遙感與物聯(lián)網(wǎng)耦合技術(shù)在土地生物資源動(dòng)態(tài)管理中的應(yīng)用

楊 映，丁路明，唐 霞，張金龍,4，史寶光，許 游，李國(guó)政

（1.甘肅洮河國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅甘南747000；2.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州730000；3.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州730000；4.高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)甘肅數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心，甘肅蘭州730000；5.成都德魯伊科技有限公司，四川成都610000）

土地具有生產(chǎn)、生活和生態(tài)等功能。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)在農(nóng)牧、能源和礦業(yè)方面的發(fā)展造成環(huán)境問(wèn)題日益顯著，因此在相關(guān)法律法規(guī)、政策上逐漸加大對(duì)土地生態(tài)功能的關(guān)注，以期使社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。自然保護(hù)區(qū)是世界多數(shù)國(guó)家限制人類(lèi)活動(dòng)干擾、增強(qiáng)生態(tài)保護(hù)的有效措施。2018年，中國(guó)已建立超過(guò)1萬(wàn)處自然保護(hù)區(qū)，面積約占中國(guó)陸地國(guó)土面積的18%[1]，已提前實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)《生物多樣性公約》提出的到2020年達(dá)到17%的目標(biāo)。據(jù)2017年修訂的《中華人民共和國(guó)自然保護(hù)區(qū)條例》規(guī)定，自然保護(hù)區(qū)分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)，核心區(qū)為保存完好的天然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)以及珍稀、瀕危動(dòng)植物的集中分布地，禁止任何單位和個(gè)人進(jìn)入；緩沖區(qū)只準(zhǔn)進(jìn)入從事科學(xué)研究觀測(cè)活動(dòng)；而實(shí)驗(yàn)區(qū)按照規(guī)定可以從事科學(xué)試驗(yàn)、教學(xué)實(shí)習(xí)、參觀考察、旅游以及馴化、繁殖珍稀、瀕危野生動(dòng)植物等活動(dòng)[2]。由于生態(tài)環(huán)境保護(hù)滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，我國(guó)自然保護(hù)區(qū)在土地確權(quán)和行政劃分的具體管理工作上，面臨著諸多棘手的問(wèn)題，主要表現(xiàn)包括：保護(hù)區(qū)內(nèi)部人員安置和行政區(qū)劃的執(zhí)行問(wèn)題，保護(hù)區(qū)及周邊地區(qū)的自然資源開(kāi)發(fā)利用、人類(lèi)活動(dòng)區(qū)擴(kuò)展和生態(tài)保護(hù)區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展，野生動(dòng)物、人、畜沖突的定責(zé)和補(bǔ)償問(wèn)題等。這些問(wèn)題已成為保護(hù)區(qū)科學(xué)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展亟需解決的重點(diǎn)。

上述問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為自然保護(hù)區(qū)的三類(lèi)生物性要素(野生動(dòng)物、牲畜和人類(lèi))對(duì)于第四類(lèi)要素(土地資源)的分配管理矛盾。從數(shù)字化角度看，自然保護(hù)區(qū)本身就是一個(gè)由多變量元素組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其可持續(xù)建設(shè)發(fā)展的首要前提就是為生物性元素制定合理利用土地和自然資源的動(dòng)態(tài)邊界。全國(guó)范圍內(nèi)保護(hù)區(qū)的建設(shè)工作仍在不斷推進(jìn)，但是保護(hù)區(qū)在成立后無(wú)法與周邊地區(qū)形成有效的融合，僅僅利用行政命令把自然保護(hù)區(qū)和周邊的城鎮(zhèn)相割裂，一刀切的管理辦法實(shí)現(xiàn)退耕還林還草，缺少科學(xué)總體規(guī)劃和生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)現(xiàn)量化和動(dòng)態(tài)監(jiān)管較為困難[3]。

1 研究背景

圖1 遙感數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)耦合技術(shù)結(jié)合用于自然保護(hù)區(qū)管理的流程Figure 1 Combining remote sensing data and coupling technology for nature reserve management

自然保護(hù)區(qū)的土地和生物資源動(dòng)態(tài)管理的數(shù)字化過(guò)程主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)耦合、分析決策3個(gè)步驟，而數(shù)據(jù)采集是“從零到一”的關(guān)鍵(圖1)。本研究以自然保護(hù)區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)構(gòu)想的實(shí)施探討為主要出發(fā)點(diǎn)，對(duì)具體方案策略進(jìn)行技術(shù)手段結(jié)耦的可行性論證。基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)計(jì)算的歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)，結(jié)合智能終端獲取的畜牧生物位置、環(huán)境和行為信息，對(duì)遙感和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合獲得生物活動(dòng)量、活動(dòng)范圍與季節(jié)、天氣狀態(tài)導(dǎo)致的牧場(chǎng)植被變化等數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合性分析。自然保護(hù)區(qū)管理內(nèi)容的生物性要素中，本研究選擇畜牧生物作為試驗(yàn)要素，主要考慮野生生物活動(dòng)范圍可控性差，試驗(yàn)安裝成本高，在數(shù)量有限的情況下具有較大統(tǒng)計(jì)偶然性；人類(lèi)自身具備主觀能動(dòng)性，智能手機(jī)推動(dòng)的豐富應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)在商業(yè)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，不具備創(chuàng)新性。畜牧生物作為穿戴設(shè)備的模式生物，具有群體同質(zhì)性，少量生物就能夠代表群體活動(dòng)規(guī)律，同時(shí)操作可控成本低，符合試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的優(yōu)質(zhì)選擇。

青藏高原是我國(guó)重要的生態(tài)保護(hù)地，自然保護(hù)區(qū)面積占32.4%[1]。現(xiàn)行《中華人民共和國(guó)自然保護(hù)區(qū)條例》，禁止在自然保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行砍伐、放牧、開(kāi)墾等生產(chǎn)活動(dòng)。然而，青藏高原現(xiàn)有25個(gè)縣城、約30萬(wàn)人口位于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，僅三江源保護(hù)區(qū)就有17個(gè)縣城，保護(hù)區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)、生活活動(dòng)規(guī)模較大。在種群恢復(fù)性增長(zhǎng)和棲息地受到擠壓的情況下，野生動(dòng)物頻頻到牧場(chǎng)采食，時(shí)有傷及人畜事件發(fā)生。青藏高原作為重要的生態(tài)安全屏障和典型的生態(tài)脆弱區(qū)，保護(hù)地面積大、級(jí)別高，但保護(hù)地人地、草畜、畜獸關(guān)系緊張，土地利用的生產(chǎn)、生活與生態(tài)功能沖突嚴(yán)重，因此，研究自然保護(hù)地的土地利用沖突、提出自然保護(hù)地多目標(biāo)協(xié)調(diào)的方案對(duì)促進(jìn)青藏高原持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

2 研究思路

衛(wèi)星遙感技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，為科學(xué)研究及生產(chǎn)實(shí)踐提供了多維度、全天候的觀測(cè)手段，通過(guò)不同軌道和分辨能力的衛(wèi)星相互彌補(bǔ)組成了全球?qū)Φ赜^測(cè)系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的自然保護(hù)區(qū)勘界和監(jiān)測(cè)工作，為保護(hù)區(qū)科學(xué)化管理提供了可能[4-5]。遙感技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)土地及附屬資源的定量分析，但是其分辨率較難實(shí)現(xiàn)生物個(gè)體識(shí)別或?qū)崿F(xiàn)成本極高，也無(wú)法對(duì)生物種群和體征進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)采集分析，這決定了單一遙感技術(shù)只能對(duì)靜態(tài)資源進(jìn)行一定程度的量化管理，而無(wú)法通過(guò)量化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)解決保護(hù)區(qū)的生物性要素和資源性要素的分配。結(jié)合衛(wèi)星遙感技術(shù)的大范圍應(yīng)用與個(gè)體追蹤的精細(xì)化管理，可以達(dá)到相輔相承的效果。隨著智能手機(jī)的普及、微電機(jī)系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于生物性位置、環(huán)境、行為數(shù)據(jù)采集的穿戴設(shè)備終端與遙感技術(shù)的交叉結(jié)合，為這一難題提供了可能的解決方案。

通過(guò)衛(wèi)星遙感與物聯(lián)網(wǎng)耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)動(dòng)態(tài)管理的基本策略。智能穿戴終端主要由能量管理模塊、衛(wèi)星定位模塊、集成微電機(jī)系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)通信模塊三部分組成，其中能量管理模塊能夠?qū)⒁怨饽苻D(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作的電能并利用電池進(jìn)行能量存儲(chǔ)管理，衛(wèi)星定位模塊能夠提供目標(biāo)生物的精細(xì)位置信息和軌跡，集成微電機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光照、溫度、氣壓、濕度等多維環(huán)境指標(biāo)的采集，物聯(lián)網(wǎng)通信模塊則能夠?qū)⑸鲜霾杉男畔⒆詣?dòng)傳輸?shù)焦芾砥脚_(tái)供科研管理人員分析查看。自然保護(hù)區(qū)管理內(nèi)容的四大要素，通過(guò)衛(wèi)星遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)同工作的“天地一體化”解決方案，土地及附屬資源(林地、草地、水源、土質(zhì)等)通過(guò)圖像信息抽取得以數(shù)字化，而生物性要素則通過(guò)智能手機(jī)和穿戴設(shè)備采集到的位置、環(huán)境及行為信息進(jìn)行數(shù)字化描述，從而映射出一個(gè)與物理世界中保護(hù)區(qū)平行變化的數(shù)字世界，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)自然保護(hù)區(qū)的多維度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3 研究方法

3.1 研究區(qū)概況

本研究選擇青海省海北藏族自治州海晏縣西海鎮(zhèn)的海北高原現(xiàn)代生態(tài)畜牧業(yè)科技試驗(yàn)示范園牧場(chǎng)作為研究區(qū)。該地區(qū)屬于高原亞干旱氣候，年均氣溫1.5℃，年降水量400 mm左右，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期。主要植被類(lèi)型包括西北針茅(Stipa sareptana)、細(xì)葉苔草(Carex stenophylloides)、矮生嵩草(Kobresia humilis)、青海固沙草(Orinus kokonorica)等溫性草原類(lèi)植被，高山嵩草(Kobresia pygmaea)、紫花針茅(Stipa purpurea)等高寒草甸草原類(lèi)植被，早熟禾(Poa annua)等高寒草甸類(lèi)植被。

3.2 遙感數(shù)據(jù)

Sentinel-2是歐洲航天局發(fā)射的高分辨率多光譜成像衛(wèi)星，覆蓋13個(gè)光譜波段，空間分辨率為10 m，重訪周期為5 d，在土地管理、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害控制、人道主義救援以及風(fēng)險(xiǎn)測(cè)繪等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[6]。在Sentinel-2數(shù)據(jù)中，近紅外波段反射率與紅光波段反射率之差比兩者之和計(jì)算得到NDVI(圖2)。通常情況下，NDVI可以反映地表植被覆蓋情況，取值越接近1，表征植被蓋度越大[7-8]。通過(guò)目視判讀2019年9月至2020年2月間Sentinel-2影像，可以清晰地看到研究區(qū)所在牧場(chǎng)的主要植被類(lèi)型為草地、少部分退化草地和裸地。

圖2 不同時(shí)相的牧場(chǎng)歸一化植被指數(shù)(NDVI)空間分布圖Figure 2 Spatial distribution map of normalized vegetation indices(NDVI)of a pasture in different timephases

3.3 畜牧物種選取和數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)對(duì)象牦牛(Bos grunniens)主要分布在青藏高原地區(qū)，長(zhǎng)期生活在3000 m海拔以上，是我國(guó)高原地區(qū)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要畜種，并具備一定程度上的野生生物屬性[9-10]。2019年9月開(kāi)始為4只雌性成年牦牛佩戴了生物電子耳標(biāo)。采用成都德魯伊科技有限公司研發(fā)的Debut Tag產(chǎn)品對(duì)牦牛進(jìn)行位置和活動(dòng)量采集，4只牦牛分別編號(hào)為牦牛-1、牦牛-2、牦牛-3和牦牛-4。根據(jù)試驗(yàn)時(shí)間及植被覆蓋狀態(tài)，假設(shè)試驗(yàn)地對(duì)于試驗(yàn)牦牛為無(wú)干擾無(wú)限空間，在采食量穩(wěn)定的假設(shè)條件下，牦牛活動(dòng)覆蓋范圍與NDVI值具有反比關(guān)系，即當(dāng)缺少足夠食物時(shí)，生物應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大活動(dòng)范圍以保證足夠進(jìn)食維持能量平衡。另一種可能是生物改變采食策略，在入秋后大量進(jìn)食囤積脂肪為惡劣環(huán)境做好準(zhǔn)備，在食物短缺時(shí)主要消耗體內(nèi)脂肪而減少活動(dòng)避免過(guò)度消耗。與真實(shí)情況擬合度高的家域模型(Home Range)是驗(yàn)證以上假設(shè)的基礎(chǔ)，為此采用物理圍欄邊界限定用于評(píng)估家域模型的準(zhǔn)確性，同時(shí)對(duì)穿戴式電子耳標(biāo)進(jìn)行了間隔為1 h的GPS定位點(diǎn)采集，同時(shí)ODBA(overall dynamic body acceleration)采集間隔設(shè)置為10 min，用來(lái)確保數(shù)據(jù)采集的時(shí)間分辨率滿足對(duì)結(jié)論驗(yàn)證的支持。4只牦牛在6個(gè)月內(nèi)的GPS定位點(diǎn)總數(shù)和ODBA采集次數(shù)如表1所列。

表1 穿戴終端采集的牦牛位置及活動(dòng)量數(shù)據(jù)量Table 1 Yak position and activity data collected by wearable terminals

3.4 生物家域范圍計(jì)算

家域的研究是動(dòng)物行為生態(tài)學(xué)和保護(hù)生物學(xué)的重要內(nèi)容，它包涵了動(dòng)物個(gè)體或群體生活史的若干過(guò)程的空間集合，能讓人們了解動(dòng)物與棲息地的相互關(guān)系并探究動(dòng)物的社會(huì)地位、性別、年齡等多方面內(nèi)容。家域的估算方法有3種，分別是最小凸多邊形法(minimum convex polygon, MCP)、核心密度估算法(kernel density estimation,KDE)和布朗橋運(yùn)動(dòng)模型(brown bridge motion model, BBMM)。其中MCP法可以全部包含一系列點(diǎn)的面積最小的凸多邊形，KDE法能較好展示出動(dòng)物對(duì)不同空間的利用強(qiáng)度并且能確定家域核心區(qū)域的大小和形狀，BBMM考慮到了活動(dòng)斑塊間的路徑方向和時(shí)間。由于試驗(yàn)地物理圍欄的存在，可以清晰地定義家域的極限范圍，根據(jù)輸出結(jié)果與真實(shí)情況的吻合度，選擇最小凸多邊形法作為家域范圍計(jì)算的方法，具體計(jì)算方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。

3.5 生物活動(dòng)量計(jì)算

整體動(dòng)態(tài)加速度是一種加速度指數(shù)，將3軸(x軸、y軸和z軸)原始加速度減去靜態(tài)加速度后加和以反映生物的活動(dòng)量。自2006年英國(guó)學(xué)者Wilson以普通鸕鶿(Phalacrocorax carbo)為試驗(yàn)對(duì)象[12-14]，發(fā)現(xiàn)了耗氧量與ODBA的數(shù)值正相關(guān)，驗(yàn)證了加速度指數(shù)可以作為動(dòng)物的能量消耗指標(biāo)之一后，ODBA就廣泛出現(xiàn)在鳥(niǎo)類(lèi)、哺乳類(lèi)、魚(yú)類(lèi)等多種野生動(dòng)物的能量消耗和活動(dòng)量大小研究中[15-18]。但ODBA在畜牧業(yè)中的研究較少，近年來(lái)只有少數(shù)學(xué)者將ODBA應(yīng)用于放牧與圈養(yǎng)動(dòng)物在生理和行為上的變化中。

4 結(jié)果與分析

4.1 牧場(chǎng)植被覆蓋率分析

將青藏高原四季劃分為春季(開(kāi)始日期在第115天，4月24日)、夏季(開(kāi)始日期是第185天，7月3日)、秋季(開(kāi)始日期是第215天，8月2日)、冬季(開(kāi)始日期是第282天，10月11日)[19-20]，試驗(yàn)地海北高原現(xiàn)代生態(tài)畜牧業(yè)科技試驗(yàn)示范園是一個(gè)19 km2大小的近長(zhǎng)方形草地，有一定退化特征。利用NDVI最大值合成法生成的逐月遙感分析結(jié)果(圖3)顯示，區(qū)域內(nèi)NDVI平均值在2019年9月最大，為0.65，之后急劇減小；2019年10月、11月的NDVI值分別為0.37和0.21；從2019年12月至2020年3月，NDVI值保持在0.18。這表明秋季NDVI呈顯著減小趨勢(shì)，而冬季NDVI不再發(fā)生變化。

4.2 牦牛家域分析

4只牦牛的GPS定位數(shù)據(jù)分布基本均勻，未呈現(xiàn)彌散分布狀態(tài)，證明牧場(chǎng)圍欄對(duì)于牦牛的活動(dòng)能力和采食需求是有限邊界(圖4的藍(lán)色區(qū)域)。采用MCP算法對(duì)牦牛的家域進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際家域(圍欄區(qū)域)擬合度高，帶犢牦牛(牦牛-1、牦牛-2)和不帶犢牦牛(牦牛-3、牦牛-4)之間的家域面積無(wú)明顯區(qū)別。

不同月份牦牛活動(dòng)范圍及家域情況的分析顯示：1)牦牛活動(dòng)熱區(qū)的高度一致性，符合畜牧生物群體性聚集活動(dòng)的特點(diǎn)；2)明顯看出人為干擾對(duì)于牦牛活動(dòng)及家域的影響。在影響家域范圍的因素中，人為因素基于其主觀特性，影響力遠(yuǎn)大于其他因素，而物理隔離因素大于季節(jié)因素和其他環(huán)境因素。試驗(yàn)牦牛在2020年2月的家域面積最小(圖5)，是因?yàn)槿攵蟛墒迟Y源有限，牧場(chǎng)多輔以谷物飼喂，并利用附加圍欄控制牦牛活動(dòng)范圍，避免其過(guò)多消耗能量。

圖3 牧場(chǎng)內(nèi)歸一化植被指數(shù)(NDVI)變化趨勢(shì)Figure 3 Changesin the normalized vegetation index (NDVI)of the pasture

不同月份牦牛家域面積數(shù)據(jù)(圖6)顯示，2019年12月的家域面積顯著高于其他月份(P<0.05)，2020年1月份顯著高于2019年11月和2020年2月(P<0.05)，但2019年9、10月的家域面積與11月和2020年1、2月沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。牦牛家域面積與時(shí)間沒(méi)有線性關(guān)系，但呈現(xiàn)顯著的二次方變化趨勢(shì)。

圖4 根據(jù)試驗(yàn)期間牦牛總體活動(dòng)位置分布計(jì)算的家域面積Figure 4 Calculating home range according to theoverall activity location distribution of each yak throughout theexperiment

圖5 不同月份牦牛的家域面積Figure 5 Home range of the yaks in different months

圖6 不同月份牦牛活動(dòng)家域面積Figure 6 Locations occupied by yak activists in different months

4.3 牦牛活動(dòng)量(ODBA)分析

首次對(duì)4頭雌性牦牛實(shí)時(shí)連續(xù)ODBA平均值變化進(jìn)行分析(圖7)顯示，隨著采食資源的短缺，模式生物月均ODBA整體處于減小的趨勢(shì)，不帶犢牦牛(牦牛-3、牦牛-4)每天的ODBA平均值小于帶犢牦牛(牦牛-1、牦牛-2)，該統(tǒng)計(jì)結(jié)果與前文計(jì)算家域范圍相吻合。這再次驗(yàn)證在人為干預(yù)和采食資源減少的驅(qū)使下，牦牛趨向于保守的能量消耗策略，同時(shí)不帶犢的生物由于負(fù)擔(dān)較輕，活動(dòng)量及能量消耗較小，在惡劣環(huán)境下具備更好的生存機(jī)會(huì)。

圖7 牦牛不同月份的活動(dòng)量(ODBA)Figure 7 Activity volume of yaksin different months (ODBA)

牦牛活動(dòng)量從2019年9月到2020年2月呈降低趨勢(shì)，9月份活動(dòng)量顯著高于其他月份(P<0.05)(圖7)。2019年10月活動(dòng)量高于2020年1月和2月(P<0.05)，而10月份、1月和2月活動(dòng)量與11月和12月沒(méi)有顯著差異(P> 0.05)。

5 討論與結(jié)論

本研究系統(tǒng)論證了利用遙感數(shù)據(jù)計(jì)算植被覆蓋情況以及通過(guò)智能穿戴設(shè)備采集計(jì)算畜牧生物活動(dòng)范圍及行為狀態(tài)的可行性。數(shù)據(jù)收集期主要在秋末入冬期，NDVI值清晰地反映植被由秋末的均勻中覆蓋狀態(tài)變化為入冬后的較低覆蓋，以及12月中地表植被完全被降雪覆蓋及其消融過(guò)程(圖2)。由此可見(jiàn)，遙感技術(shù)能夠在時(shí)間維度定量反映草原植被覆蓋情況，并在不同季節(jié)具有明顯的均一性，而降雪是冬季植被覆蓋變化的主要干擾因素。GPS數(shù)據(jù)分布及MCP家域面積在不同試驗(yàn)生物個(gè)體活動(dòng)熱區(qū)的高度一致性揭示了畜牧生物群體性聚集活動(dòng)的特點(diǎn)，驗(yàn)證了少量畜牧生物可以作為群體活動(dòng)的表征因子；同時(shí)，家域面積隨季節(jié)變化的不均一性也揭示出該試驗(yàn)在設(shè)計(jì)上空間條件有限，導(dǎo)致人為投食及圈養(yǎng)引入對(duì)畜牧生物活動(dòng)范圍的影響。畜牧生物活動(dòng)量與生物量變化趨勢(shì)相一致是偶然現(xiàn)象，理論上在溫度逐步降低、環(huán)境日趨惡劣的情況下，試驗(yàn)畜牧生物將趨向于保守能量的消耗策略。

由于實(shí)施試驗(yàn)場(chǎng)地為有限空間、高人為干擾環(huán)境，同時(shí)試驗(yàn)周期未能覆蓋全年，因此在信噪比較差、時(shí)序數(shù)據(jù)量有限的情況下，本研究工作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)耦合分析和結(jié)論不具備顯著的科學(xué)意義。但這不影響為下一步研究的基礎(chǔ)方法學(xué)驗(yàn)證提供堅(jiān)實(shí)的支撐。未來(lái)研究工作應(yīng)首先將現(xiàn)有試驗(yàn)流程方法嵌入相對(duì)無(wú)限空間、低干擾試驗(yàn)環(huán)境，完成數(shù)據(jù)采集–耦合分析–反向決策干預(yù)驗(yàn)證的反饋閉環(huán)(圖1)，并逐步在模型中加入各種因素并對(duì)其在系統(tǒng)中的影響力量化建模。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)開(kāi)展將模式生物從牦牛拓展為畜牧生物多樣性的研究，并同步在野生生物中驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)土地資源、野生生物、畜牧生物和人類(lèi)信息的數(shù)字化采集和人工智能決策，用衛(wèi)星遙感與物聯(lián)網(wǎng)耦合技術(shù)推動(dòng)自然保護(hù)區(qū)動(dòng)態(tài)管理和可持續(xù)發(fā)展。

遙感和物聯(lián)網(wǎng)耦合數(shù)字化技術(shù)的創(chuàng)新具有重要應(yīng)用價(jià)值。首先，這一系統(tǒng)實(shí)時(shí)量化了保護(hù)區(qū)管理的四大內(nèi)容要素，能夠?yàn)楣芾聿呗院凸芾韺?shí)施提供重要依據(jù)，基于這一系統(tǒng)制定的數(shù)字化動(dòng)態(tài)邊界，改變了原有體系下固化邊界帶來(lái)的人類(lèi)活動(dòng)與野生動(dòng)物的空間矛盾。人類(lèi)根據(jù)野生生物的活動(dòng)范圍，合理制定緩沖區(qū)，盡量規(guī)避物種交叉帶來(lái)的傳染病和野生生物肇事風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)合理規(guī)劃牧區(qū)規(guī)模和生態(tài)補(bǔ)償，量化畜牧生物和野生生物資源占有配比，高效指導(dǎo)管理決策。其次，基于耦合技術(shù)的數(shù)字化保護(hù)區(qū)能夠?yàn)橄嚓P(guān)科研工作搭建強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，同時(shí)能夠?qū)?shí)施政策效果，如圍欄禁牧及對(duì)野生動(dòng)物棲息地的影響等進(jìn)行有效評(píng)估，并利用電子圍欄取代實(shí)體圍欄，維持草原開(kāi)放空間和畜牧生物與野生生物的流動(dòng)性。再次，生物承載量和活動(dòng)行為作為生態(tài)狀態(tài)的重要指示因子，通過(guò)耦合技術(shù)對(duì)遙感信息進(jìn)行深度挖掘，體現(xiàn)了遙感技術(shù)在生態(tài)學(xué)上的應(yīng)用價(jià)值以及與生物活動(dòng)相關(guān)研究中的前景。最后，數(shù)字化保護(hù)區(qū)有效推動(dòng)從“趕人”到“引流”的管理方式的升級(jí)，通過(guò)可感知的數(shù)字內(nèi)容吸引公眾關(guān)注拉動(dòng)旅游經(jīng)濟(jì)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)手段將原住民進(jìn)行工作派發(fā)，解決護(hù)林員短缺等問(wèn)題，從根本上解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的矛盾，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧動(dòng)態(tài)共存和自然保護(hù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。