草原綜合植被覆蓋度的概念與計(jì)算方法

楊 智，徐 斌

（1.國(guó)家林業(yè)和草原局草原管理司，北京 100714；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

草原綜合植被覆蓋度(comprehensive vegetation coverage of grassland，CVCG)是為了在大尺度上客觀評(píng)價(jià)草原生態(tài)綜合狀況，對(duì)國(guó)家實(shí)行的草原生態(tài)建設(shè)工程、草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策后植被的恢復(fù)狀況等進(jìn)行有效評(píng)價(jià)而構(gòu)建的一個(gè)生態(tài)指標(biāo)。自2011年被《全國(guó)草原監(jiān)測(cè)報(bào)告》采納后，2015年草原綜合植被覆蓋度被《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見(jiàn)》(中發(fā)[2015]14號(hào))采納，2016年被列入《生態(tài)文明建設(shè)考核目標(biāo)體系》和《綠色發(fā)展指標(biāo)體系》，已經(jīng)成為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的一個(gè)重要的考核指標(biāo)。由于我國(guó)不同省(市、自治區(qū))的實(shí)際情況存在差異，各省區(qū)草原監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)在采用草原綜合植被覆蓋度應(yīng)用時(shí)，存在一定的偏差，從而影響其監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。因此，準(zhǔn)確理解草原綜合植被蓋度概念和內(nèi)涵，精準(zhǔn)掌握指標(biāo)測(cè)算方法，對(duì)更好地發(fā)揮該指標(biāo)在促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)中的作用具有重要的意義。

1 草原綜合植被覆蓋度的概念和剖析

草原綜合植被覆蓋度，指某一區(qū)域各主要草地類型的植被覆蓋度與其所占面積比重的加權(quán)平均值。它是用來(lái)反映大尺度范圍內(nèi)草原覆蓋狀況的一個(gè)綜合量化指標(biāo)，直觀來(lái)說(shuō)是指比較大的區(qū)域內(nèi)草原植被的疏密程度和生態(tài)狀況，計(jì)算中以草原植被生長(zhǎng)盛期地面樣地實(shí)測(cè)的覆蓋度作為主要數(shù)據(jù)來(lái)源[1-2]。

根據(jù)定義，草原綜合植被覆蓋度是一種地面調(diào)查覆蓋度的加權(quán)平均值，它是以覆蓋度作為基本計(jì)算單元的。覆蓋度是單位面積內(nèi)植被的垂直投影面積所占百分比，在野外多采用目估法進(jìn)行估測(cè)。草原綜合植被覆蓋度中的某一區(qū)域是指某個(gè)自然區(qū)域或行政區(qū)域，例如自然區(qū)域可以是青藏高原或錫林郭勒草原，區(qū)域可大可小，行政區(qū)域可以是國(guó)家、省級(jí)行政單元或縣級(jí)行政單元等，也是可大可小，主要根據(jù)需要確定計(jì)算單元。在一個(gè)區(qū)域或計(jì)算單元內(nèi)，有不同的草地類型，這些草地類型的面積大小各異，但同一草地類型，相對(duì)均勻和同質(zhì)，有一個(gè)代表性的植被覆蓋度，這個(gè)覆蓋度可以是多個(gè)覆蓋度的平均值。區(qū)域內(nèi)不同類型的草地占該區(qū)域總草地面積有一個(gè)比例(一般是百分?jǐn)?shù)，稱為權(quán)重值)，把區(qū)域內(nèi)所有草地類型的覆蓋度(或計(jì)算得到的平均值)，進(jìn)行加權(quán)平均，就得到該區(qū)域的草原綜合植被覆蓋度。需要強(qiáng)調(diào)的是不同草地類型布設(shè)樣地的數(shù)量和密度是以反映該草地類型的綜合植被覆蓋度所需的最低樣地?cái)?shù)量為基本條件的[3-4]。

2 草原綜合植被覆蓋度的計(jì)算方法及影響因素

2.1 草原綜合植被覆蓋度計(jì)算公式

草原綜合植被覆蓋度的計(jì)算方法，包括不同自然區(qū)域和行政單元的草原綜合植被覆蓋度計(jì)算。

2.1.1 自然區(qū)域

不同自然區(qū)域的草原綜合植被覆蓋度按照公式(1)計(jì)算。

式中：G為某自然區(qū)域的草原綜合植被覆蓋度；Gk為區(qū)域內(nèi)第k草地類型的綜合植被覆蓋度；Wk為區(qū)域內(nèi)第k草地類型的面積權(quán)重，面積權(quán)重是指監(jiān)測(cè)單元內(nèi)某草地類型的面積占全部天然草原面積的比例；k為某草地類型的序號(hào)；n為參與計(jì)算的草地類型的總數(shù)。

2.1.2 行政區(qū)域

不同行政區(qū)域的草原綜合植被覆蓋度按照公式(2)計(jì)算。

式中：Gi為第i行政區(qū)域的草原綜合植被覆蓋度；Gj為該行政區(qū)域第j草地類型的綜合植被覆蓋度；Wj為該行政區(qū)域第j草地類型的面積權(quán)重；j為該行政區(qū)域第j草地類型的序號(hào)；n為該行政區(qū)域參與計(jì)算的草地類型總數(shù)。為了方便不同行政區(qū)域草原綜合植被覆蓋度計(jì)算公式的理解和應(yīng)用，以下對(duì)公式(2)中各個(gè)字母要素在不同等級(jí)(縣域、省域和國(guó)家)行政單元中應(yīng)用的內(nèi)涵分別進(jìn)行解釋和說(shuō)明。

1)縣域尺度草原綜合植被覆蓋度計(jì)算。

計(jì)算基礎(chǔ)是該縣(旗)內(nèi)不同類型草原的植被覆蓋度和權(quán)重，權(quán)重為各類型天然草原面積占該縣(旗)天然草原面積的比例。需要注意的是，某類型草原覆蓋度是該類型草原所有監(jiān)測(cè)樣地植被覆蓋度的平均值。縣級(jí)以下行政區(qū)域綜合植被覆蓋度的測(cè)算方法與縣級(jí)行政區(qū)域綜合植被蓋度的計(jì)算基本相同。

2)省域尺度草原綜合植被覆蓋度計(jì)算。

省域是面積較大的行政區(qū)域，情況復(fù)雜，對(duì)省域草原綜合植被覆蓋度的影響因素比較復(fù)雜，計(jì)算基礎(chǔ)是該省(區(qū))內(nèi)不同類型草原的植被覆蓋度和權(quán)重，權(quán)重為各類天然草原面積占該省(區(qū))天然草原面積的比例。地市級(jí)行政區(qū)草原綜合植被蓋度的測(cè)算方法與省級(jí)行政區(qū)測(cè)算方法相同。

3)國(guó)家尺度草原綜合植被覆蓋度計(jì)算。

全國(guó)草原類型復(fù)雜，面積巨大，對(duì)全國(guó)草原綜合植被覆蓋度的影響因素眾多，全國(guó)草原綜合植被蓋度計(jì)算的基礎(chǔ)是全國(guó)不同類型草原的植被綜合覆蓋度和權(quán)重，權(quán)重為各類天然草原面積占全國(guó)天然草原面積的比例。

2.2 計(jì)算精度影響因素

在草原綜合植被覆蓋度計(jì)算中，影響精度的因素較多，由于計(jì)算是加權(quán)統(tǒng)計(jì)，影響精度的因素與統(tǒng)計(jì)方法有關(guān)，統(tǒng)計(jì)方法主要由樣本來(lái)估計(jì)總體，估計(jì)的優(yōu)劣或精度，與樣本值本身的質(zhì)量和樣本數(shù)量密切相關(guān)，樣本值本身的質(zhì)量和樣本數(shù)量就成為影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果的關(guān)鍵因素。在草原綜合植被覆蓋度計(jì)算中，所用的樣本是以樣地來(lái)表示的，樣地是代表一個(gè)群落整體狀況的地段，一般選在典型區(qū)域，盡量排除人為的主觀影響，通過(guò)樣地調(diào)查，來(lái)獲取具有統(tǒng)計(jì)意義的高質(zhì)量樣本值[1,4]。

一定數(shù)量的樣本是滿足統(tǒng)計(jì)精度的重要保障，不同的草地類型由于均勻情況不同，達(dá)到一定精度所需的樣本數(shù)量有很大的差別。由于在草原上采樣區(qū)域一般較大，而采樣的數(shù)量多，代表性就強(qiáng)，計(jì)算的精度就高，但耗費(fèi)的人力、財(cái)力和時(shí)間也隨之上升，因此現(xiàn)實(shí)中也不能要求數(shù)量太多。但如果采樣數(shù)量太少，又達(dá)不到統(tǒng)計(jì)上的要求，不能保證計(jì)算的精度，因此，計(jì)算草原綜合植被覆蓋度的樣地?cái)?shù)量有一個(gè)適合數(shù)量的問(wèn)題。了解計(jì)算草原綜合植被覆蓋度每個(gè)計(jì)算單元適合樣地?cái)?shù)量，才能保證計(jì)算的精度要求，這在計(jì)算中是一個(gè)重要問(wèn)題，具體情況可參考有關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)的資料[4-5]。從2005年開(kāi)始，農(nóng)業(yè)部草原監(jiān)理中心全面開(kāi)展草原監(jiān)理工作，每年在全國(guó)草原采樣框架的基礎(chǔ)上，采集大量的草原地面樣地，已經(jīng)積累了大量的草原樣地和樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。樣地由各省草原部門(mén)組織采集，采集內(nèi)容包括地貌、坡向、坡度、利用方式、利用狀況等樣地基本特征和植被覆蓋度、高度、產(chǎn)草量等樣方調(diào)查數(shù)據(jù)。全國(guó)的樣地布設(shè)方案是根據(jù)我國(guó)草原的特征設(shè)置的，根據(jù)草原植被種類和面積以及行政區(qū)劃的特點(diǎn)、降水量和地表溫度的分布規(guī)律，在全國(guó)范圍內(nèi)布設(shè)樣地監(jiān)測(cè)點(diǎn)。各省(區(qū))結(jié)合本省(區(qū))的草原種類、面積比例等特點(diǎn)，在全國(guó)草原布設(shè)樣地的框架基礎(chǔ)上，布設(shè)本省(區(qū))草原采樣地點(diǎn)。地面采樣工作以“縣域-省域-全國(guó)三級(jí)聯(lián)動(dòng)”的組織管理模式進(jìn)行，對(duì)樣方采集進(jìn)行精準(zhǔn)定位、嚴(yán)格審核、遠(yuǎn)程傳輸、分類入庫(kù)，建立全國(guó)地面樣地?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和管理系統(tǒng)，我國(guó)草原綜合植被覆蓋度的計(jì)算多以這些樣地?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算的結(jié)果可以反映我國(guó)草原的生態(tài)狀況和特點(diǎn)。

3 提高草原綜合植被覆蓋度計(jì)算方法的措施

3.1 分層取樣技術(shù)

在調(diào)查的樣區(qū)比較大時(shí)，由于生境條件差異大，例如樣區(qū)內(nèi)有陽(yáng)坡、陰坡等不均勻分布以及生物群落的明顯差異，使得在統(tǒng)計(jì)的總體內(nèi)的變量分層或不均勻分布，在這樣的條件下，如果在整個(gè)樣區(qū)進(jìn)行無(wú)差別的隨機(jī)取樣，樣本的代表性就會(huì)下降，影響調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性，而分層取樣則可避免這些弊病。分層取樣是根據(jù)調(diào)查的對(duì)象的分布特性，預(yù)先把總體分成幾個(gè)層(也叫類、亞類、地段等)，在各層中隨機(jī)取樣，然后合并成一個(gè)總體。各層的取樣數(shù)是按照各層的面積占總面積的比例(權(quán)重)來(lái)確定。在草原綜合植被覆蓋度調(diào)查中，由于調(diào)查的行政單元(省、地、縣)的尺度不同，情況復(fù)雜變異大，運(yùn)用分層取樣的方法和原理，可提高調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性[1,4-5]。

3.2 野外實(shí)際監(jiān)測(cè)和遙感技術(shù)相結(jié)合

草原綜合植被覆蓋度的計(jì)算，采用的是地面實(shí)測(cè)樣地的覆蓋度為數(shù)據(jù)源，然而遙感技術(shù)發(fā)展很快，遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率和時(shí)間分辨率不斷提高，特別是國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)的質(zhì)量不斷提高，遙感數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用于草原覆蓋度的計(jì)算。衛(wèi)星等遙感數(shù)據(jù)相對(duì)于地面樣地?cái)?shù)據(jù)具有全覆蓋的優(yōu)勢(shì)，在草原綜合植被覆蓋度計(jì)算中引入遙感等先進(jìn)技術(shù)，采用野外實(shí)際調(diào)查和遙感技術(shù)相結(jié)合，對(duì)提高計(jì)算的準(zhǔn)確度和時(shí)效性、改善計(jì)算方法、促進(jìn)草原綜合植被覆蓋度的廣泛應(yīng)用具有一定的意義，今后應(yīng)加大研究力度。

3.3 不同行政等級(jí)單元草原綜合植被覆蓋度計(jì)算注意要點(diǎn)

縣級(jí)行政區(qū)域是我國(guó)的基層行政單元，草原綜合植被覆蓋度的計(jì)算以各草原類型的覆蓋度和每個(gè)類型的面積占全縣草原總面積的權(quán)重作為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，在縣域內(nèi)有些類型的草原面積可能比較小，實(shí)際采集的樣地?cái)?shù)量可能沒(méi)有達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上的要求，計(jì)算的準(zhǔn)確度會(huì)受到影響，解決的辦法可能需要適當(dāng)增加采樣數(shù)量[3-5]。

省級(jí)行政區(qū)面積較大，且情況復(fù)雜，一般是以省級(jí)行政單元作為一個(gè)整體，以草原類型的覆蓋度和權(quán)重面積為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于草原面積比較小的省區(qū)，也要注意樣地的數(shù)量，樣地的數(shù)量要達(dá)到統(tǒng)計(jì)上的要求，這樣才可以保證計(jì)算結(jié)果的可靠性。

我國(guó)草原在國(guó)家尺度上更加復(fù)雜，面積巨大，全國(guó)草原綜合植被覆蓋度計(jì)算影響因素眾多。計(jì)算可以把全國(guó)作為一個(gè)整體單元，以草原類型的覆蓋度和面積權(quán)重值為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，也可以將各省計(jì)算的草原綜合植被覆蓋度作為基礎(chǔ)，進(jìn)行匯總和加權(quán)計(jì)算。這兩種方法在國(guó)家尺度上均可應(yīng)用，今后需要一些針對(duì)這兩種方法的比較研究工作。