樣圓調(diào)查法概述

趙文雁，潘得江，段福軍，樊蘭英，陳曉東

(1.山西省中條山國有林管理局中村林場(chǎng)，山西 沁水 048211；2.山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

森林資源二類調(diào)查是以森林經(jīng)營管理單位或行政區(qū)域?yàn)檎{(diào)查單位，為編制森林經(jīng)營方案、開展林業(yè)區(qū)劃規(guī)劃、指導(dǎo)森林經(jīng)營管理等需要進(jìn)行的調(diào)查活動(dòng)[1]。

樣圓調(diào)查法是由項(xiàng)目咨詢組提出，并應(yīng)用于中村林場(chǎng)森林經(jīng)營規(guī)劃中，以便為林場(chǎng)的下一個(gè)十年規(guī)劃(2021年～2030年)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。該方法以近自然營林理念為指導(dǎo)，將各項(xiàng)規(guī)劃(采伐、更新、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、森林保護(hù))融合在現(xiàn)地林分調(diào)查中，在林地中就完成具體到實(shí)施年度、實(shí)施措施的各項(xiàng)規(guī)劃。完成調(diào)查后產(chǎn)出的小班記錄卡片和小班規(guī)劃圖同時(shí)也是森林經(jīng)營規(guī)劃的主要組成部分。

1 樣圓調(diào)查法的主要特點(diǎn)

1.1 經(jīng)營主體被動(dòng)變主動(dòng)

將規(guī)劃融入到調(diào)查中，在單個(gè)小班(或細(xì)班)層面開展因地制宜的各項(xiàng)規(guī)劃，并將調(diào)查結(jié)果和規(guī)劃內(nèi)容記錄在同一張?zhí)貏e定制的外業(yè)記錄表(Field Record Sheet)中。這種融入經(jīng)營規(guī)劃的調(diào)查方法，包含一個(gè)現(xiàn)實(shí)的考量。如果林場(chǎng)的十年森林經(jīng)營規(guī)劃得到審批，林場(chǎng)即可不再開展十年規(guī)劃期內(nèi)的采伐、造林、基礎(chǔ)設(shè)施和森林保護(hù)規(guī)劃。在未來的十年內(nèi)，只需要在相應(yīng)的規(guī)劃年度內(nèi)認(rèn)真執(zhí)行，只有遇到特殊情況無法正常實(shí)施時(shí)，才需向上級(jí)提交變更申請(qǐng)。林場(chǎng)作為基層營林單位，可以免去每年各項(xiàng)規(guī)劃的工作量，而把精力集中到每年的具體實(shí)施作業(yè)中。由以往被動(dòng)接受上級(jí)安排各項(xiàng)任務(wù)，轉(zhuǎn)為根據(jù)本場(chǎng)林地實(shí)際情況主動(dòng)申請(qǐng)各項(xiàng)規(guī)劃，有利于林場(chǎng)經(jīng)營主體地位的體現(xiàn)和各項(xiàng)規(guī)劃的扎實(shí)開展。

1.2 樣地點(diǎn)系統(tǒng)分布

樣地按固定間距(25 m倍數(shù))設(shè)置在小班(或細(xì)班)內(nèi)最能代表林分總體狀況的樣線上。圓形樣地范圍小(半徑5.64 m，面積100 m2)，僅需2人(組長1人、組員1人)即可完成調(diào)查。樣圓法調(diào)查點(diǎn)是設(shè)置在涵蓋所有不同立地條件樣線上的系統(tǒng)分布點(diǎn)，這種方式避免了樣地設(shè)置時(shí)的隨意性，增加了樣地的代表性。與典型樣地布設(shè)樣點(diǎn)方法相比，有效避免了因人為認(rèn)識(shí)差異產(chǎn)生的調(diào)查點(diǎn)代表性不足的問題，提高了調(diào)查精度，尤其是蓄積量調(diào)查精度。

1.3 指標(biāo)增加

在調(diào)查記錄表中，樣圓法調(diào)查引入了“不可作業(yè)面積占比%”、“采伐材積高度占比%”、“修枝數(shù)量”等新的調(diào)查指標(biāo)，使得調(diào)查結(jié)果更加形象豐富，有利于下一步開展規(guī)劃。在樣圓內(nèi)除全面記錄林分各層次結(jié)構(gòu)信息外，還要根據(jù)目標(biāo)樹經(jīng)營的原則標(biāo)記目標(biāo)樹和采伐木，并將各項(xiàng)信息記錄在特別定制的外業(yè)計(jì)數(shù)表(Field Tally Sheet)中。另外，記錄表為立地、林分描述和各項(xiàng)規(guī)劃描述設(shè)置了大段的空白篇幅，為更詳細(xì)的表述該小班的現(xiàn)狀和各項(xiàng)規(guī)劃活動(dòng)提供了可能性。但同時(shí)也對(duì)調(diào)查人員的各項(xiàng)綜合能力提出了更高的要求。

1.4 應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫和地圖處理軟件成熟

外業(yè)記錄表(Field Record Sheet)和外業(yè)計(jì)數(shù)表(Field Tally Sheet)收集到的信息需錄入到特別開發(fā)的森林經(jīng)營數(shù)據(jù)庫(DataBase)中，該數(shù)據(jù)庫的錄入界面與外業(yè)記錄表、計(jì)數(shù)表一致，方便用戶錄入調(diào)查數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫輸出的小班記錄卡包括每個(gè)單獨(dú)小班的立地和林分描述、經(jīng)營目標(biāo)和規(guī)劃措施及結(jié)果，涵蓋采伐、分徑階林木株數(shù)、更新活動(dòng)等信息，也會(huì)實(shí)時(shí)顯示實(shí)際實(shí)施的活動(dòng)，甚至還包括經(jīng)濟(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)，如估算所需的人工和資金。

收集和規(guī)劃到的地理信息需更新到地理信息系統(tǒng)(ArcGis)中。ArcGis的引入使得森林調(diào)查和規(guī)劃所得數(shù)據(jù)可以系統(tǒng)、準(zhǔn)確地展示在一張圖中，可以全面系統(tǒng)地了解森林資源分布情況以及各類因子的區(qū)塊化顯示，以便進(jìn)行全面評(píng)估和規(guī)劃[2]。

2 樣圓調(diào)查法的操作流程

2.1 外業(yè)工作

2.1.1 前期準(zhǔn)備工作

1) 資料。準(zhǔn)備外業(yè)地圖、外業(yè)記錄表(Field Record Sheet)、外業(yè)計(jì)數(shù)表(Field Tally Sheet)。

外業(yè)地圖比例尺1∶10 000，要求顯示小班邊界、小班號(hào)、面積，道路網(wǎng)絡(luò)和其它林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，及圖例、比例尺、公里網(wǎng)格、坐標(biāo)系信息、指北針、制圖人和制圖時(shí)間等信息。也可以使用滿足上述要求的平板電腦數(shù)字地圖，疊加最新的衛(wèi)星圖像。

外業(yè)記錄表和外業(yè)計(jì)數(shù)表由咨詢組定制。外業(yè)記錄表包括：識(shí)別信息，包含位置、面積、林種、權(quán)屬等基本信息；立地描述，包含海拔、坡向、坡位、立地質(zhì)量等信息；林分描述，包含林分起源、樹種、林齡、更新狀況等信息；十年規(guī)劃，包含營林規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、森林保護(hù)規(guī)劃等信息。外業(yè)計(jì)數(shù)表用于記錄圓形樣地(面積100 m2，半徑5.64 m)范圍內(nèi)，不同樹種各徑階(每5 cm)的林木株數(shù)、天然更新數(shù)量和種類、主林層高度、目標(biāo)樹和采伐木信息等。

2) 工具。測(cè)繩(長度5.64 m)、圍尺、測(cè)高儀、夾板、筆、手持 GPS.

項(xiàng)目組推薦了超聲波測(cè)距儀器 Vertex Ⅳ，Transponder T3，可以協(xié)助林業(yè)工作者高質(zhì)量、高效率地完成樹高、距離、坡度等測(cè)量工作。該測(cè)量儀器設(shè)計(jì)的初衷是為滿足復(fù)雜多樣的林業(yè)外業(yè)工作需求，尤其適用于圓形樣地調(diào)查。T3及其支架位于樣圓中心，調(diào)查者攜帶Vertex Ⅳ環(huán)繞樣圓1周確定距離、樹高等信息。經(jīng)實(shí)地試用，在地形復(fù)雜、林下植物密布的林分環(huán)境中，該測(cè)量儀器比傳統(tǒng)的測(cè)繩、激光測(cè)距儀等工具更方便、精確。

2.1.2 調(diào)查過程

1) 提前準(zhǔn)備地圖文件，在充分踏查小班的基礎(chǔ)上，根據(jù)規(guī)劃經(jīng)營措施的不同細(xì)劃小班(如有需要)，并草繪到地圖上。以小班(或細(xì)班)為單位填寫林分記錄表(Field Record Sheet)的識(shí)別信息、立地描述、林分描述，記錄小班基本情況。在地圖中標(biāo)記重要標(biāo)識(shí)和基礎(chǔ)設(shè)施，如現(xiàn)存的步道、林道、電力設(shè)施，適宜的造林、補(bǔ)植地塊位置和范圍，存在的重大危害及位置等。

2) 根據(jù)踏查結(jié)果，合理規(guī)劃調(diào)查樣線，設(shè)置樣圓位置。調(diào)查樣點(diǎn)設(shè)置的原則是能代表林分的總體情況，樣地的分布應(yīng)涵蓋所有不同的立地條件(比如所有坡位)。對(duì)于每個(gè)小班，樣圓點(diǎn)應(yīng)系統(tǒng)分布在最能代表該小班綜合情況的直線上，沿該直線等距離(25 m的整倍數(shù))間隔設(shè)置樣地。每個(gè)小班至少設(shè)置3個(gè)圓形樣地，約2 hm2設(shè)置1個(gè)，最多設(shè)置6個(gè)樣地。樣地設(shè)置好后將樣地位置和坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注到地圖上。小班內(nèi)樣地系統(tǒng)分布示例見圖 1.

圖1 小班內(nèi)樣地系統(tǒng)分布示例

3) 完成樣圓調(diào)查并填寫外業(yè)計(jì)數(shù)表和外業(yè)記錄表第4(十年規(guī)劃)部分。調(diào)查人員(組長組員各1人)根據(jù)地形圖和GPS到達(dá)指定樣點(diǎn)后，組長用花桿或vertex Ⅳ標(biāo)記樣地中心，負(fù)責(zé)記錄(樣圓計(jì)數(shù)表和林分記錄表第4部分)。組員用測(cè)繩(5.64 m長)或Transponder T3確定樣圓邊界，負(fù)責(zé)標(biāo)記樹木(目標(biāo)樹、采伐木)和測(cè)量樹高、坡度、距離等。測(cè)量之前，5.64 m樣圓內(nèi)的目標(biāo)樹和干擾木應(yīng)分別用紅色和黃色標(biāo)記，而且需要考慮圈外的目標(biāo)樹和干擾木對(duì)圈內(nèi)林木產(chǎn)生的影響。選擇目標(biāo)樹和干擾木時(shí)主要考慮的因素包括經(jīng)營目標(biāo)、目標(biāo)樹種組成、目標(biāo)樹間距等。

在外業(yè)記錄表中填寫十年規(guī)劃部分，根據(jù)海拔、坡位、坡向及現(xiàn)地踏查結(jié)果，規(guī)劃經(jīng)營目標(biāo)，包括目標(biāo)樹種組成、擬采取的具體經(jīng)營措施及實(shí)施年度。

外業(yè)計(jì)數(shù)表用于記錄樣圓內(nèi)每個(gè)樹種各徑階(每5 cm 1個(gè)徑階)的林木株數(shù)、目標(biāo)樹數(shù)量、主林層平均高度、采伐木數(shù)量及它們的平均材積高度比(%)。利用計(jì)數(shù)表數(shù)據(jù)可以得到小班總體以及各徑階的林木株數(shù)、截面積和蓄積數(shù)據(jù)，以及每個(gè)小班的采伐木數(shù)量、采伐木蓄積、采伐木材積、采伐株數(shù)強(qiáng)度、采伐蓄積強(qiáng)度。

在地圖上草繪規(guī)劃區(qū)域、規(guī)劃年度及規(guī)劃措施，以便內(nèi)業(yè)調(diào)繪到Arcgis軟件中。

2.2 內(nèi)業(yè)工作

2.2.1 準(zhǔn)備工作

森林經(jīng)營數(shù)據(jù)庫(DataBase)。

加載好等高線和最新影像信息的地理信息系統(tǒng)(ArcGis)。

2.2.2 錄入系統(tǒng)

當(dāng)天完成外業(yè)調(diào)查后，及時(shí)把收集到的各項(xiàng)信息錄入到數(shù)據(jù)庫和更新到ArcGis中，并對(duì)紙質(zhì)文檔進(jìn)行歸檔，減少信息遺漏風(fēng)險(xiǎn)。

森林經(jīng)營數(shù)據(jù)庫(DataBase)的錄入界面與記錄表(Field Record Sheet)類似，方便操作人員錄入。之后在后臺(tái)根據(jù)輸出需求再進(jìn)行整合、計(jì)算出各類報(bào)表。

在地理信息系統(tǒng)(ArcGis)中更新小班的重要信息，包括細(xì)劃的小班信息、標(biāo)記的現(xiàn)存重要標(biāo)識(shí)和基礎(chǔ)設(shè)施、標(biāo)注規(guī)劃區(qū)位、規(guī)劃年度及規(guī)劃措施，并分層顯示。

3 思考與討論

將規(guī)劃融入調(diào)查，是樣圓調(diào)查法的主要特征。在林地中完成全面調(diào)查的同時(shí)提出未來十年的營林、基礎(chǔ)設(shè)施和森林保護(hù)規(guī)劃，使得規(guī)劃更貼近現(xiàn)實(shí)考量、更合理，也更容易落實(shí)。而規(guī)劃的依據(jù)直接來自于調(diào)查結(jié)果，也對(duì)調(diào)查結(jié)果的質(zhì)量提出了更高的要求，有利于同時(shí)提高調(diào)查和規(guī)劃的質(zhì)量。

樣圓法調(diào)查設(shè)置了每個(gè)小班需調(diào)查樣地?cái)?shù)量的上限(6個(gè))，單個(gè)小班樣地面積最多600 m2.而現(xiàn)行撫育設(shè)計(jì)中使用的典型樣地調(diào)查方法要求設(shè)置不小于作業(yè)小班面積 1% 的標(biāo)準(zhǔn)地(每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地面積 667 m2)。如，對(duì)于面積13.3 hm2的小班來說，樣圓法設(shè)置調(diào)查面積600 m2(6 個(gè)樣地)，而現(xiàn)行典型樣地調(diào)查方法要求調(diào)查面積至少 1 333 m2.相比較而言，樣圓法調(diào)查面積偏小。另外，在樣圓法調(diào)查中，林木徑階檢尺標(biāo)準(zhǔn)為5 cm，現(xiàn)行典型樣地調(diào)查要求的徑階標(biāo)準(zhǔn)為2 cm，樣圓法調(diào)查精度明顯不足。這樣的調(diào)查結(jié)果能否獲得可靠的林木數(shù)據(jù)，進(jìn)而滿足采伐指標(biāo)甚至采伐許可證申請(qǐng)的需求還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

內(nèi)業(yè)需要的數(shù)據(jù)庫和ArcGis軟件之間可以起到取長補(bǔ)短、互惠互利的效果。因?yàn)檫@兩款軟件共用mdb文件，同一個(gè)mdb文件可以在2個(gè)軟件之間共享，同時(shí)在各自軟件內(nèi)均可進(jìn)行更改、保存。數(shù)據(jù)庫偏重于數(shù)據(jù)方面的更正，ArcGis偏重于圖形方面的修改，各自的修改保存又能被對(duì)方所兼容，使得內(nèi)業(yè)管理工作更方便、快捷。