淺析廣西林草生態(tài)綜合監(jiān)測森林樣地外業(yè)調(diào)查方法

田野宏魏鴻昌滿毅龔映勻楊再璽梁艷

(1.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545000；2.廣西森態(tài)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣西 柳州 545000)

林草生態(tài)綜合監(jiān)測評價(jià)森林樣地調(diào)查之前也稱為一類調(diào)查或連續(xù)清查，調(diào)查的目的是查清森林資源的種類、數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、分布、功能和生態(tài)狀況以及變化情況等。調(diào)查任務(wù)主要是對連續(xù)清查固定樣地和林相有變化的樣地進(jìn)行調(diào)查。從2021年開始，調(diào)查時(shí)間間隔也由每5a進(jìn)行1次全面調(diào)查轉(zhuǎn)變?yōu)槊磕陮φw工作量的1/5進(jìn)行1次調(diào)查。廣西的森林樣地為正菱形，與全國大部分地區(qū)的正方形森林樣地不同。除此之外，調(diào)查方法和精度要求各地基本相同，地方的樣地調(diào)查操作細(xì)則均按照國家林業(yè)和草原局批準(zhǔn)的《國家林草生態(tài)綜合監(jiān)測評價(jià)技術(shù)方案》、《國家林草生態(tài)綜合監(jiān)測評價(jià)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行編制。根據(jù)國家總體時(shí)間要求，廣西森林樣地調(diào)查的時(shí)間大多處于7—10月，恰好處于天氣最炎熱的時(shí)期，不僅蚊蟲、蛇、蜂等野生動物活躍，而且由于廣西整體低山丘陵的地貌，使得林草生態(tài)綜合監(jiān)測森林樣地外業(yè)調(diào)查工作既曲折又艱辛。本文將林草生態(tài)綜合監(jiān)測森林樣地的調(diào)查方法進(jìn)行整理和總結(jié)，提出了改進(jìn)方法和注意事項(xiàng)，以期為廣西乃至全國的外業(yè)調(diào)查工作者提供參考和幫助。

1 調(diào)查區(qū)域概況

1.1 區(qū)域概況

廣西屬于我國4大林區(qū)中的東南低山丘陵區(qū)，主要地貌包括中山、低山、丘陵和平原，氣候分屬中亞熱帶、南亞熱帶和北熱帶，流域主要屬于珠江流域和部分長江流域，土壤類型有以紅壤為主的17個(gè)土類。

1.2 植被類型概況

依據(jù)植被分類系統(tǒng)[1,2]，將廣西植被分為自然植被和栽培植被2大類別。其中，自然植被分為5個(gè)植被型組，18個(gè)植被型；栽培植被分為3個(gè)植被型組，11個(gè)植被型。詳見表1。

表1 廣西植被類型劃分表

1.3 森林覆被類型及分類概況

按主導(dǎo)功能的不同將森林(含林地)分為生態(tài)公益林(含防護(hù)林和特種用途林)和商品林(含用材林、能源林和經(jīng)濟(jì)林)2個(gè)類別，5個(gè)林種和21個(gè)亞林種。根據(jù)經(jīng)營目標(biāo)的不同，將喬木林地、灌木林地、竹林地、疏林地分為5個(gè)林種、23個(gè)亞林種。森林覆被類型包括喬木林、竹林、灌木林、疏林、新造林、灌從和其他林地7個(gè)一級類和18個(gè)二級類。

2 調(diào)查內(nèi)容

調(diào)查內(nèi)容主要有土地利用與覆蓋，森林資源和生態(tài)狀況。包括地類、植被類型的面積和分布；森林、林木和林地的數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和分布，森林按起源、權(quán)屬、齡組、林種、樹種統(tǒng)計(jì)面積和蓄積，生長量和消耗量；林地自然環(huán)境狀況、森林健康狀況與生態(tài)功能、生態(tài)系統(tǒng)多樣性的現(xiàn)狀及其變化情況等內(nèi)容。

3 調(diào)查方法分析

3.1 準(zhǔn)備工作

3.1.1 保險(xiǎn)

由于森林外業(yè)調(diào)查的風(fēng)險(xiǎn)較高，調(diào)查單位為調(diào)查工作人員都只購買了意外傷害保險(xiǎn)，但很少有購買附加住院險(xiǎn)，調(diào)查人員若遇到蜱蟲、恙蟲叮咬等導(dǎo)致的疾病住院費(fèi)用則無法報(bào)銷，調(diào)查單位的負(fù)擔(dān)會加重，不利于調(diào)查項(xiàng)目的順利實(shí)施和后續(xù)開展。

3.1.2 安全防護(hù)

由于廣西調(diào)查時(shí)間多為夏季酷暑時(shí)期，而調(diào)查人員為保證人身安全在林區(qū)穿行一般要求穿著長袖長褲，加之調(diào)查任務(wù)樣地復(fù)位后需要新挖設(shè)或修復(fù)中心坑和角坑，體力消耗很大。因此，儀器用具在功能相同的情況下盡量選用輕量化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品以減輕負(fù)重，節(jié)省體力，但干糧、水、應(yīng)急藥品等應(yīng)結(jié)合樣地難度預(yù)估作業(yè)時(shí)間適量多帶，如遇突發(fā)緊急的情況可以提供重要的生命保障支撐。普通的林業(yè)工作者和單位一般統(tǒng)一配發(fā)純棉面料的迷彩服，但本調(diào)查穿著方面并不建議穿著純棉的衣物，因?yàn)槿梭w主要是通過排汗蒸發(fā)散熱，在高溫下重體力勞動汗如雨注，衣褲很快就會被汗水全部浸濕，純棉的衣物吸汗飽和后不宜干燥，因此具有速干且耐磨損的功能面料衣物更適宜夏季野外調(diào)查工作。

另外，由于目前調(diào)查工作都需要APP外業(yè)采集數(shù)據(jù)拍照等，對電量要求較高，凡是定位、發(fā)射類型的電子設(shè)備耗電量都較大，除內(nèi)置電池應(yīng)及時(shí)充電外，手機(jī)、平板等電子設(shè)備應(yīng)配備充電寶防止失聯(lián)或數(shù)據(jù)采集中斷，特別是完成調(diào)查工作后返回路線的軌跡采集容易遺忘。激光測距儀、RTK等電子設(shè)備應(yīng)配備足夠多的替換電池。

3.1.3 儀器設(shè)備

3.1.3.1 羅盤儀

由于調(diào)查中樣地復(fù)位、樣木復(fù)位及測量、邊界木測定等工作均需使用羅盤儀，而目前無論是教學(xué)還是生產(chǎn)實(shí)踐單位使用的多為哈爾濱光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的DQL-16ZL型經(jīng)緯激光羅盤儀，該羅盤儀的主要問題是激光瞄準(zhǔn)裝置經(jīng)過長時(shí)間使用或儀器磕碰后有可能會導(dǎo)致激光瞄準(zhǔn)點(diǎn)與目鏡內(nèi)十字準(zhǔn)星不一致，需要定期微調(diào)校正；且激光瞄準(zhǔn)裝置使用的電池型號與常規(guī)電池不同，多為ER18505 3.6V或CR123A 3.0V，常見在智能水表等工業(yè)產(chǎn)品上，但在調(diào)查當(dāng)?shù)氐目h級或鄉(xiāng)鎮(zhèn)市場很難購買到，需要提前網(wǎng)購準(zhǔn)備充足。一般調(diào)查單位使用的羅盤儀型號比較老舊，作業(yè)效率不高，因此建議加裝激光測距儀或配備智能羅盤[3]，在測量水平距時(shí)無需再用皮尺進(jìn)行坡度改正換算，省時(shí)省力。智能羅盤儀功能上實(shí)際更趨向于全站儀、經(jīng)緯儀等高精度的工程測量儀器，考慮到重量因素，在日常林業(yè)調(diào)查工作中普通羅盤儀搭配RTK基本能夠解決所有的問題。另外，如采用普通羅盤儀加配激光測距儀的方案，加裝位置不能離羅盤儀表盤太近，否則激光測距儀會對羅盤磁針產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致磁方位角測定有誤。以DQL-16ZL型經(jīng)緯激光羅盤儀為例，使用時(shí)視樣地復(fù)位難度、使用時(shí)長不同，一般5d左右需要更換1次激光瞄準(zhǔn)裝置電池。

3.1.3.2 激光測距儀

廣西低山丘陵的地貌特點(diǎn)決定了調(diào)查中需要進(jìn)行坡度改正水平的工作非常多，從樣地周界測量復(fù)位到樣木測量復(fù)位，涉及距離測量就涉及坡度改正。為了快速獲得2點(diǎn)之間的距離，通常可以采用皮尺測量、激光測距、RTK定點(diǎn)測距等方法。從提高調(diào)查效率的角度出發(fā)，只要視線能夠通視，調(diào)查人員就可以不用拉皮尺走到待測終點(diǎn)，通過激光測距儀自動坡度改正即可直接測得2點(diǎn)之間的水平距。但這種方法也有缺點(diǎn)，測量距離遠(yuǎn)或林分郁閉度低的樣地時(shí)，因光線強(qiáng)烈較時(shí)調(diào)查人員很難看清激光點(diǎn)終點(diǎn)的位置，可能導(dǎo)致測距出現(xiàn)較大誤差，此時(shí)可以通過其他調(diào)查人員攜帶白板或記錄紙站在待測終點(diǎn)輔助測量；激光測距需要測量起點(diǎn)和終點(diǎn)達(dá)到通視條件，如不通視則無法測量；激光測距儀分多種型號和廠家，應(yīng)注意購買具有坡度改正功能和高功率的型號，以免影響作業(yè)效率。另外，激光測距儀比較費(fèi)電，以Leica(徠卡)激光測距儀X3為例，一般使用2d左右就需要更換2節(jié)5號電池。

3.1.3.3 RTK

RTK在調(diào)查細(xì)則中的主要用途是確定中心樁的精確坐標(biāo)，但理論上可以在4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋良好且林分郁閉度不是很高的情況下，通過RTK實(shí)現(xiàn)邊界木判斷、樣方周界測量、跨角林林緣位置測量、樣木定位、小樣方布設(shè)等工作，關(guān)鍵緊急時(shí)刻如有差分信號，也能夠替代手機(jī)讓救援人員快速獲取到受困人員的精確位置。RTK的型號和生產(chǎn)廠家也比較多，產(chǎn)品技術(shù)更新快，因此建議選購輕量便攜、長續(xù)航、定位快速的最新產(chǎn)品。

3.1.3.4 無人機(jī)

無人機(jī)并不是調(diào)查必備的工具，但卻在前期調(diào)查特別是現(xiàn)場查找路線時(shí)能夠起到重要的引導(dǎo)作用。由于當(dāng)前衛(wèi)星地圖的時(shí)效性不高，而林區(qū)道路等項(xiàng)目建設(shè)較快，因此調(diào)查人員可能會遇到按照5a前采集的軌跡到達(dá)樣地后發(fā)現(xiàn)途中或其他方向有可通行的林區(qū)道路可用，如果能夠事先了解路線則能縮短到達(dá)樣地的時(shí)間，節(jié)省體力，同時(shí)提高調(diào)查效率。對于跨角林的林緣測量，較難測定樹高的個(gè)別樣地也有一定幫助，可根據(jù)需求選用不同類型的無人機(jī)[4]。

3.1.4 人員分工安排

由于外業(yè)調(diào)查車輛為5座越野車或7座面包車，考慮到調(diào)查工具需占據(jù)一定的空間，因此調(diào)查工組一般為5～6人。當(dāng)確認(rèn)攜帶工具齊全，通過前期軌跡或GNSS導(dǎo)航找到樣地所在位置后，建議分工如下：熟悉整個(gè)調(diào)查項(xiàng)目流程和要求的1人始終負(fù)責(zé)紙質(zhì)和APP系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄，負(fù)責(zé)拍照和項(xiàng)目質(zhì)量控制；其他人可結(jié)合特長靈活分配，一般2人負(fù)責(zé)配合完成樣地復(fù)位和測設(shè)，樣地復(fù)位的同時(shí)另2人負(fù)責(zé)查找前期鋁制樹牌確定保留木情況；樣地復(fù)位完成后，1人負(fù)責(zé)在中心點(diǎn)架設(shè)羅盤儀測定磁方位角和水平距，1人負(fù)責(zé)每木檢尺，1人負(fù)責(zé)跟隨每木檢尺人員噴漆新釘或更換鋁制樹牌，1人負(fù)責(zé)植物小樣方調(diào)查；每木檢尺完成后2人開始計(jì)算胸徑后測量樹高，另2人開始布設(shè)品字型固定標(biāo)識，其他細(xì)節(jié)節(jié)點(diǎn)工作可靈活分配；記錄員全程負(fù)責(zé)各環(huán)節(jié)拍照等紙質(zhì)和電子數(shù)據(jù)記錄；調(diào)查基本任務(wù)完成后清點(diǎn)工具，檢查是否有遺漏項(xiàng)，記錄員運(yùn)行邏輯檢查是否有明顯錯(cuò)誤，確認(rèn)無誤后開啟軌跡回采返回駐地。

3.2 樣地復(fù)位和測設(shè)

3.2.1 樣地固定標(biāo)識

通過前期軌跡、前期人員引導(dǎo)、前期坐標(biāo)、衛(wèi)星圖、標(biāo)志物、無人機(jī)等研判后，可快速找到樣地所在位置，但樣地標(biāo)樁、樹牌及其他定位物不一定都保留完好，特別是桉樹等短輪伐速生豐產(chǎn)林在全墾或煉山后除巖石和道路外其他定位物易損毀，但只要找到2個(gè)定位物就可使用羅盤儀后方交會法準(zhǔn)確確定中心點(diǎn)或角樁位置完成樣地復(fù)位。因此，在桉樹等短輪伐用材林內(nèi)設(shè)置品字型固定標(biāo)識時(shí)，建議盡量選用樣地周圍有明顯特征且永久保存的地物作為固定標(biāo)識，以方便下期人員復(fù)位。另外，目前已要求通過RTK采集中心點(diǎn)精確大地坐標(biāo)，因此后續(xù)調(diào)查若未找到任何定位物無法復(fù)位樣地的情況下，建議按照細(xì)則程序上報(bào)當(dāng)?shù)丶夹g(shù)指導(dǎo)，不建議直接用前期采集的坐標(biāo)去復(fù)位樣地，因?yàn)榍捌诖蠖嗖捎肎PS采集坐標(biāo)，偏差較大，導(dǎo)致樣地均無法復(fù)位。

3.2.2 樣地測設(shè)

樣地測設(shè)常規(guī)通過羅盤儀可完成，但RTK和激光測距儀可以配合羅盤儀使用，大幅提高工作效率。如，樣地角樁都保存完好的情況下，可考慮直接用RTK測量4個(gè)角樁點(diǎn)從而計(jì)算樣地周界，并可以用線放樣功能確定邊界木并做好外圍邊界木標(biāo)記，當(dāng)邊界木或樣木復(fù)位出現(xiàn)與上期不一致時(shí)，應(yīng)用羅盤儀調(diào)整羅差進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，查看是否為儀器不同造成的誤差。同理，也可以用羅盤儀測定羅差后，通過RTK坐標(biāo)正算和反算驗(yàn)證角樁位置能否復(fù)位。此方法優(yōu)點(diǎn)是2點(diǎn)之間無需通視，對于樣地跨坡跨溝的地形來說，能避免羅盤儀多次轉(zhuǎn)站節(jié)省大量時(shí)間，且測量精準(zhǔn)；缺點(diǎn)是樣地所處區(qū)域必須有4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，RTK處于穩(wěn)定固定解狀態(tài)下才能進(jìn)行。也可以使用激光測距儀輔助羅盤儀進(jìn)行樣地復(fù)位，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，不受網(wǎng)絡(luò)信號影響，缺點(diǎn)是2點(diǎn)之間必須通視，工作效率相比RTK較低。對于樣地中心點(diǎn)或4個(gè)角點(diǎn)無法復(fù)位的樣地以及跨角林等需要對邊界、林緣進(jìn)行測量的，同樣可以采用上述方法進(jìn)行。受信號強(qiáng)度等影響，RTK固定解和浮動解在反復(fù)切換時(shí)，因等待其信號穩(wěn)定為固定解，延遲較低后方可進(jìn)行定位、測距、放線等工作，否則有可能產(chǎn)生1m左右的較大誤差。

3.3 樣地每木檢尺和樹高測量

3.3.1 每木檢尺

樣地測設(shè)樣地每木檢尺前，在中心點(diǎn)架設(shè)好羅盤儀，此時(shí)可以觀察羅盤儀的人員和每木檢尺人員各拿1個(gè)激光測距儀，雙方可以互測驗(yàn)證或在一方難以測量另一方的距離時(shí)進(jìn)行返測。羅盤儀測定樣木磁方位角時(shí)應(yīng)從0°開始，順時(shí)針方向進(jìn)行逐株控制檢尺。在2點(diǎn)間通視條件較差而信號良好的情況下，可以考慮利用RTK輔助快速測量，這種方法會比轉(zhuǎn)移羅盤儀測站或砍除較難處理的刺灌叢更加省時(shí)省力。每木檢尺時(shí)應(yīng)選擇1根1.3m的長直木棍或PVC管，便于準(zhǔn)確確定胸高位置，每棵樹胸徑測量后，釘樹牌和噴漆人員要及時(shí)跟進(jìn)，在胸徑位置處噴漆或劃線有3個(gè)好處，方便驗(yàn)收時(shí)復(fù)測胸徑，測樹高時(shí)無需再反復(fù)測量胸高位置，可以防止樹木重測，如有條件，最好將胸徑也標(biāo)注在樹干上，便于查缺補(bǔ)漏時(shí)核對。同時(shí)，天然林由于林木分布隨機(jī)性大，進(jìn)行每木檢尺時(shí)還要特別小心漏測。對于馬尾松等樹皮深縱裂且樹皮較容易自然脫落的樹種來說，胸徑測量誤差往往會比較大，測量胸徑的位置和手法應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

測量胸徑處于10cm左右的樹木要特別注意檢尺木類型，也就是進(jìn)界木和漏測木的區(qū)別。在樣地相同樹種或樹種組內(nèi)找最接近新測木胸徑的2～3株保留木，確定胸徑5a最大生長量，新測木的胸徑減5a最大生長量后得前期估測胸徑，若D前期<5.0cm，應(yīng)屬進(jìn)界木，若D前期≥5.0cm，應(yīng)屬漏測木。

3.3.2 樹高測量

樹高需要先對每木檢尺數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這里要特別注意樹高的測定與以往一類調(diào)查不同，需要分別對優(yōu)勢樹種林分平均木徑階組、最小徑階組和最大徑階組樣木各選3株(在徑階組各選2株樹高最高木和1株胸徑最大木)，建議記錄員熟悉APP數(shù)據(jù)錄入操作，能夠使用外業(yè)采集系統(tǒng)自動推算需要測定樹高的樹木。此時(shí)應(yīng)特別注意，對于多種樹種組成的林分，只選取優(yōu)勢樹種進(jìn)行樹高測量，所以如果樹種錄入錯(cuò)誤，容易導(dǎo)致系統(tǒng)自動推算的需測高樹木有誤。測樹高的位置除布魯萊斯測高器需要定距測量外，其他測高工具均建議位于1倍樹高水平距離以上且能夠看清樹冠的位置進(jìn)行測量，盡量避免下坡測樹。即使在平地測樹，不同位置不同角度測樹高仍可能會導(dǎo)致樹高結(jié)果相差1m左右。另外，在有風(fēng)的情況下測樹高，也有可能因?yàn)闃涔谧笥覔u擺而產(chǎn)生較大誤差。因此，應(yīng)由測樹高人員通過多次測量等方法減少樹高測量誤差，記錄測高位置可以避免驗(yàn)收時(shí)復(fù)測數(shù)據(jù)偏差較大。

測高工具目前普遍使用Haglof Vertex IV超聲波樹木測高測距儀，該儀器優(yōu)點(diǎn)顯著，操作簡單，測量準(zhǔn)確，速度快，省電，可以快速重復(fù)多次測量，無需胸徑處達(dá)到通視條件，通視樹頂知道接收器大概位置即可測量。缺點(diǎn)是需要將接收器逐一放置在各個(gè)待測樹木胸高位置處，因此必須由2人配合才能提高測量效率，而且超聲波測高器易受同頻率的干擾，如2臺超聲波測高器同時(shí)測量時(shí)接收器不能相距太近，因?yàn)槌暡y高器和接收器并非一一配對。如，在桉樹林中超聲波測高器容易受害蟲鳴叫影響測量，導(dǎo)致測量結(jié)果明顯有誤，此時(shí)可以用布魯萊斯測高器進(jìn)行測量，也可以測量距離樹木的水平距和樹頂仰角通過測高原理進(jìn)行計(jì)算得到樹高。

4 討論與結(jié)論

樣地復(fù)位是一類調(diào)查的重中之重，是樣地調(diào)查數(shù)據(jù)科學(xué)可用的基礎(chǔ)，因此快速準(zhǔn)確的對樣地進(jìn)行復(fù)位和測設(shè)是提高調(diào)查效率的前提。將來所有樣地的坐標(biāo)都更新為RTK固定解采集的大地坐標(biāo)后，是否能夠在有條件的區(qū)域利用RTK直接精準(zhǔn)復(fù)位樣地中心樁、角樁甚至樣木位置。其樣地布設(shè)的可行性已經(jīng)在2021年的全國森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)普查外業(yè)調(diào)查工作中進(jìn)行了驗(yàn)證[5]，無論是布設(shè)樣地還是灌草小樣方，只要達(dá)到了固定解的條件進(jìn)行放樣，將大幅提高調(diào)查作業(yè)效率，可以節(jié)省調(diào)查人員的體力和時(shí)間。

在水平距離的測量過程中可選擇的儀器實(shí)際非常多，皮尺雖然穩(wěn)定可靠，但定距測量時(shí)坡改平比較麻煩，因此建議考慮用需要通視條件的激光測距儀和不需要通視條件的超聲波測高儀進(jìn)行輔助甚至替代。

考慮到我國南方氣候的特點(diǎn)，廣西夏季雨熱集中的氣候特點(diǎn)很大程度上增加了調(diào)查工作的風(fēng)險(xiǎn)和難度，因此建議林業(yè)主管部門應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件對調(diào)查時(shí)限進(jìn)行調(diào)整。

為確保調(diào)查工作的質(zhì)量，調(diào)查人員應(yīng)具備林業(yè)基礎(chǔ)知識，按照要求必須參加專業(yè)培訓(xùn)通過考試后方可進(jìn)行調(diào)查工作。每位調(diào)查人員均應(yīng)熟知調(diào)查技術(shù)細(xì)則和質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)。建議各個(gè)調(diào)查工組的調(diào)查人員定人定崗定責(zé)，質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)由原測量人員使用原測量工具進(jìn)行復(fù)測，避免儀器和測量手法不同產(chǎn)生的誤差造成質(zhì)量問題。

建議更多的林業(yè)類高校特別是職業(yè)院校能夠參與到類似一線的生產(chǎn)實(shí)踐項(xiàng)目中，這樣不僅為林業(yè)調(diào)查工作儲備了人才，而且學(xué)校發(fā)展、教師教學(xué)、學(xué)生就業(yè)、社會服務(wù)方面也都是互贏共利的[6]。

本文針對廣西氣候、地貌、森林植被等特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對林草生態(tài)綜合監(jiān)測評價(jià)森林樣地調(diào)查工作方法進(jìn)行了梳理總結(jié)。希望能夠?yàn)榧磳㈤_展2022年林草生態(tài)綜合監(jiān)測評價(jià)森林樣地調(diào)查工作的林業(yè)工作者們提供一些參考和幫助。