貴州省草地退化與石漠化研究評估

羅 偉，賀成龍，姜 桃，周文章，李 維，張游宇，唐 霞，時 穎，黎恒銘，周定勇 ，羅玉潔，李龍興，鄧大鵬，王 燕

(1. 貴州省畜禽遺傳資源管理站，貴州 貴陽 550001； 2. 播州區(qū)畜牧漁業(yè)發(fā)展中心，貴州 遵義 563100；3. 貴州省草地技術(shù)試驗推廣站，貴州 貴陽 550025； 4. 貴州省畜牧獸醫(yī)研究所，貴州 貴陽 550005；5. 貴州省種畜禽種質(zhì)測定中心，貴州 貴陽 550018)

貴州省地處東經(jīng)103o36′～109o35′、北緯24o37′～29o13′，東西長約595 km，南北寬約509 km，總面積17.616 7萬km2，占全國國土面積的1.8%；為亞熱帶高原山地，巖溶地貌分布廣泛，形態(tài)多樣，占全域總面積的61.9%[1]。在“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念的指導下，生態(tài)植被逐漸得到恢復。近年來，隨著貴州省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和深入發(fā)展，以及生態(tài)農(nóng)產(chǎn)品的市場需求不斷增加，大力開發(fā)草地資源，發(fā)展草地生態(tài)畜牧業(yè)成為必然途徑。本研究通過對貴州省草地退化與石漠化狀況進行評估，為合理開發(fā)利用草地，提高草地精細化管理提供科學依據(jù)。

1 研究方法

在1980—1987年貴州省第1次草地資源清查資料[2]的基礎(chǔ)上，結(jié)合地面調(diào)查、實地勘察等方法，獲取貴州省9個市、州和貴安新區(qū)草地資源分布、數(shù)量及質(zhì)量、生態(tài)狀況等信息。

1.1 草地退化評估方法

1.1.1 監(jiān)測項目按照《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標》(GB 19377—2003)執(zhí)行，監(jiān)測項目見表1。

表1 草地退化監(jiān)測項目 %

1.1.2 評估指標與權(quán)重參考 GB 19377—2003標準，用植物群落特征、地上產(chǎn)草量、地表特征3個指標評價草地退化，采用層次法確定草地退化權(quán)重。通過權(quán)重對各評價因子進行綜合分析，根據(jù)標準劃分草地退化等級為4類。Ⅰ類指數(shù)0～0.25：無明顯退化；Ⅱ類指數(shù)0.25～0.50：輕度草地退化；Ⅲ類指數(shù)0.50～0.75：中度草地退化；Ⅳ類指數(shù)0.75～1.00：重度草地退化指數(shù)。相關(guān)研究表明，植被覆蓋度與歸一化植被指數(shù)(NDVI)呈極顯著相關(guān)關(guān)系，并構(gòu)建出植被覆蓋度計算的亞象元模型[3]。本文以NDVI建模，用每個像元的植被指數(shù)來估算監(jiān)測區(qū)域?qū)?yīng)位置的地上生物量。按草地類型劃分基準，通過監(jiān)測草地群落特征、草地綜合覆蓋度和總產(chǎn)量估算覆蓋度，評估總覆蓋相對減少率。草地植被蓋度遙感估算模型為：C=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)。 式中：C為草地植被蓋度，NDVI為草地的歸一化植被指數(shù)值，NDVImin為石漠化分布區(qū)域同一時期的最小NDVI值，NDVImax為石漠化分布區(qū)域同一時期的最大NDVI值。經(jīng)濟農(nóng)作物最高生物量在9月份，草地最高生物量在8月份；不同程度的石漠化程度可影響草地生長質(zhì)量。通過監(jiān)測秋季地上生物量，評估秋季地上生物量相對減少率。牧草單位面積地上生物量估算模型：Bi=a×exp(b×xi)。式中：Bi為牧草單位面積地上生物量，xi為估測草地單位面積產(chǎn)草量的遙感植被指數(shù)NDVI，a為模型系數(shù)(與植被類別和氣候條件有關(guān))，b為模型系數(shù)(與植被類別和氣候條件有關(guān))。地表土壤受環(huán)境作用產(chǎn)生土壤年度侵蝕量，根據(jù)土壤侵蝕分類分級標準劃分不同等級的土壤侵蝕強度。運用GIS空間疊加分析方法，直接計算草地圖斑的土壤侵蝕模數(shù)相對百分比增加率，評估土壤侵蝕模數(shù)相對增加率。分級標準見表2。

表2 草地退化評價指標與權(quán)重

1.2 草地石漠化評估方法按照《巖溶地區(qū)草地石漠化遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(GB/T 29391—2012)執(zhí)行[4]。監(jiān)測指標包含坡度、巖石裸露率、植被覆蓋度、植被類別、地上生物量等[5]，計算方法如下：

式中：RDI代表石漠化指數(shù)(0

表3 坡度評分標準

表4 巖石裸露率草地石漠化指數(shù)評分標準

表5 植被覆蓋度草地石漠化指數(shù)評分標準

表6 草地類別石漠化指數(shù)評分標準

表7 秋季當年地上生物量指數(shù)評分標準

1.3 地上生物量反演2018年7、9月共收集樣本點2 461個，去除異常點895個，選取1 000個點建立實測地上生物量與NDVI的草地單位面積產(chǎn)草量估測模型，其余566點用于模型精度驗證，計算方法如下。

(1)均方根誤差(RMSE)計算公式：

(2)精度計算公式：

2 結(jié)果

2.1 草地退化評估由表8可見：全省草地退化面積共計153 687.45 hm2，占草地總面積的 13.52%，主要草地退化地區(qū)在畢節(jié)市、黔西南州、黔東南州。其中草地輕度退化面積111 516.67 hm2，占草地退化面積的9.81%；草地中度退化面積 41 118.41 hm2，占草地退化面積的3.62%；草地重度退化面積 1 052.39 hm2，占草地退化面積的0.09%。

表8 貴州省草地退化面積統(tǒng)計

2.2 地上生物量反演2018年7、9月共收集樣本點2 461個，去除異常點895個，選取1 000個點建立模型，結(jié)果見表9。其余566個點用于模型精度驗證，結(jié)果見表10。曲線擬合度對數(shù)函數(shù)最低，指數(shù)函數(shù)較高，隨著NDVI值的升高，生物量不斷增大。驗證點和實測點存在相關(guān)性，均方根誤差較小，鮮重預(yù)測精度分別達到81.53%。

表9 2018年秋季地上生物量(鮮重)與NDVI線性關(guān)系

表10 生物量(鮮重)精度驗證統(tǒng)計

2.3 草地石漠化分布由表11可見：全省石漠化面積共61 558.33 hm2，占草地總面積的5.42%，主要草地石漠化地區(qū)在安順市、黔西南州、畢節(jié)市。其中草地輕度石漠化面積58 712.18 hm2，草地中度石漠化面積731.78 hm2，草地重度石漠化面積3 165.75 hm2。

表11 貴州省草地石漠化面積統(tǒng)計

3 結(jié)論

3.1 貴州省草地退化情況貴州省草地存在輕度退化情況，退化面積最高依次為畢節(jié)市36 983.36 hm2、黔西南州25 417.61 hm2、黔東南州22 161.17 hm2。草地退化比例最高為安順市，面積15 919.53 hm2，占比24.51% ；最少為黔南州，面積12 091.46 hm2，占比5.05%。草地退化以輕度退化和中度退化為主。重度退化在全省的分布較少，主要在銅仁市、貴陽市、遵義市和黔南州；貴安新區(qū)無重度退化現(xiàn)象。六盤水市，黔南州和黔東南州退化不明顯。

3.2 貴州省草地石漠化情況貴州省草地大部分呈現(xiàn)潛在石漠化特征，在北盤江、牛欄江、沅江區(qū)域輕度草地石漠化集中分布，其他區(qū)域呈現(xiàn)零星分布[7]。石漠化面積最高依次為安順市13 401.60 hm2、黔西南州12 835.62 hm2、畢節(jié)市11 824.15 hm2。草地石漠化比例最高為安順市，占比20.63%；最低為黔東南州，面積756.36 hm2，占比0.34%。草地石漠化以輕度石漠化為主，重度石漠化與中度石漠化不明顯。輕度石漠化地區(qū)主要為安順市、黔西南州、畢節(jié)市和六盤水市。

3.3貴州省草地退化和草地石漠化在空間分布上具有一定程度的疊加與相似性。