內(nèi)蒙古(2009—2010年)草原資源外業(yè)調(diào)查的方法*

邢 旗,高 娃

(內(nèi)蒙古草原勘察設(shè)計院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

引言

內(nèi)蒙古擁有世界上較為豐富的草原類型和牧草動物資源。草原資源是內(nèi)蒙古國土的主體,也是國家重要的生態(tài)屏障和戰(zhàn)略資源,是自治區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),在維護國家食品安全和生態(tài)安全中起到舉足輕重的作用。由于長期超載過牧、粗放經(jīng)營、以及氣候和其它因素的影響,從60年代開始至今,內(nèi)蒙古草原發(fā)生了明顯變化。全區(qū)草原面積 60年代8 495.27萬hm2,2003年7 499.39萬hm2,近 40年草原面積總量減少995.88萬hm2,牧草總量降低55.19%;而草原退化、沙化、鹽漬化面積卻由60年代的18%擴大到2003年的75%。近年來國家在內(nèi)蒙古地區(qū)啟動了退牧還草、天然草原保護等重大工程,各地區(qū)草原資源在不同程序上發(fā)生了一定的變化。為了摸清內(nèi)蒙古草原現(xiàn)狀及變化,自治區(qū)政府決定用兩年時間(即2009～2010年底),在全區(qū)范圍內(nèi)進行1次大規(guī)模的草原資源遙感普查。本次草原普查采用遙感、GIS及GPS技術(shù)手段,通過地面調(diào)查數(shù)據(jù)為草原遙感分析提供重要依據(jù),為獲取可靠的草原本底數(shù)據(jù)提供可操作的技術(shù)方法和流程。本文可以為3S技術(shù)的草原普查外業(yè)工作提供可操作的技術(shù)工具,同時還可以為從事草原調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)與管理人員、教學(xué)人員提供參考。

1 外業(yè)調(diào)查的任務(wù)

外業(yè)調(diào)查的任務(wù)主要包括地面調(diào)查、收集資料及訪問調(diào)查等。地面調(diào)查:通過樣地樣方的實際描述與測定,獲取草原類型、分布范圍、退化沙化鹽漬化程度等相關(guān)數(shù)據(jù),以及不同地區(qū)不同草原類型產(chǎn)草量的指標參數(shù),找出實際地物與遙感數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系。收集資料:收集調(diào)查區(qū)草原資源、生態(tài)、生產(chǎn)經(jīng)營等方面的相關(guān)文本、圖件及統(tǒng)計數(shù)據(jù),為分析評價草原資源提供背景資料。訪問調(diào)查:通過訪問調(diào)查了解當?shù)夭菰Y源、生態(tài)環(huán)境、畜牧業(yè)經(jīng)營及植被恢復(fù)等情況,以及草原鼠蟲害、旱災(zāi)等自然災(zāi)害等。

2 技術(shù)路線及總體框架

外業(yè)調(diào)查工作包括準備工作、地面調(diào)查、檢查驗收等環(huán)節(jié)。總體框架見圖1。

圖1 草原外業(yè)調(diào)查總體框架

3 準備工作

3.1 組織準備

成立領(lǐng)導(dǎo)小組。負責(zé)協(xié)調(diào)落實草原普查任務(wù),解決草原普查的重大問題成立專門的組織機構(gòu),明確責(zé)任人,負責(zé)本區(qū)域草原調(diào)查的組織和協(xié)調(diào)工作,根據(jù)工作任務(wù)制定工作方案和計劃。下設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室,負責(zé)落實領(lǐng)導(dǎo)小組的決定事項,組織制定工作方案,督促檢查普查進度和質(zhì)量。成立專家組。負責(zé)草原資源普查相關(guān)技術(shù)性文件審查,解決草原普查過程中的重大技術(shù)性問題。成立技術(shù)指導(dǎo)組。由草原相關(guān)部門有一定理論和實踐經(jīng)驗的專家和技術(shù)人員組成技術(shù)指導(dǎo)組,負責(zé)技術(shù)規(guī)程的編制與修改,以及技術(shù)培訓(xùn),組織到調(diào)查區(qū)實地進行技術(shù)指導(dǎo),解決調(diào)查過程中出現(xiàn)的技術(shù)難點和疑點問題,并負責(zé)督促檢查驗收。組建調(diào)查小組。為完成外業(yè)調(diào)查任務(wù),組建若干個外業(yè)調(diào)查小組,按確定的調(diào)查方法和路線開展地面數(shù)據(jù)采集、收集資料和訪問調(diào)查工作。

3.2 物資準備

結(jié)合調(diào)查區(qū)域的實際情況和具體調(diào)查內(nèi)容,準備必需的物資、條件和設(shè)備。主要設(shè)備有GPS、數(shù)碼相機和計算器;記錄用品包括野外調(diào)查表格、野外記錄本、文件夾、鉛筆、橡皮、卷筆刀等;樣方測量物品為剪刀、布袋、1m×1m樣方框、面積1m2樣圓、刻度測繩、皮尺、直尺、卷尺等、便攜式天平或桿秤、樣品袋、標本夾、標簽;其他物資條件如交通工具、藥品等。

3.3 資料準備

遙感信息源:收集不同時期、不同來源的衛(wèi)星遙感資料,空間分辯率不小于30m,至少要包括可見光和近紅外波段,影像時相選擇植被生長的最佳時期。其它資料:收集有關(guān)草原資源與畜牧業(yè)方面的圖件、統(tǒng)計資料及調(diào)查報告等,包括植被類型圖、草地資源類型圖、土地利用現(xiàn)狀圖,以及土壤、水文、地形圖等資料。

3.4 技術(shù)培訓(xùn)

集中對參加草原普查的管理和技術(shù)人員進行培訓(xùn),內(nèi)容包括技術(shù)規(guī)程、草原分類系統(tǒng)、遙感及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)、影像判讀、野外調(diào)查表格填寫、野外數(shù)據(jù)獲取方法等。

3.5 工作底圖制作

選擇30m空間分辯率的衛(wèi)星圖像,對遙感圖像精確糾正、輻射校正、圖像增強、拼接及裁圖、附標準地形圖分幅號、公里網(wǎng)、大地坐標、比例尺,并疊加旗縣級行政界線等,制作1∶10萬比例尺分幅的遙感影像圖,并作為草原地面調(diào)查工作底圖。

3.6 預(yù)判

閱讀資料:掌握調(diào)查區(qū)草原類型及其分布規(guī)律、草原利用狀況、生態(tài)環(huán)境問題等信息,了解調(diào)查區(qū)域氣候、地形地貌、土壤植被、土地利用、人為活動等自然及社會狀況。

初步建立判讀標志:對影像所反映的要素進行綜合分析,找出影像與草原類型之間對應(yīng)的特點及規(guī)律,初步確定草原類、亞類、型、非草地類,退化、沙化、鹽漬化草原,以及草原開墾等判讀標志。對同譜異物或異物同譜的現(xiàn)象,通過野外樣地的資料進行識別及推測。

3.7 布設(shè)樣地

3.7.1 樣地類型

樣地類型分為主樣地、輔助樣地和觀察樣地3種類型。主樣地是在具有廣泛代表性、地帶性的草原類型設(shè)置的樣地,主樣地重復(fù)3次,進行詳細的分種描述和測產(chǎn)。輔助樣地是對主樣地的補充和完善,即根據(jù)草原利用方式、強度、退化沙化程度等設(shè)置的樣地,輔助樣地進行常規(guī)調(diào)查測定。觀察樣地是在路線調(diào)查過程中,根據(jù)草原類型、非草地類的變化而布設(shè)的調(diào)查樣地,觀察樣地對土地類型進行簡單的描述和記錄。

3.7.2 樣地設(shè)置原則

(1)在草原生態(tài)與生產(chǎn)中有重要價值,面積較大,分布廣泛,代表性強的草原類型;(2)草原生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱,已經(jīng)沙化、退化、鹽漬化和易被破壞的草原類型區(qū);(3)對于利用方式不同及利用強度不一致的草原,應(yīng)考慮分別設(shè)置樣地;(4)兼顧具有特殊經(jīng)濟價值和一些特殊地形地貌的草原類型;(5)樣地要均勻分布,并且盡可能與調(diào)查和監(jiān)測的樣點相協(xié)調(diào);(6)在室內(nèi)預(yù)判過程中,對具一定面積,且影像特征較均一的地段應(yīng)布設(shè)樣地;(7)對預(yù)判過程中出現(xiàn)疑難問題,需要在其地段布設(shè)樣地。

3.7.3 樣地布設(shè)密度

根據(jù)草原普查的內(nèi)容和要求,依據(jù)遙感數(shù)據(jù)的空間分辯率和草原類型分類精度等,確定樣地布設(shè)的數(shù)量。以1∶10萬為工作底圖,全區(qū)需布設(shè)主樣地和輔助樣地7 000～8 000個,其中,平均每幅地形圖設(shè)置主樣地1個,全區(qū)共設(shè)置700～900個;輔助樣地每幅平均布設(shè)6～8個,全區(qū)共設(shè)置7 000個左右。在地形和草原類型復(fù)雜的圖幅上,要多布設(shè)樣地;對于草原類型較為一致的圖幅,可以適當減少樣地布設(shè)數(shù)量;林區(qū)、戈壁地區(qū)的圖幅,可以不設(shè)置樣地。

4 野外數(shù)據(jù)采集

4.1 調(diào)查時期

野外調(diào)查選擇植物生長高峰期時進行。測定時間以當?shù)夭莸厝郝渲兄饕敛葸M入產(chǎn)草量高峰期為宜。內(nèi)蒙古東部地區(qū)一般在7月下旬 ～8月下旬為宜,西部地區(qū)在8月中旬～9月中旬為宜。

4.2 攜帶圖件

野外工作時,為了滿足實地對照,并建立和補充相關(guān)的標志,需要攜帶工作底圖、地形圖、行政區(qū)域圖、交通圖等圖件;必要時還可以攜帶不同時期的草原類型圖、土地利用現(xiàn)狀圖、降雨和氣溫分布圖、土壤分布圖等。

4.3 路線選擇

以旗縣為基本調(diào)查單元,依照調(diào)查區(qū)遙感影像特征、草原類型分布狀況、室內(nèi)布設(shè)樣地狀況及交通條件,選擇調(diào)查路線。選擇調(diào)查路線時,應(yīng)考慮穿越調(diào)查地段的主要地形地貌、涵蓋主要的草原植被類型。

4.4 樣地調(diào)查

樣地調(diào)查包括主樣地、輔助樣地和路線觀測樣地的調(diào)查。樣地選擇原則:(1)在平原丘陵區(qū),樣地應(yīng)安排在比較開闊的區(qū)域;(2)在山地,要依據(jù)草原類型分布的海拔高度和坡向,選擇樣地;(3)在沙地,固定、半固定沙地和丘間低地均需選擇樣地;(4)草甸和沼澤樣地,應(yīng)依據(jù)衛(wèi)星影像解譯結(jié)果,在分布面積大的河谷段或湖盆區(qū)布設(shè)樣地;(5)對面積較大的退化、沙化及鹽漬化區(qū)域,應(yīng)按照梯度變化布設(shè)樣地;(6)針對特殊地段,根據(jù)需要設(shè)置樣地。

4.5 樣方調(diào)查

4.5.1 主樣地和輔助樣地的樣方調(diào)查

樣方主要用來記載草原群落的生物學(xué)特性和生產(chǎn)性能,包括分種測定樣方、測產(chǎn)樣方和記名樣方。主樣地設(shè)置3個分種測定樣方和10個記名樣方;輔助樣地設(shè)置1個分種測定樣方、2個不分種測產(chǎn)樣方和10個記名樣方。

4.5.2 樣方設(shè)置

在樣地內(nèi),依據(jù)典型性原則,選擇能夠代表整個樣地草原植被、地形及土壤等特征的地段,安排第一個樣方;然后,按一定方向在50～100m的間隔距離,依次確定第2、3個樣方的位置。

4.5.3 樣方大小

草本、小半灌木和小灌木樣方:草原1×1m2,草甸0.5×0.5m2,半荒漠 1×12m2,荒漠 2×2m2。灌木及高大草本樣方:灌木10×10m2,高大草本及高大半灌木4×4m2。

4.5.4 樣方測定

草本及小(半)灌木樣方調(diào)查見表2,灌木及高大草本樣方調(diào)查見表3。灌木及高大草本樣方調(diào)查,可根據(jù)實際情況,選擇折算標準株法、全測法或樣線法。記名樣方在樣地內(nèi)隨機設(shè)置,樣方大小為1×1m2。

4.6 路線觀察樣地

在外業(yè)調(diào)查過程中,調(diào)查人員需要密切觀察土地利用狀況、草原景觀、草原類型和利用強度等變化,隨時確定調(diào)查樣地。如不需要做測定和測產(chǎn)樣地,則有必要記錄觀測樣地。

觀察樣地選擇原則:(1)在草地與非草地過渡區(qū),分別設(shè)置草地與非草地觀測樣地;在耕地和其它非草地之間的過渡區(qū),也要選擇觀測樣地。(2)在主要草原類型過渡區(qū),設(shè)置觀測樣地,并且在具體的界線上做記錄。(3)在宏觀地形地貌變化及土壤基質(zhì)變化區(qū)域,設(shè)置樣地,進行觀測記載。

4.7 建立判讀標志

在進行野外路線調(diào)查及樣地調(diào)查時,需要將野外實際地物與遙感影像特征聯(lián)系起來,構(gòu)建相關(guān)信息的對應(yīng)關(guān)系。同時,要及時將草原調(diào)查路線和樣地位置、編號,準確地標在工作底圖上。根據(jù)上述信息,建立影像判讀標志,并在工作底圖上勾繪主要草地與非草地、草地類等之間的界線。此外,還要記錄目視范圍內(nèi)草地與非草地、草地類型、退化沙化鹽漬化等信息。

4.8 收集資料

通過外業(yè)調(diào)查或?qū)ｉT收集等方式,在調(diào)查區(qū)盟市、旗縣及草原畜牧業(yè)、水利、氣象等相關(guān)部門,收集與當?shù)夭菰鷳B(tài)及畜牧業(yè)相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、調(diào)查報告及圖件。

4.9 訪問調(diào)查

通過訪談和入戶調(diào)查的形式,向當?shù)卣ぷ魅藛T、草原技術(shù)與管理人員以及牧民了解本區(qū)域內(nèi)的草原資源、生態(tài)環(huán)境、畜牧業(yè)經(jīng)營及植被恢復(fù)等情況。并且,要具體了解草原生態(tài)工程建設(shè)、放牧管理與打草場刈割制度、人工飼草料種植、禁牧休牧、補飼、水源管理以及野生動物類等相關(guān)內(nèi)容。

5 植物標本采集

結(jié)合本次草原資源調(diào)查,收集植物資源,為建立草原植物資源標本館及數(shù)字植物標本共享平臺打基礎(chǔ)。采用數(shù)碼相機、錄像機采集、拍照和錄制野生植物資源,采集植物活體,制作干標本、浸制標本,構(gòu)建植物資源信息庫。

5.1 實物標本

在全區(qū)范圍內(nèi)按著各個大類(亞類)草原建群種、優(yōu)勢種、伴生種、特有種以及有毒有害植物采集植物標本。根據(jù)植物的物候期,采集根、莖、葉、花、果、實等完整的植株體。每種植物采集數(shù)量不少于3～5份。對采集的鮮標本,要求及時夾入標本夾,隨時更換標本紙,防止霉爛、變色。

5.2 數(shù)字標本

要求莖、葉、花、果全株拍照,特殊的植物個體用特寫鏡頭表現(xiàn)。像素要高,圖像要清晰。每種植物拍照數(shù)量不少于3～5張。

6 檢查驗收

對樣地樣方調(diào)查表、照片、資料及時進行自檢和抽檢。自檢由各小組負責(zé),抽檢由調(diào)查技術(shù)組負責(zé)。抽檢樣地樣方數(shù)據(jù)不得少于2%～4%。抽檢時,要做好記錄和說明。當95%以上的樣地樣方表格記錄完整時,視為合格。

結(jié)論:內(nèi)蒙古2009年～2010年開展全區(qū)大規(guī)模的草原資源普查,本次普查采用3S技術(shù)與地面調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)路線,采用遙感、GIS及GPS技術(shù)手段為基礎(chǔ)的草原地面調(diào)查技術(shù)方法。地面調(diào)查包括主樣地、輔助樣地和路線觀測樣地的調(diào)查。根據(jù)遙感預(yù)判結(jié)果布設(shè)各類樣地,并建立遙感識別的標志和相關(guān)的對應(yīng)關(guān)系,為草原普查內(nèi)業(yè)分析打好基礎(chǔ)。本文提供了基于3S技術(shù)的草原普查外業(yè)工作的技術(shù)工具,為從事草原調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測的工作者和研究者提供參考。

〔1〕邢旗,高娃等.內(nèi)蒙古草原資源遙感調(diào)查報告.〔R〕.2004.

〔2〕內(nèi)蒙古自治區(qū)草原資源調(diào)查暫行規(guī)程.1984.

〔3〕NY/T 1233-2006全國草原資源與生態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程.

〔4〕邢旗、高娃、畢力格吉夫等.應(yīng)用3S技術(shù)進行內(nèi)蒙古草原面積調(diào)查研究〔C〕.呼和浩特:內(nèi)蒙古草業(yè)研究.

〔5〕高娃,邢旗,劉德福.草原“三化”遙感監(jiān)測技術(shù)方法和指標的研究〔J〕.草原與草坪.2007.

〔6〕劉紀遠主編.中國資源遙感宏觀調(diào)查與動態(tài)研究.〔M〕.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社.1995.