放牧强度遥感表征及其对区域草地NPP遥感估算精度的贡献研究

In the regional grassland NPP estimation, uncertainties will increase due to the neglect of the grazing effects, or considering grazing effects without temporal and spatial dynamic information. Thus, characterizing grazing intensity with temporal and spatial dynamics and analyzing its influences on regional grassland NPP estimation have become the key scientific issue and attracted a lot of attention in this field. This research chooses Ruoergai county as the study area. Based on the fixed fence observation, GPS position tracking and the unmanned aerial vehicle (UAV) observation, we formulate ideal vegetation index curves of different types of grassland and develop quantitative model to characterize temporal and spatial grazing intensity. By combining with NPP remote sensing estimation model which considering grazing effect, we estimate the regional grassland NPP and analyze the impacts of different grazing intensities and their temporal and spatial scale factors on the estimation results. This research mainly innovates in the formulation of quantitative model which characterize relationship between spectral information and grazing intensity, and application of inversed grazing intensity to regional grassland NPP estimation to reduce uncertainties. The implementation of this research will, theoretically and technically, provide scientific supports for the retrieval of temporal and spatial grazing intensity and the reduction the uncertainties of regional NPP estimation using remote sensing method. It will also provide scientific foundation for the administration of grassland and sustainable and sound development of animal husbandry.

区域草地NPP遥感估算研究中，忽略放牧因素，或考虑放牧因素但采用的放牧信息不具备时空动态特征，均会增加估算结果的不确定性。表征时空动态放牧强度并分析其对区域草地NPP遥感估算的贡献是广受关注的关键科学问题。本研究选择若尔盖县为研究区，基于围栏定点观测、GPS定位跟踪和无人机观测手段，构建不同草地类型的理想植被指数曲线，发展定量表征时空动态放牧强度信息的模型，结合考虑放牧因素的NPP遥感估算模型，估算区域草地NPP，解析不同放牧强度以及放牧强度时空尺度效应对区域草地NPP遥感估算精度的影响。本研究在基于光学遥感的光谱信息与放牧强度信息之间的关系构建定量表征模型，以及将反演得到的放牧强度信息用于区域草地NPP遥感估算以减少估算结果不确定性等方面均具有创新性。本项目的实施将从理论和方法上为时空动态放牧强度信息的获取和减少区域尺度NPP遥感估算的不确定性提供支撑，并为草地资源的管理提供科学依据。

区域草地NPP遥感估算研究中，忽略放牧因素，或考虑放牧因素但采用的放牧信息不具备时空动态特征，均会增加估算结果的不确定性。表征时空动态放牧强度并分析其对区域草地NPP遥感估算的贡献是广受关注的关键科学问题。本研究以若尔盖县为研究区，利用GPS定位跟踪和无人机观测手段，发展定量表征时空动态放牧强度信息的模型，结合考虑放牧因素的NPP遥感估算模型，估算区域草地NPP，解析不同放牧强度以及放牧强度时空尺度效应对区域草地NPP遥感估算精度的影响。经过四年的研究，项目取得了如下研究成果：.（1）发展了两种区域尺度放牧强度遥感定量表征方法：一种是基于天-空-地一体化监测技术的高空间分辨率放牧强度估算方法，另一种是基于时间序列MODIS NDVI遥感数据集的长时间序列放牧强度估算方法。基于所发展的方法，生产了若尔盖县2000-2014年长时间序列放牧强度数据集。.（2）提出了协同时空融合算法与地面实测数据的草地地上生物量估算方法，和不依赖地面实测数据的基于物理模型的草地地上生物量反演方法。本项目将构建的若尔盖县放牧强度数据集引入DNDC模型，构建了考虑放牧的区域尺度NPP估算方法，完成了若尔盖县近15年长时间序列NPP的估算，有效地提高了NPP估算的精度。.（3）近十五年，若尔盖县放牧强度以轻度放牧为主，年平均放牧强度为3.47SU/ha。草甸、草原和稀疏草原是若尔盖高原主要牧场，其放牧强度高于其他土地覆被类型。2009年以后，若尔盖放牧强度有所降低，未放牧区域增加，放牧活动更加合理。但草甸、草原和稀疏草原的放牧强度略有增加。.（4）若尔盖NPP估算结果表明，考虑放牧因素估算得到的若尔盖县NPP总量为3.815×10^5tC，而不考虑放牧因素估算得到的NPP总量为5.51×10^5tC，高估约44.4%。放牧对NPP有促进作用。当放牧强度介于3.2-3.6SU/ha左右，放牧时间在3.5-4.1月时，放牧效应达到最大，放牧引起的NPP的增量也达到最大值。