草畜平衡遥感监测关键技术在畜牧业中的应用研究

摘 要：该文将研究基于多源观测数据的草畜平衡监测、管理方法，通过关键技术突破，建立草畜平衡的遥感与地面时空动态监测模型，搭建现代牧业监测、管理平台，为监测部门提供高精度、多尺度、连续过程的区域草畜平衡遥感监测信息，为青藏高原地区牧民提供最优化放牧制度提供技术支撑。

关键词：青藏高原;草畜动态平衡;现代畜牧业管理平台

1.主要研究内容

针对青藏高原超载过牧造成的草原大面积退化沙化、草原生态系统破坏、畜牧产业效益下滑等问题，以加强草畜平衡管理、形成可持续的草畜关系、提升生态畜牧业发展水平为目标，建立草场资源和牲畜活动信息快速获取、动态更新的草畜平衡数据库，构建具有产草量、载畜量与草地退化评估，草畜动态平衡模拟分析，放牧制度优化送等功能的模型知识库，集成开发草畜动态平衡评估与预测、草场资源规划管理、新型放牧制度制定等应用功能的监测平台。

1.1.草畜信息获取分析关键技术

草地资源的遥感监测关键技术

针对本文研究内容，参考我国典型地物波谱数据库的建设经验，制定知识库的总体框架和数据标准，综合利用地物波谱数据、地表过程模型和遥感尺度转换模型，建立反映草地资源遥感参数的时空变化信息与模型关联的遥感知识库系统。

对草地资源遥感数据进行地表参数反演。基于草地资源遥感知识库，利用遥感易获取、快速的优势，结合示范区实地观测数据，对当草畜平衡遥感参数的反演模型进行研究，通过现有模型，得到对草畜平衡具有较大影响的参数，如对TVDI、LST进行监测，并进行实地验证，评价草畜平衡遥感参数的准确度和有效性。重点研究遥感反演中的多源数据和模型的协同反演问题，发展融合光学遥感模型与经验模型的草畜平衡遥感参数混合反演模式。

建立时间序列多尺度草地资源遥感监测模型。将多源遥感数据与描述草畜平衡等时空多变生态参数的地表过程模型相结合，在多尺度遥感数据地表参数反演算法的基础上，将参数随时间变化的信息引入草畜平衡遥感监测模型中，建立时间序列多尺度草畜平衡遥感监测模型的动态反演模型，利用过程模型提供的草畜平衡的动态变化规律，将模型的模拟和时间序列的多尺度遥感数据通过多尺度反演模型相结合，提高给定时刻地草畜平衡的评估精度。

1.2.草畜平衡动态监测平台构建

草畜平衡动态监测平台集成上述监测技术，建立草畜动态平衡分析及应用模型方法库;整合草地信息综合监测的各类数据源，建立草畜信息数据库;调查分析青藏高原畜牧业相关流程标准，建立畜牧生产知识库;在此基础上，构建草畜平衡动态监测平台，为草畜平衡应用及畜牧业生产提供全方位的服务。

1.3.草畜动态平衡应用与新型放牧制度建立

基于草畜平衡动态监测平台集成的一体化监测数据库、畜牧业相关知识库及模型方法库，开展草地资源评估及区划、草畜平衡测算及评估两方面的应用，为青藏高原生态畜牧业生产流程提供全方位的服务。

（1）草地资源评估及区划

草地资源评估是进行草地载畜量、草业规划、生态评价、草原退化监测的基础。一般包括草地生产力、草地退化指标、土壤水分与肥力等重要指标。近年来，国内外学者在利用卫星遥感资料进行牧草资源质量的估测方面做了大量的研究和实践。拟充分考虑青藏高原草地资源特征，提出草地资源的估测指标体系，构建综合的牧草产量与质量估测模型。

（2）草畜平衡测算及评估

对草畜平衡关键因素进行定量的分析和判断，是采取措施促进实现草畜平衡的前提。定量分析的基本点在于比较草原理论载畜量和实际载畜量的差异，从而确定草原是否超载及超载的程度，在此基础上再确定需要采取的措施。主要包括以下因素：

①理论载畜量

载畜量是指以放牧为基本利用方式，以放牧季节内适度放牧为原则，包含放牧时间、家畜数目、草原面积三项因素的一种评定草原生产能力的指标。因此，载畜量是指以一定的草原面积，在放牧季内以放牧为基本利用方式（也可以适当配合割草），在放牧适度的原则下，能够使家畜良好生长及正常繁殖的放牧时间及放牧头数。

②单位面积产草量的问题

主要是草原的空间异质性对草原测产的影响：北方的干旱半干旱草原空间异质性明显，样方的选取要具有足够的代表性，否则会失之毫厘，谬以千里。样方测产最好具有一致性，不同的工作者因为工作方法的差异得出的数据往往具有一定的差异。其次，草原的年际动态变化对草原测产的影响：草原的产草量年际间变化很大，如内蒙古的草原产草量丰年和欠年之间可相差2～4倍，若要明确长时间的饲草供给规律，需要了解草原大时空尺度的动态平衡。由于我国的GPS技术用于草原测产的历史并不长，草原产草量连续几年的数据并不容易获得。即便得到草原产草量的连续数据，侯向阳等指出草原的产草量并不存在一个平衡的静态，以多年产草量的平均数定畜也不科学。

③实际载畜量

在进行实际载畜量计算时，要将牲畜的饲养情况转化为对草的需要量，也就是羊单位或牛单位。羊单位是指一只母羊带一只羊羔在草原上放牧一年所需要的饲草量或所需要占用的草原面积数。在将牲畜头数转化为羊单位的算法上，目前有三种不同的方法法，一是根据羊单位的概念将年底存栏羊头数直接转为羊单位;二是用年初存栏头數加当年出栏头数也就是饲养量转化为羊单位;三是用牧区的牧业年度存栏数，即每年6月底的存栏数进行转化，也就是冬季产羔期过后稳定存栏的羔羊数和成羊数的和。我们将比较三种方法结果和实际监测数据，选取最合适青藏高原实际情况的方案。

2.结论

考虑到草原生产的季节性，需要提出“草地资源限量，时间机制调节，经济杠杆制约”的可持续的新型放牧制度。主要内容为：基于草地饲草生产力、家畜需求量、季节性变化，以及季节性差异等参数的基础上，确定草地可以放牧利用以及必须舍饲圈养的时间，建立以休牧时间为主要指标的草畜平衡监测和管理制度。针对草畜平衡可持续发展的目标，在建立对草地资源、牲畜以及放牧作业的遥感与地面一体化监测基础上，充分考虑草地资源产草量、载畜量、牲畜需饲量、市场需求量等因素，研究放牧制度的空间优化技术。采用划区轮牧的方式，建立可持续的草畜动态平衡优化目标，再利用启发式的空间智能优化算法（遗传算法、蚁群算法等），制定新型的科学、合理、高效的放牧制度。

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