澳大利亞草原監(jiān)測工作概述

楊 智,楊 季,劉 帥,陶偉國

（農(nóng)業(yè)部草原監(jiān)理中心,北京 100125）

草原作為一種重要的自然資源和土地類型,是陸地生態(tài)系統(tǒng)的天然屏障,在人類可持續(xù)發(fā)展中有著重要的作用。草原受氣候和人為因素影響,經(jīng)常處于動態(tài)變化之中。通過對草原的監(jiān)測和評估,及時掌握草原資源消長與生態(tài)變化狀況,可以有效獲取草原保護與建設(shè)、草原利用強度等信息,以便科學(xué)安排農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)布局、及時調(diào)整草原利用和經(jīng)營方式,加強對草原的保護和建設(shè),維護草原的生態(tài)服務(wù)功能。作為世界草原大國,澳大利亞的草原監(jiān)測工作已經(jīng)開展了30多年,形成了較為完整的監(jiān)測體系。本研究全面回顧和總結(jié)了澳大利亞草原監(jiān)測的進展,認(rèn)為其完善的組織管理體系、長期固定監(jiān)測點建設(shè)和豐富的監(jiān)測內(nèi)容等經(jīng)驗值得我國草原監(jiān)測工作借鑒。

1 澳大利亞草原概況

澳大利亞是草原大國,有草原面積近6億hm2,約占其國土面積的75%[1]。澳大利亞地區(qū)間的降水量差異較大,根據(jù)降水量的多少可將全國分為三大區(qū):沿海高雨區(qū)（位于大陸東南和西南）,內(nèi)側(cè)的半濕潤小麥-綿羊區(qū),再內(nèi)側(cè)為草原區(qū)。其中草原區(qū)主要處于海拔較低的廣大平原區(qū),包含了熱帶稀樹草原（薩瓦納）、林地、灌木、草地和荒漠等多個生態(tài)系統(tǒng)類型。澳大利亞草原區(qū)不僅是大量野生動物的棲息地,而且在采礦業(yè)、旅游業(yè)、畜牧業(yè)方面對于國民經(jīng)濟發(fā)展也做出了重要的貢獻。由于草原區(qū)內(nèi)干旱和半干旱地區(qū)面積廣闊,澳大利亞草原生產(chǎn)力的年際間波動較大。

2 澳大利亞草原監(jiān)測體系

2.1 澳大利亞草原監(jiān)測體系的發(fā)展澳大利亞開展草原監(jiān)測工作已經(jīng)有30多年的歷史,但在20世紀(jì)90年代之前,草原監(jiān)測工作主要由各個州獨立開展。每個州都有相應(yīng)的主管部門,根據(jù)本地區(qū)的情況制定監(jiān)測計劃,在方法上都是以地面調(diào)查為主,重點評價放牧對草地的影響。由于每個州采用的規(guī)范有所不同,還沒有形成統(tǒng)一的全國性草原監(jiān)測體系,監(jiān)測信息不能完全滿足政府決策的需要。在生物多樣性監(jiān)測方面,僅對一些物種的出現(xiàn)和消失進行了初步觀測,對于生物多樣性如何變化還沒有進行深入的研究。

1997年,在國土和水資源可持續(xù)管理委員會的倡導(dǎo)下,各州和北部地區(qū)向聯(lián)邦政府呼吁建立全國性的監(jiān)測數(shù)據(jù)收集、整理和評估的協(xié)調(diào)機制。聯(lián)邦政府依據(jù)《國家自然資源信托法》于1997年成立了澳大利亞國家土地和水資源稽查局,專門負(fù)責(zé)進行土地和水資源的稽查活動。1998年,國家土地和水資源稽查局提出了全國草原監(jiān)測工作計劃和一系列草原監(jiān)測項目,并通過各種形式向潛在用戶征求草原監(jiān)測的產(chǎn)品,使監(jiān)測能反映草原生產(chǎn)力、生物多樣性、水資源條件、氣候和社會經(jīng)濟等因素的多項指標(biāo)。2000年,國家土地和水資源稽查局提議在澳大利亞建立全國性的跨地區(qū)、跨部門的綜合草原監(jiān)測系統(tǒng),并得到了聯(lián)邦政府的支持,建立了澳大利亞合作牧地信息系統(tǒng)（ACRIS）,實現(xiàn)了對全國草原監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)牧業(yè)信息的整合。目前,草原監(jiān)測已經(jīng)是澳大利亞全國陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測的一個重要組成部分,并成為《政府環(huán)境報告》的重要內(nèi)容之一,定期發(fā)布。

2.2 澳大利亞合作牧地信息系統(tǒng)澳大利亞合作牧地信息系統(tǒng)是由澳大利亞聯(lián)邦政府相關(guān)組織與新南威爾士州、昆士蘭州、南澳大利亞州、西澳大利亞州和北方地區(qū)的機構(gòu)共同組成,主要負(fù)責(zé)資源管理和生物多樣性保護的數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。各州（區(qū)）機構(gòu)的主要職責(zé)是收集草原數(shù)據(jù),并不斷提高數(shù)據(jù)的有效性。ACRIS管理委員會（ACRIS-MC）負(fù)責(zé)檢查各相關(guān)單位工作情況,并召集不同工作組協(xié)助完成各自領(lǐng)域（如生物多樣性、社會經(jīng)濟）的報告。設(shè)立在沙漠知識協(xié)作研究中心（DK-CRC）的 ACRIS管理單位（ACRISMU）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)工作的具體執(zhí)行。ACRIS在積極推動數(shù)據(jù)采集、整理的同時,本身也利用聯(lián)邦政府的資源（如澳大利亞統(tǒng)計局）開展數(shù)據(jù)收集工作,并以報告的形式分析國家和不同地區(qū)草原的變化（圖1）[2]。

圖1 澳大利亞合作牧地信息系統(tǒng)工作框架

2001年 ACRIS發(fā)布了題為《Rangelands T racking Changes》的報告,對于完成全面反映國家草原狀況變化報告的所需信息做出了規(guī)定。2008年,ACRIS發(fā)布了題為《Rangelands 2008-Taking the Pulse》的報告,更加全面地反映了1992-2005年這段時期內(nèi)澳大利亞草原狀況變化的綜合信息,主題包括氣候變化、景觀功能、可持續(xù)管理、總體放牧壓力、生物多樣性、水資源管理和社會經(jīng)濟等多項內(nèi)容[2]。

3 各州草原監(jiān)測情況介紹

澳大利亞是世界上唯一獨自占據(jù)一個大陸的國家,它主要由6個州和2個地區(qū)構(gòu)成,分別是:新南威爾士州、昆士蘭州、維多利亞州、南澳大利亞州、西澳大利亞州、塔斯馬尼亞州、北方地區(qū)和首都地區(qū)。其中新南威爾士州、昆士蘭州、南澳大利亞州、西澳大利亞州和北方地區(qū)在草原監(jiān)測方面開展了大量的工作。

3.1 新南威爾士州國土和水資源保護部主管草原監(jiān)測工作,制定了較完整的草地評估計劃（RAP）。該計劃從20世紀(jì)90年代初開始針對7種草地類型建設(shè)了大約340個地面監(jiān)測點,每年監(jiān)測的內(nèi)容包括:生物量、物種組成和表土特性等。除在地區(qū)、草地類型尺度上監(jiān)測植被和土壤性質(zhì)的變化和趨勢外,還積極開展人員培訓(xùn),承擔(dān)對州土壤保護機構(gòu)保存的草地資源調(diào)查清單、繪圖、植被研究和監(jiān)測等歷史資料整理更新。

3.2 昆士蘭州初級產(chǎn)業(yè)部（DPI）、自然資源和礦業(yè)部（NRM）主管草原監(jiān)測工作。其中DPI管理的草原監(jiān)測計劃包括:樣帶記錄和處理系統(tǒng)（TRAPS）、QGRAZE計劃和草業(yè)核查計劃（Grass Check）,由NRM管理的監(jiān)測計劃包括全州地被和喬木研究（SLATS）與澳洲草原計劃（Aussie Grass）。

T RAPS:從1982年起沿永久樣帶逐步建立150個喬木樣地,監(jiān)測內(nèi)容包括:喬木組成、結(jié)構(gòu)和蓋度以及通過樣方測定草本植被組成、評估植物地理分布、結(jié)構(gòu)和動態(tài),分析氣候和火災(zāi)、放牧等擾動對其的影響。

QGRAZE:從1991年起建立了350個草原樣地,通過樣方測定草本和喬木物種組成、蓋度、生物量、優(yōu)質(zhì)牧草產(chǎn)量、喬木胸徑和土壤地表狀況及外來物種,并評價景觀功能、放牧條件、生物多樣性等級。

Grass Check:鼓勵牧場主積極參與的草原可持續(xù)性評價計劃通過建立歷史圖片記錄點記錄現(xiàn)有物種,估測可利用牧草產(chǎn)量、地表蓋度以及喬木的物種和蓋度。

SLATS:啟動全州地被和喬木研究計劃,發(fā)展遙感監(jiān)測系統(tǒng)（基于TM 影像）,定期報告草地范圍、條件和變化趨勢；監(jiān)測植被蓋度、土地利用,估算由于土地利用和林業(yè)導(dǎo)致的溫室氣體排放情況。

Aussie Grass:采用先進的空間模型模擬技術(shù)評估澳大利亞草原狀況。該模型實現(xiàn)了對全澳洲在每天時間尺度上空間分辨率為5 km/柵格的高時空分辨率的模擬,模型輸出結(jié)果包括相對于歷史情況的當(dāng)前草地植被的季節(jié)動態(tài)。

3.3 南澳大利亞州環(huán)境和水資源部（DEW）主管草原監(jiān)測工作,并在過去的十多年里,基于土地資源變化和草地承包建立了一套監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)草地資源管理和保護方面的相關(guān)法令,已經(jīng)建立了5 500個照片記錄點,及20 000個土地資源取樣點,建立了資源變化評估和承包信息清單系統(tǒng),可以為4 500個私人牧場評價和管理服務(wù)。該州的草原監(jiān)測側(cè)重于承包草地的空間尺度,對于草地狀況和照片記錄點的再次系統(tǒng)評估沒有固定時間表。

3.4 西澳大利亞州在西澳大利亞州,共有8家政府機構(gòu)參與草原管理,農(nóng)業(yè)部負(fù)責(zé)草原監(jiān)測、資源評估和承包監(jiān)管,建立了西澳大利亞草原監(jiān)測系統(tǒng)（WARMS）[3]。該系統(tǒng)在有代表性的地區(qū)建立了1 620個固定監(jiān)測樣地,使大多數(shù)承包草地至少有一個WARMS樣地,平均為3個。草地監(jiān)測點每3～6年評估一次。WARMS還要對先前系統(tǒng)的資料和數(shù)據(jù)庫進行維護,包括5 400個歷史相片記錄點的圖片。農(nóng)業(yè)部支持牧場主對照片記錄點自行監(jiān)測,鼓勵通過技術(shù)革新監(jiān)測牧場草地生產(chǎn)力和保護區(qū)的變化。目前正逐步開展基于遙感技術(shù)的植被蓋度監(jiān)測。

3.5 北方地區(qū)國土規(guī)劃和環(huán)境部主管草原監(jiān)測工作,監(jiān)測內(nèi)容包括國土資源評價（從個人牧場到整個地區(qū)）、繪圖牧場承包。監(jiān)測計劃包括2個層級,即 Tier1（偏重全州范圍）和 Tier2（偏重特定高原和流域）。

Tier1:包括對承包牧場建立永久相片記錄點,并觀察和記錄土壤和植被狀況,通過數(shù)據(jù)庫建設(shè)為草地評估、發(fā)布草地承包報告服務(wù)。

Tier2:利用2種相關(guān)的基于遙感的方法,結(jié)合建設(shè)永久監(jiān)測點建設(shè),監(jiān)測土壤、植被和景觀的變化。最近還加強了對生物多樣性的監(jiān)測。定時對草地承包地圖進行升級,比例尺達到1∶25萬。

4 澳大利亞草原監(jiān)測特點

4.1 穩(wěn)定的投入機制草原監(jiān)測是社會公益性工作,在草原生態(tài)建設(shè)中起著重要的基礎(chǔ)性作用。草原監(jiān)測預(yù)警工作必須有穩(wěn)定的專項業(yè)務(wù)經(jīng)費長期支持,用于已建和待建的各類監(jiān)測點的運轉(zhuǎn)和監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理分析等。在澳大利亞,從事草原監(jiān)測的州政府每年都有固定的財政投入,用于保證草原監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)正常運行,開展與草原監(jiān)測預(yù)警相關(guān)的科研工作,具體金額見表1[4]。

表1 澳大利亞每年草地監(jiān)測支出

4.2重視長期固定監(jiān)測點、照相記錄點建設(shè),積累豐富的地面實測數(shù)據(jù)在澳大利亞,為滿足草原監(jiān)測工作的需要,建立了大約2 500個長期固定監(jiān)測點和20 000多個取樣點。在固定監(jiān)測點的建設(shè)中,制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),保證了監(jiān)測點的統(tǒng)一性和規(guī)范性。以西澳大利亞州為例,固定監(jiān)測點對于樣地的選擇、樣地的大小、圍欄的設(shè)計以及標(biāo)識牌的統(tǒng)一等都有詳細的規(guī)定。

另外,在全國范圍內(nèi)建立了圖片記錄系統(tǒng)（PS）,該系統(tǒng)在重點草原區(qū)建立了1萬多個相片記錄點,每1～4年對草地景觀進行拍照,同時記錄草地的生物量。該系統(tǒng)允許用戶免費瀏覽和下載相關(guān)資料,目前有的記錄點積累歷史相片的時間跨度達80年,為草原景觀變化評估提供了第一手資料。

4.3 監(jiān)測內(nèi)容豐富,重視生物多樣性、地表土壤狀況等生態(tài)指標(biāo)的變化在澳大利亞草原監(jiān)測的地面數(shù)據(jù)采集工作中,十分重視對生物多樣性和地表土壤狀況變化的監(jiān)測。其中,澳大利亞的草原生物多樣性監(jiān)測是目前世界上最成熟的,2000年專門制定了《草原生物多樣性監(jiān)測指南》,內(nèi)容涉及鄉(xiāng)土植物、外來物種的種類和蓋度,易受火燒和放牧干擾的植物種類和群落以及易受影響的哺乳動物和鳥類的調(diào)查等[5-6]。

在每個固定監(jiān)測點,地表土壤狀況都是監(jiān)測的重點內(nèi)容。以西澳大利亞草原監(jiān)測為例,監(jiān)測點《野外操作指導(dǎo)手冊》中含有專門的表格,要求詳細記錄土壤狀況,內(nèi)容包括:土壤質(zhì)地、pH值、侵蝕形式和斑塊屬性等。還設(shè)計專門的表格,通過簡便易操作的打分制度對地表土壤侵蝕程度進行評估。此外,生物多樣性監(jiān)測和土壤狀況調(diào)查（含土壤養(yǎng)分、侵蝕、酸化及污染等）已經(jīng)成為政府環(huán)境報告中的重要內(nèi)容[7]。

4.4 把草原監(jiān)測同牧場承包結(jié)合,注重監(jiān)測成果利用在地面監(jiān)測中,除政府部門設(shè)立的固定監(jiān)測點外,草原管理部門還鼓勵牧場主對自己的牧場設(shè)立照片記錄點自行監(jiān)測,并建立牧場歷史資料。因此,澳大利亞草原監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋面較廣,很多地區(qū)已深入到牧場,可以實現(xiàn)對牧場草地植被狀況、土壤狀況以及生產(chǎn)潛力的準(zhǔn)確評估。此外,草原監(jiān)測的內(nèi)容還包括大量的社會經(jīng)濟調(diào)查,內(nèi)容包括從業(yè)人口資料、牧民收入、牧場管理計劃、信息獲取渠道等。管理部門可以依據(jù)牧場歷史資料和社會經(jīng)濟資料,在牧場承包和使用權(quán)流轉(zhuǎn)過程中制定合理的政策。

4.5 具有較高的草原監(jiān)測科研水平通過建設(shè)固定監(jiān)測點開展長期定位觀測和研究是記錄草原生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)現(xiàn)象和過程,分析其對人為干擾和氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)的重要手段。澳大利亞草原監(jiān)測系統(tǒng)除了積累豐富的觀測數(shù)據(jù)外,還具有非常高的科研水平。主要研究機構(gòu)有澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織、干旱環(huán)境管理中心、熱帶薩瓦納生態(tài)系統(tǒng)管理合作研究中心、國家氣象局和昆士蘭大學(xué)等。在方法學(xué)方面,以3S技術(shù)為基礎(chǔ),從固定監(jiān)測點到小流域、地區(qū)不同空間尺度上廣泛開展尺度擴展研究[8]；應(yīng)用先進的模型模擬技術(shù),輸入和輸出變量多,實現(xiàn)對復(fù)雜生態(tài)過程的模擬。

5 對我國草原監(jiān)測工作的啟示

5.1 完善組織管理體系目前我國草原監(jiān)測體系初步建立,全國20多個省區(qū)成立或明確了草原監(jiān)測機構(gòu),在全國400多個縣（市）開展了草原監(jiān)測工作任務(wù),有一支草原監(jiān)測工作隊伍。但還有較多的地、縣級沒有草原監(jiān)測機構(gòu),或者沒有明確草原監(jiān)測職能,開展草原監(jiān)測工作。目前基層草原監(jiān)測機構(gòu)交通工具、采樣監(jiān)測設(shè)備缺乏,技術(shù)手段和監(jiān)測能力相對落后。另外,當(dāng)前大多?。▍^(qū)）開展的草原監(jiān)測工作,僅限于完成農(nóng)業(yè)部每年布置的監(jiān)測工作任務(wù),滿足本地草原畜牧業(yè)生產(chǎn)和草原管理決策服務(wù)的監(jiān)測工作開展不足。因此,應(yīng)當(dāng)借鑒國外經(jīng)驗,進一步完善我國草原監(jiān)測組織管理體系。

5.2 加強國家級草原固定監(jiān)測點網(wǎng)絡(luò)建設(shè)草原固定監(jiān)測點是草原監(jiān)測體系中的一個重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。通過定期定點長期觀測,可以準(zhǔn)確獲取草原資源與生態(tài)的動態(tài)變化數(shù)據(jù),與衛(wèi)星遙感結(jié)合,搭建起“空地一體化”的草原監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。與澳大利亞等發(fā)達國家相比,目前我國固定監(jiān)測點建設(shè)滯后,固定監(jiān)測工作沒能有效開展,成為制約監(jiān)測工作發(fā)展的一塊短板。建設(shè)完善國家級固定監(jiān)測點網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可大幅提高草原監(jiān)測工作水平。

5.3 豐富監(jiān)測內(nèi)容,完善技術(shù)平臺目前,我國草原監(jiān)測內(nèi)容還不夠豐富,地面監(jiān)測主要集中于草原植被蓋度、高度和生產(chǎn)力等少數(shù)指標(biāo)上,在草原生態(tài)狀況和生物多樣性監(jiān)測方面還有非常大的潛力。因此,有必要根據(jù)國家需求進一步完善監(jiān)測內(nèi)容,同時根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容不斷研究改進監(jiān)測方法,完善技術(shù)平臺,使監(jiān)測工作易于操作；同時還要制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法,保證監(jiān)測成果科學(xué)性、完整性和統(tǒng)一性,不斷提高監(jiān)測業(yè)務(wù)化運行的效率和質(zhì)量。

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