一種森林資源連續(xù)清查體系的引進(jìn)及應(yīng)用

陳曉東

(山西省中條山國(guó)有林管理局中村林場(chǎng)，山西 沁水 048200)

1 引言

在中德技術(shù)合作“山西森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)示范林場(chǎng)建設(shè)”項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，德國(guó)專家采用“樣圓調(diào)查法”[1]進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查，為林場(chǎng)森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃(2021-2030)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐；采用“森林資源連續(xù)清查體系”建設(shè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期固定樣地，連續(xù)動(dòng)態(tài)掌握森林資源的現(xiàn)狀和消長(zhǎng)情況，同時(shí)為前期調(diào)查數(shù)據(jù)提供精度控制[2]。使森林經(jīng)營(yíng)成為集調(diào)查規(guī)劃、精準(zhǔn)實(shí)施和后期連續(xù)監(jiān)測(cè)為一體的整體系統(tǒng)活動(dòng)。

“森林資源連續(xù)清查體系”(以下簡(jiǎn)稱“清查體系”)布局科學(xué)，操作簡(jiǎn)單，可進(jìn)行定量精準(zhǔn)化、連續(xù)化的跟蹤核查，監(jiān)測(cè)國(guó)有林場(chǎng)整體森林資源變化[3]；監(jiān)測(cè)各項(xiàng)營(yíng)造林活動(dòng)對(duì)樹種組成、蓄積量及更新活動(dòng)產(chǎn)生的影響；監(jiān)測(cè)已制定的森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃的執(zhí)行情況；同時(shí)可根據(jù)科研的需要，增加監(jiān)測(cè)指標(biāo)，為科研活動(dòng)提供樣地和數(shù)據(jù)支持。本文就樣點(diǎn)布局、樣圓調(diào)查、數(shù)據(jù)庫(kù)建立對(duì)這一清查體系進(jìn)行詳細(xì)分析和總結(jié)，為今后森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)提供系統(tǒng)的操作方法，指導(dǎo)森林可持續(xù)發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展。

2 系統(tǒng)布局

2.1 樣點(diǎn)數(shù)量確定

樣點(diǎn)數(shù)量(n)的計(jì)算公式如下，一定區(qū)域內(nèi)的樣點(diǎn)數(shù)量取決于兩個(gè)變量，即數(shù)理統(tǒng)計(jì)可靠度(1-α)、森林資源數(shù)量的變異系數(shù)(CV)和t值，t值是一個(gè)常量(值為1.965)。

(1)

數(shù)理統(tǒng)計(jì)可靠度(1-α)：一般設(shè)置為85%，90%，95%，要求的可靠度越高，需要調(diào)查的樣點(diǎn)數(shù)量越多。

變異系數(shù)(CV)：是衡量一組數(shù)據(jù)中各觀測(cè)值變異程度的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，變異系數(shù)越大，需要調(diào)查的樣點(diǎn)數(shù)量越多。這里計(jì)算變異系數(shù)(CV)時(shí)，簡(jiǎn)單采用有林地范圍內(nèi)各小班hm2蓄積量的變異系數(shù)，指征林場(chǎng)范圍內(nèi)森林資源的離散程度。

(2)

以中村林場(chǎng)為例，全場(chǎng)有林地面積約1.53萬(wàn)hm2，調(diào)查樣點(diǎn)公頃蓄積量的變異系數(shù)為59.5%，數(shù)理統(tǒng)計(jì)可靠度設(shè)為90%，需要調(diào)查的樣點(diǎn)數(shù)量測(cè)算結(jié)果如下：

2.2 樣點(diǎn)位置及分布

清查體系的樣點(diǎn)設(shè)置呈均勻分布的樣點(diǎn)，因此確定樣點(diǎn)位置及分布的實(shí)質(zhì)是確定樣點(diǎn)之間的間距(D)。

s=S÷n

(3)

(4)

式(3)、(4)中：s表示單個(gè)樣點(diǎn)的代表面積；S表示待評(píng)估區(qū)域面積(即中村林場(chǎng)有林地總面積)；n表示樣點(diǎn)數(shù)量，D表示樣點(diǎn)間距。

以中村林場(chǎng)為例，在1.53萬(wàn)hm2的有林地中，90%數(shù)理可靠度要求下，清查樣點(diǎn)數(shù)量為137個(gè)，樣點(diǎn)間距為1057 m，每樣點(diǎn)的代表面積為112 hm2。

為方便實(shí)際操作，同時(shí)增加評(píng)估的準(zhǔn)確度，將計(jì)算所得的樣點(diǎn)間距取整，設(shè)置為1000 m，在全場(chǎng)林地范圍內(nèi)(去除非林地和爭(zhēng)議小班，1.74萬(wàn)hm2)布設(shè)清查樣點(diǎn)，最終確定樣點(diǎn)數(shù)量為174個(gè)，每樣點(diǎn)代表面積為100 hm2。

2.3 樣點(diǎn)落地過(guò)程

在實(shí)際操作過(guò)程中，項(xiàng)目組成員不斷實(shí)踐，摸索出了實(shí)用可行的落地方法。該方法的過(guò)程如下。

(1)通過(guò)ArcGis軟件工具箱中的“創(chuàng)建漁網(wǎng)”功能，在矢量地圖中創(chuàng)建shp格式的樣點(diǎn)圖層。在使用“創(chuàng)建漁網(wǎng)”功能時(shí)，所在數(shù)據(jù)應(yīng)處于投影坐標(biāo)系而非地理坐標(biāo)系。通過(guò)對(duì)樣點(diǎn)層進(jìn)行投影和轉(zhuǎn)換后可以形成kml格式的導(dǎo)航文件，該文件可在GoogleEarth或手機(jī)導(dǎo)航軟件中加載使用。

(2)接近和確定樣點(diǎn)：普通智能手機(jī)安裝“兩步路戶外助手”導(dǎo)航和加載kml文件，完成外業(yè)樣點(diǎn)位置確定和導(dǎo)航[4]。

(3)無(wú)論使用導(dǎo)航軟件還是GPS，在最終確認(rèn)某一具體點(diǎn)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)飄忽現(xiàn)象，為避免出現(xiàn)隨意布設(shè)情況，在距離目標(biāo)樣點(diǎn)10 m左右時(shí)，先通過(guò)導(dǎo)航軟件或GPS確定目標(biāo)方位，然后用皮尺完成清查樣點(diǎn)的最終確認(rèn)。

該方法不需要額外增加成本，極大地方便了林業(yè)基層技術(shù)人員的外業(yè)工作，僅需一部普通智能手機(jī)即可完成，定位精度最小為4 m，能夠全程可視化的滿足樣點(diǎn)的導(dǎo)航需求。該方法在幫助技術(shù)人員完成第一次樣點(diǎn)設(shè)置之后，所保留的軌跡、標(biāo)注、照片和視頻資料等電子資料，也在一定程度上降低了后續(xù)調(diào)查的難度。

3 樣圓調(diào)查法

標(biāo)定樣圓中心點(diǎn)，將一根40～50 cm長(zhǎng)的木樁釘入樣圓中心點(diǎn)，在完成樣圓調(diào)查即將離開樣圓時(shí)要用紅漆噴涂木樁露出地面部分。

3.1 樣圓面積

樣地設(shè)置為半徑7 m的樣圓，不同半徑范圍內(nèi)，調(diào)查對(duì)象不同，見(jiàn)圖1。

圖1 不同半徑范圍內(nèi)調(diào)查要求

3.2 調(diào)查范圍

不同徑級(jí)的林木數(shù)據(jù)在不同范圍內(nèi)獲得，半徑2 m范圍內(nèi)，調(diào)查胸徑<5 cm的喬木樹種名稱、規(guī)格和數(shù)量；半徑4 m范圍內(nèi)，調(diào)查5 cm ≤ DBH < 20 cm的喬灌木；半徑7 m范圍內(nèi)，調(diào)查DBH≥20 cm的喬木。不同徑階林木的調(diào)查半徑示意圖如1所示。

3.3 調(diào)查指標(biāo)

以樣圓中心點(diǎn)處確定的方位角為依據(jù)確定樣木調(diào)查順序，從0°～360°。調(diào)查指標(biāo)包括：

(1)林分特征：林分發(fā)育階段、樹種、胸徑、樹高、更新樹種、更新數(shù)量。

(2)樣地基本特征：海拔、坡位、坡度、坡向。

(3)從樣點(diǎn)中心到樣木的距離和方位角信息。

(4)另外，可細(xì)化林分發(fā)育階段、混交類型、起源、林木蓋度、灌木蓋度、受損類型和程度、目標(biāo)樹種組成，涵蓋其他科研主題的指標(biāo)也可一并獲得。

其中，更新調(diào)查按高度不同分3類，10 cm

3.4 操作要點(diǎn)

3.4.1 永久標(biāo)記樣圓樣木

樣木胸徑位置用油漆轉(zhuǎn)圈標(biāo)記；在樹身合適位置標(biāo)記樹號(hào)：距地面約30～50 cm處標(biāo)記樹牌(與國(guó)家一類連清樹牌相同)。

3.4.2 分工合作

經(jīng)過(guò)多次外業(yè)測(cè)試，設(shè)置和調(diào)查一個(gè)樣圓點(diǎn)，需要的人員最少為3人，花費(fèi)時(shí)長(zhǎng)為半天。具體分工為：(1)位于樣圓中心點(diǎn)，負(fù)責(zé)記錄、確定方位角和樣木到樣圓中心的距離；(2)負(fù)責(zé)確定樣木到樣圓中心的距離，測(cè)量胸徑并用粉筆標(biāo)記胸徑位置；(3)負(fù)責(zé)用油漆標(biāo)記樹號(hào)、釘樹牌，協(xié)助測(cè)量樹高等。其他需要測(cè)量的參數(shù)由小組成員共同確定。

3.4.3 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

實(shí)際調(diào)查工作中需要注意的其他事項(xiàng)：胸徑超過(guò)5 cm的灌木，也應(yīng)作為樣木記錄；測(cè)量樹高應(yīng)盡量準(zhǔn)確，建議使用儀器(Vertex IV&Transponder T3)來(lái)測(cè)量，該儀器也能用于距離、坡度等因子測(cè)量，尤其適用于坡度較大樣地開展調(diào)查工作[5]；采用皮尺測(cè)量的，直接獲得水平距離比較困難時(shí)，可以先測(cè)量斜距，再通過(guò)坡度校正系數(shù)表完成水平距離的校正；如果樣點(diǎn)正好落到懸崖峭壁或柏油、水泥路等非林地中，則應(yīng)自主向北或南移動(dòng)100m，先北后南。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立

德方咨詢專家和項(xiàng)目組共同開發(fā)了基于My sql數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的在線數(shù)據(jù)錄入&分析軟件(圖2)，數(shù)據(jù)庫(kù)能滿足以下基本功能：

圖2 數(shù)據(jù)錄入&分析數(shù)據(jù)庫(kù)頁(yè)面

(1)多人同時(shí)在線錄入。

(2)多林場(chǎng)長(zhǎng)期多次錄入(5年一次)，長(zhǎng)期保存。

(3)能按照林分發(fā)育階段、樹種、徑級(jí)等多種參數(shù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析(圖3)。

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)中中村林場(chǎng)樣點(diǎn)分布

(4)所得數(shù)據(jù)應(yīng)能與ArcGis軟件良好兼容(圖4)。

(5)安全性高、保密性好。

5 思考和討論

森林資源連續(xù)清查，是以區(qū)域?yàn)檎{(diào)查對(duì)象，系統(tǒng)性布設(shè)長(zhǎng)期固定樣點(diǎn)，并較為準(zhǔn)確地獲得樹種、蓄積、林分發(fā)育階段、徑級(jí)分布、更新特征等森林資源基本情況的調(diào)查活動(dòng)。有利于森林經(jīng)營(yíng)者在宏觀上把握森林資源的現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)，進(jìn)而在安排各項(xiàng)森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)時(shí)做到有的放矢。

該系統(tǒng)有助于解決目前森林經(jīng)營(yíng)中存在的只經(jīng)營(yíng)無(wú)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，連續(xù)監(jiān)測(cè)得到的生長(zhǎng)量指標(biāo)，既可以在編制下一步森林經(jīng)營(yíng)方案時(shí)提供準(zhǔn)確的采伐限額參考，也可以在安排各項(xiàng)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)時(shí)，確定相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)或側(cè)重點(diǎn)。一般意義上，應(yīng)優(yōu)先在生長(zhǎng)量高的區(qū)域(如>5 m3/a/ha)重點(diǎn)經(jīng)營(yíng)，而在生長(zhǎng)量低的區(qū)域弱化經(jīng)營(yíng)以減少甚至避免對(duì)原有森林生態(tài)系統(tǒng)造成擾動(dòng)。

在固定樣點(diǎn)開展往復(fù)調(diào)查，可作為監(jiān)督檢測(cè)體系的重要組成部分，以科學(xué)的連續(xù)的方法，監(jiān)測(cè)國(guó)有林場(chǎng)整體森林資源變化，監(jiān)測(cè)已制定的森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃的執(zhí)行情況，有利于推動(dòng)森林高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。