(duì)2016年暖季和2017年冷季的無人機(jī)調(diào)查估算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。由于2016年暖季無人機(jī)影像分辨率較低(15.0～18.5 cm)，不能識(shí)別藏羊和藏原羚等體型較小的食草動(dòng)物，而且成群的藏野驢與牦牛也容易混淆。因此，將牦牛和藏野驢兩種體型最大的食草動(dòng)物數(shù)量之和進(jìn)行對(duì)比。2016年暖季無人機(jī)調(diào)查發(fā)現(xiàn)牦牛和藏野驢總計(jì)95452頭，而2017年冷季無人機(jī)調(diào)查發(fā)現(xiàn)牦牛和藏野驢總計(jì)87955頭，兩者的偏差百分比為7.85%。

2.2 黃河源區(qū)瑪多縣產(chǎn)草量分布特征

圖5 降尺度產(chǎn)草量數(shù)據(jù)精度驗(yàn)證Fig.5 Accuracy verification of grassland yield used downscaling methods

本研究將降尺度后的2016年產(chǎn)草量數(shù)據(jù)與2016年野外采樣的48個(gè)產(chǎn)草量實(shí)測數(shù)據(jù)做對(duì)比。結(jié)果表明，兩者線性關(guān)系顯著(R2=0.76，P<0.01)(圖5)。雖然本研究模擬的瑪多縣產(chǎn)草量數(shù)據(jù)與野外采樣數(shù)據(jù)之間有較好的線性關(guān)系，但是仍然存在一定的系統(tǒng)誤差，表現(xiàn)為擬合線與1∶1線保持一段距離。這可能是由于采樣尺度與模擬尺度不一致造成的[28]。

為能夠更好地在縣域尺度上反映產(chǎn)草量分布狀況，通過數(shù)據(jù)融合方法將由經(jīng)驗(yàn)公式生成的500 m空間分辨率的產(chǎn)草量數(shù)據(jù)降尺度為30 m，結(jié)果可以清楚體現(xiàn)瑪多縣產(chǎn)草量的細(xì)部特征(圖6)。降尺度前的數(shù)據(jù)只能反映瑪多縣產(chǎn)草量的大致分布特征，降尺度后空間數(shù)據(jù)間過渡更為平滑，因此可以在小尺度下對(duì)不同草地類型的產(chǎn)草量進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)分析。除此以外，降尺度前后的面上產(chǎn)草量均值沒有顯著差異。由此可見，降尺度后數(shù)據(jù)既能精細(xì)表達(dá)產(chǎn)草量空間差異和變化規(guī)律，也可以明顯提升小尺度區(qū)域的數(shù)據(jù)精度。

基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒔党叨裙浪懔?016年瑪多縣產(chǎn)草量，結(jié)果表明：全縣草地單位面積產(chǎn)草量為339.10 kg·hm-2，年產(chǎn)草總量75.46萬t，從空間上看，各地區(qū)間差異極大，呈現(xiàn)從南至北依次降低的格局。瑪多草地類型主要有高寒草原、高寒草甸和沼澤類。其中，沼澤類單位面積產(chǎn)草量最高，為493.73 kg·hm-2，年產(chǎn)草總量為12.10萬t；高寒草甸和高寒草原類單位面積產(chǎn)草量分別為390.65和238.76 kg·hm-2，年產(chǎn)草總量分別為41.35和22.00萬t。由此可見，產(chǎn)草量大小主要是由水熱條件決定的。

圖6 2016年瑪多縣產(chǎn)草量空間分布Fig.6 Spatial distribution of grassland yield in Maduo County in 2016 a:降尺度前Before downscaling; b:降尺度后After downscaling.

2.3 大型野生食草動(dòng)物對(duì)黃河源區(qū)草畜平衡影響

2.3.1大型野生食草動(dòng)物對(duì)草地類型的選擇偏好 無人機(jī)飛行樣帶內(nèi)共9種草地類型，分別是高山嵩草(Kobresiapygmaea)、高山嵩草+雜類草(K.pygmaea+Subordinate grass)、高山嵩草-紫花針茅(K.pygmaea-Stipapurpurea)、藏嵩草(K.humilis)、藏嵩草+苔草(K.humilis+Carexthibetica)、紫花針茅(S.purpurea)、紫花針茅-雜類草(S.purpurea-Subordinate grass)、禾葉風(fēng)毛菊(Saussureagraminea)和賴草(Legmusspp.)等草地型。

47.09%的藏野驢分布在高山嵩草+雜類草和高山嵩草-紫花針茅草地型，對(duì)高山嵩草+雜類草草地型有一定的偏好(Ei=0.39)，對(duì)高山嵩草-紫花針茅草地型有明顯的偏好(Ei=0.61)。在紫花針茅-雜類草、藏嵩草、高山嵩草和紫花針茅草地型上，藏野驢選擇指數(shù)較低(Ei分別為-0.36、-0.54、-0.69和-0.32)。在賴草草地型上藏野驢表現(xiàn)為隨機(jī)選擇(Ei=0.06)。在其他草地型上沒有觀察到活動(dòng)(Ei=-1.00)。

57.29%的藏原羚分布在高山嵩草+雜類草和高山嵩草草地型，對(duì)高山嵩草+雜類草草地型有一定的偏好(Ei=0.19)，對(duì)高山嵩草草地型有明顯的偏好(Ei=0.70)。在高山嵩草-紫花針茅和紫花針茅-雜類草草地型上，藏原羚選擇指數(shù)較低(Ei分別為-0.70和-0.15)。在其他草地型上沒有觀察到活動(dòng)(Ei=-1.00)。

97.04%的巖羊分布在紫花針茅-雜類草和高山嵩草草地型，對(duì)紫花針茅-雜類草和高山嵩草草地型均有明顯的偏好(Ei分別為0.54和0.69)。在紫花針茅草地型上，巖羊選擇指數(shù)較低(Ei=-0.60)。在其他草地型上沒有觀察到活動(dòng)(Ei=-1.00)(表5)。

2.3.2基于家畜和大型野生食草動(dòng)物的草畜平衡分析 由降尺度后產(chǎn)草量數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到：2016年瑪多縣草地單位面積理論載畜量為0.155羊單位·hm-2，在空間上呈現(xiàn)由北到南增加的趨勢(shì)(圖7)。2016年全縣草地理論總載畜量34.46萬羊單位，與青海省草原總站提供的理論載畜量(34.12萬羊單位)大致相同。

大型野生食草動(dòng)物作為野生動(dòng)物中體型較大的類群，其單體采食量不亞于牛羊等家畜，如1頭藏野驢的日采食量相當(dāng)于4羊單位。然而，由于大型野生食草動(dòng)物通常遠(yuǎn)離人類、密度較低、隱蔽性好，且活動(dòng)范圍路線不確定，其種群數(shù)量難以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲取。因此，以往的草畜平衡核定中僅考慮了家畜的采食量，忽略了對(duì)野生動(dòng)物的采食量計(jì)算。本研究分別基于家畜、大型野生食草動(dòng)物和家畜+大型野生食草動(dòng)物計(jì)算了草地的現(xiàn)實(shí)載畜量和載畜壓力。

計(jì)算表明，僅考慮飼養(yǎng)家畜，基于家畜的瑪多縣草地單位面積現(xiàn)實(shí)載畜量為0.175羊單位·hm-2，全縣草地現(xiàn)實(shí)總載畜量38.90萬羊單位，載畜壓力指數(shù)為1.13，表明草地輕度超載。在僅考慮藏野驢、藏原羚和巖羊3種大型野生食草動(dòng)物(不考慮家畜)，基于大型野生食草動(dòng)物的瑪多縣草地單位面積現(xiàn)實(shí)載畜量為0.039羊單位·hm-2，全縣草地現(xiàn)實(shí)總載畜量8.57萬羊單位，載畜壓力指數(shù)為0.25，表明草地仍具有較大的載畜潛力(表6)。

表5 大型野生食草動(dòng)物對(duì)草地類型的選擇性Table 5 Selectivity of large-scale wild herbivores to grassland types

在綜合考慮飼養(yǎng)家畜和野生動(dòng)物(藏野驢、藏原羚和巖羊)的情況下，2016年瑪多縣草地單位面積現(xiàn)實(shí)載畜量為0.214羊單位·hm-2，全縣草地現(xiàn)實(shí)總載畜量47.48萬羊單位，載畜壓力指數(shù)為1.38，表明草地中度超載(表7)。

在考慮大型野生食草動(dòng)物的狀況下，2016年瑪多縣現(xiàn)實(shí)載畜量及載畜壓力增加了22%，實(shí)現(xiàn)草畜平衡尚需7.90萬t干草。換言之，在保持瑪多縣大型野生食草動(dòng)物數(shù)量穩(wěn)定的前提下，至少需要減家畜12.02萬羊單位(約30%)才能達(dá)到草畜平衡。

圖7 2016年瑪多縣理論載畜量空間分布Fig.7 The spatial distribution of theoretical carrying capacity of Maduo County in 2016

項(xiàng)目Item家畜Livestock家牦牛Yak藏羊Tibetan sheep馬Horses合計(jì)Total大型野生食草動(dòng)物L(fēng)arge-scale wild herbivores藏野驢Equus kiang藏原羚Procapra picticaudata巖羊Pseudois nayaur合計(jì)Total頭(只)數(shù)Population number7084610219411561741961710915961932442394現(xiàn)實(shí)載畜量Current carrying capacity (sheep unite)2833841021943468389046684367981932485741載畜壓力Grazing pressure0.820.300.011.130.200.020.030.25

表7 基于家畜和大型野生食草動(dòng)物的草畜平衡狀況Table 7 The balance of grassland-livestock based on the number of large-scale herbivores

3 討論

三江源國家公園規(guī)劃明確說明核心保育區(qū)是野生動(dòng)物關(guān)鍵棲息地，須嚴(yán)格限制人類活動(dòng)。本次調(diào)查在扎陵湖-鄂陵湖、星星海核心保育區(qū)內(nèi)飛行了191.11 km2，共發(fā)現(xiàn)了4389 羊單位的家畜，密度達(dá)到22.97 羊單位·km-2，與非核心保育區(qū)內(nèi)家畜密度相差無幾(25.78 羊單位·km-2)。這表明，核心保育區(qū)內(nèi)雖不允許有放牧等人類活動(dòng)，但實(shí)際仍有大量的家畜，這直接導(dǎo)致了野生動(dòng)物的生存空間被壓縮。

傳統(tǒng)對(duì)草畜平衡的研究主要集中于牧草產(chǎn)量、家畜采食量、牧草可利用率和載畜量的計(jì)算等幾個(gè)方面，并且僅使用家畜統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來估算現(xiàn)實(shí)載畜量，其結(jié)果并不能真實(shí)反映草地實(shí)際載畜壓力。本研究以黃河源區(qū)瑪多縣為例，若沒有將大型野生食草動(dòng)物納入載畜壓力核算體系內(nèi)，載畜壓力將被低估22%。因此，在計(jì)算草畜平衡時(shí)還需要考慮野生食草動(dòng)物數(shù)量，這樣才能使估算方法更科學(xué)。另外，若實(shí)現(xiàn)了核心保育區(qū)“零家畜”，家畜均集中在生態(tài)保育修復(fù)區(qū)或傳統(tǒng)利用區(qū)，在不減畜情況下，載畜壓力會(huì)繼續(xù)增加，這有待在下一步研究中探討。

自2005年三江源一期生態(tài)工程實(shí)施以來，瑪多縣家畜數(shù)量從60.8萬羊單位減至現(xiàn)在38.9萬羊單位，盡管減畜率已達(dá)到36%，并取得了明顯成效，但考慮到三江源國家公園規(guī)劃明確提出：在保持草畜平衡條件下，至2020年野生動(dòng)物種群數(shù)量提高20%，這意味著草畜矛盾將會(huì)更加尖銳，所以仍需減畜減壓，這對(duì)緩解黃河源區(qū)草地退化十分有利。

在本研究中，仍發(fā)現(xiàn)一些不足，主要包括：2016年暖季無人機(jī)航拍影像分辨率只有15.0～18.5 cm，只能識(shí)別出藏野驢和牦牛體型較大的動(dòng)物，并且成群的藏野驢和家牦牛群也不容易區(qū)分，這導(dǎo)致僅能估算出瑪多藏野驢與家牦牛的總數(shù)量，主要用于與2017年冷季無人機(jī)調(diào)查結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證；2017年冷季無人機(jī)航拍影像之間的高重疊度一方面降低了飛行效率，另一方面增加了圖像處理工作量。所以，今后利用無人機(jī)開展大型食草動(dòng)物調(diào)查時(shí)，在保證飛行效率前提下，應(yīng)盡量提高影像分辨率(最佳4～5 cm)；航向和旁向重疊盡量小。此外，野生動(dòng)物有遷徙現(xiàn)象，其監(jiān)測具有時(shí)空尺度效應(yīng)，常態(tài)性大尺度監(jiān)測可以揭示種群數(shù)量變化的規(guī)律和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，應(yīng)持續(xù)監(jiān)測野生動(dòng)物種群數(shù)量。

4 結(jié)論

本研究基于無人機(jī)樣帶調(diào)查結(jié)果，根據(jù)瑪多縣1∶10萬冷暖季草場分布數(shù)據(jù)，估算了黃河源區(qū)瑪多縣大型食草動(dòng)物種群數(shù)量，并分析了大型野生食草動(dòng)物對(duì)瑪多縣草畜平衡影響，主要結(jié)論如下：

1)在國家林業(yè)局“全國第二次陸生野生動(dòng)物資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程”和“全國陸生野生動(dòng)物資源調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)規(guī)范”等相關(guān)規(guī)定指導(dǎo)下，對(duì)黃河源區(qū)瑪多縣開展大型食草動(dòng)物航拍調(diào)查，經(jīng)影像拼接和人機(jī)交互解譯后，在冷季無人機(jī)航拍樣帶內(nèi)共發(fā)現(xiàn)大型食草動(dòng)物4555只，其中藏野驢、藏原羚和巖羊密度分別為1.15、0.61、0.62只·km-2，家牦牛、藏羊和馬密度分別為4.12、7.34、0.06只·km-2。

2)通過飛行樣帶內(nèi)種群密度，推算了瑪多縣內(nèi)大型食草動(dòng)物種群數(shù)量，并分別與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、暖季調(diào)查結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證，估算出藏野驢、藏原羚和巖羊分別為1.71、1.60和0.93萬匹(只)，家牦牛、藏羊和馬分別為7.08、10.22、0.12萬頭(匹、只)，大型野生食草動(dòng)物和家畜總計(jì)47.5萬羊單位，大型野生食草動(dòng)物羊單位數(shù)量與家畜羊單位數(shù)量之比為1∶4.5。

3)僅考慮飼養(yǎng)家畜，載畜壓力指數(shù)為1.13，表明草地略微超載；僅考慮藏野驢、藏原羚和巖羊3種大型野生食草動(dòng)物，載畜壓力指數(shù)為0.25，表明草地未超載；在綜合考慮飼養(yǎng)家畜和野生動(dòng)物的情況下，載畜壓力指數(shù)為1.38，表明草地中度超載。大型野生食草動(dòng)物對(duì)瑪多縣草畜平衡影響十分明顯：現(xiàn)實(shí)載畜量和載畜壓力增加了22%，這意味著瑪多縣需人工補(bǔ)飼7.90萬t干草或減畜30%才能維持草畜平衡。