澳大利亞草原監測工作概述

楊 智,楊 季,劉 帥,陶偉國

（農業部草原監理中心,北京 100125）

草原作為一種重要的自然資源和土地類型,是陸地生態系統的天然屏障,在人類可持續發展中有著重要的作用。草原受氣候和人為因素影響,經常處于動態變化之中。通過對草原的監測和評估,及時掌握草原資源消長與生態變化狀況,可以有效獲取草原保護與建設、草原利用強度等信息,以便科學安排農牧業生產布局、及時調整草原利用和經營方式,加強對草原的保護和建設,維護草原的生態服務功能。作為世界草原大國,澳大利亞的草原監測工作已經開展了30多年,形成了較為完整的監測體系。本研究全面回顧和總結了澳大利亞草原監測的進展,認為其完善的組織管理體系、長期固定監測點建設和豐富的監測內容等經驗值得我國草原監測工作借鑒。

1 澳大利亞草原概況

澳大利亞是草原大國,有草原面積近6億hm2,約占其國土面積的75%[1]。澳大利亞地區間的降水量差異較大,根據降水量的多少可將全國分為三大區:沿海高雨區（位于大陸東南和西南）,內側的半濕潤小麥-綿羊區,再內側為草原區。其中草原區主要處于海拔較低的廣大平原區,包含了熱帶稀樹草原（薩瓦納）、林地、灌木、草地和荒漠等多個生態系統類型。澳大利亞草原區不僅是大量野生動物的棲息地,而且在采礦業、旅游業、畜牧業方面對于國民經濟發展也做出了重要的貢獻。由于草原區內干旱和半干旱地區面積廣闊,澳大利亞草原生產力的年際間波動較大。

2 澳大利亞草原監測體系

2.1 澳大利亞草原監測體系的發展澳大利亞開展草原監測工作已經有30多年的歷史,但在20世紀90年代之前,草原監測工作主要由各個州獨立開展。每個州都有相應的主管部門,根據本地區的情況制定監測計劃,在方法上都是以地面調查為主,重點評價放牧對草地的影響。由于每個州采用的規范有所不同,還沒有形成統一的全國性草原監測體系,監測信息不能完全滿足政府決策的需要。在生物多樣性監測方面,僅對一些物種的出現和消失進行了初步觀測,對于生物多樣性如何變化還沒有進行深入的研究。

1997年,在國土和水資源可持續管理委員會的倡導下,各州和北部地區向聯邦政府呼吁建立全國性的監測數據收集、整理和評估的協調機制。聯邦政府依據《國家自然資源信托法》于1997年成立了澳大利亞國家土地和水資源稽查局,專門負責進行土地和水資源的稽查活動。1998年,國家土地和水資源稽查局提出了全國草原監測工作計劃和一系列草原監測項目,并通過各種形式向潛在用戶征求草原監測的產品,使監測能反映草原生產力、生物多樣性、水資源條件、氣候和社會經濟等因素的多項指標。2000年,國家土地和水資源稽查局提議在澳大利亞建立全國性的跨地區、跨部門的綜合草原監測系統,并得到了聯邦政府的支持,建立了澳大利亞合作牧地信息系統（ACRIS）,實現了對全國草原監測數據和相關牧業信息的整合。目前,草原監測已經是澳大利亞全國陸地生態系統監測的一個重要組成部分,并成為《政府環境報告》的重要內容之一,定期發布。

2.2 澳大利亞合作牧地信息系統澳大利亞合作牧地信息系統是由澳大利亞聯邦政府相關組織與新南威爾士州、昆士蘭州、南澳大利亞州、西澳大利亞州和北方地區的機構共同組成,主要負責資源管理和生物多樣性保護的數據庫網絡系統。各州（區）機構的主要職責是收集草原數據,并不斷提高數據的有效性。ACRIS管理委員會（ACRIS-MC）負責檢查各相關單位工作情況,并召集不同工作組協助完成各自領域（如生物多樣性、社會經濟）的報告。設立在沙漠知識協作研究中心（DK-CRC）的 ACRIS管理單位（ACRISMU）負責協調工作的具體執行。ACRIS在積極推動數據采集、整理的同時,本身也利用聯邦政府的資源（如澳大利亞統計局）開展數據收集工作,并以報告的形式分析國家和不同地區草原的變化（圖1）[2]。

圖1 澳大利亞合作牧地信息系統工作框架

2001年 ACRIS發布了題為《Rangelands T racking Changes》的報告,對于完成全面反映國家草原狀況變化報告的所需信息做出了規定。2008年,ACRIS發布了題為《Rangelands 2008-Taking the Pulse》的報告,更加全面地反映了1992-2005年這段時期內澳大利亞草原狀況變化的綜合信息,主題包括氣候變化、景觀功能、可持續管理、總體放牧壓力、生物多樣性、水資源管理和社會經濟等多項內容[2]。

3 各州草原監測情況介紹

澳大利亞是世界上唯一獨自占據一個大陸的國家,它主要由6個州和2個地區構成,分別是:新南威爾士州、昆士蘭州、維多利亞州、南澳大利亞州、西澳大利亞州、塔斯馬尼亞州、北方地區和首都地區。其中新南威爾士州、昆士蘭州、南澳大利亞州、西澳大利亞州和北方地區在草原監測方面開展了大量的工作。

3.1 新南威爾士州國土和水資源保護部主管草原監測工作,制定了較完整的草地評估計劃（RAP）。該計劃從20世紀90年代初開始針對7種草地類型建設了大約340個地面監測點,每年監測的內容包括:生物量、物種組成和表土特性等。除在地區、草地類型尺度上監測植被和土壤性質的變化和趨勢外,還積極開展人員培訓,承擔對州土壤保護機構保存的草地資源調查清單、繪圖、植被研究和監測等歷史資料整理更新。

3.2 昆士蘭州初級產業部（DPI）、自然資源和礦業部（NRM）主管草原監測工作。其中DPI管理的草原監測計劃包括:樣帶記錄和處理系統（TRAPS）、QGRAZE計劃和草業核查計劃（Grass Check）,由NRM管理的監測計劃包括全州地被和喬木研究（SLATS）與澳洲草原計劃（Aussie Grass）。

T RAPS:從1982年起沿永久樣帶逐步建立150個喬木樣地,監測內容包括:喬木組成、結構和蓋度以及通過樣方測定草本植被組成、評估植物地理分布、結構和動態,分析氣候和火災、放牧等擾動對其的影響。

QGRAZE:從1991年起建立了350個草原樣地,通過樣方測定草本和喬木物種組成、蓋度、生物量、優質牧草產量、喬木胸徑和土壤地表狀況及外來物種,并評價景觀功能、放牧條件、生物多樣性等級。

Grass Check:鼓勵牧場主積極參與的草原可持續性評價計劃通過建立歷史圖片記錄點記錄現有物種,估測可利用牧草產量、地表蓋度以及喬木的物種和蓋度。

SLATS:啟動全州地被和喬木研究計劃,發展遙感監測系統（基于TM 影像）,定期報告草地范圍、條件和變化趨勢；監測植被蓋度、土地利用,估算由于土地利用和林業導致的溫室氣體排放情況。

Aussie Grass:采用先進的空間模型模擬技術評估澳大利亞草原狀況。該模型實現了對全澳洲在每天時間尺度上空間分辨率為5 km/柵格的高時空分辨率的模擬,模型輸出結果包括相對于歷史情況的當前草地植被的季節動態。

3.3 南澳大利亞州環境和水資源部（DEW）主管草原監測工作,并在過去的十多年里,基于土地資源變化和草地承包建立了一套監測系統。該系統依據草地資源管理和保護方面的相關法令,已經建立了5 500個照片記錄點,及20 000個土地資源取樣點,建立了資源變化評估和承包信息清單系統,可以為4 500個私人牧場評價和管理服務。該州的草原監測側重于承包草地的空間尺度,對于草地狀況和照片記錄點的再次系統評估沒有固定時間表。

3.4 西澳大利亞州在西澳大利亞州,共有8家政府機構參與草原管理,農業部負責草原監測、資源評估和承包監管,建立了西澳大利亞草原監測系統（WARMS）[3]。該系統在有代表性的地區建立了1 620個固定監測樣地,使大多數承包草地至少有一個WARMS樣地,平均為3個。草地監測點每3～6年評估一次。WARMS還要對先前系統的資料和數據庫進行維護,包括5 400個歷史相片記錄點的圖片。農業部支持牧場主對照片記錄點自行監測,鼓勵通過技術革新監測牧場草地生產力和保護區的變化。目前正逐步開展基于遙感技術的植被蓋度監測。

3.5 北方地區國土規劃和環境部主管草原監測工作,監測內容包括國土資源評價（從個人牧場到整個地區）、繪圖牧場承包。監測計劃包括2個層級,即 Tier1（偏重全州范圍）和 Tier2（偏重特定高原和流域）。

Tier1:包括對承包牧場建立永久相片記錄點,并觀察和記錄土壤和植被狀況,通過數據庫建設為草地評估、發布草地承包報告服務。

Tier2:利用2種相關的基于遙感的方法,結合建設永久監測點建設,監測土壤、植被和景觀的變化。最近還加強了對生物多樣性的監測。定時對草地承包地圖進行升級,比例尺達到1∶25萬。

4 澳大利亞草原監測特點

4.1 穩定的投入機制草原監測是社會公益性工作,在草原生態建設中起著重要的基礎性作用。草原監測預警工作必須有穩定的專項業務經費長期支持,用于已建和待建的各類監測點的運轉和監測數據的處理分析等。在澳大利亞,從事草原監測的州政府每年都有固定的財政投入,用于保證草原監測預警系統正常運行,開展與草原監測預警相關的科研工作,具體金額見表1[4]。

表1 澳大利亞每年草地監測支出

4.2重視長期固定監測點、照相記錄點建設,積累豐富的地面實測數據在澳大利亞,為滿足草原監測工作的需要,建立了大約2 500個長期固定監測點和20 000多個取樣點。在固定監測點的建設中,制定相關標準,保證了監測點的統一性和規范性。以西澳大利亞州為例,固定監測點對于樣地的選擇、樣地的大小、圍欄的設計以及標識牌的統一等都有詳細的規定。

另外,在全國范圍內建立了圖片記錄系統（PS）,該系統在重點草原區建立了1萬多個相片記錄點,每1～4年對草地景觀進行拍照,同時記錄草地的生物量。該系統允許用戶免費瀏覽和下載相關資料,目前有的記錄點積累歷史相片的時間跨度達80年,為草原景觀變化評估提供了第一手資料。

4.3 監測內容豐富,重視生物多樣性、地表土壤狀況等生態指標的變化在澳大利亞草原監測的地面數據采集工作中,十分重視對生物多樣性和地表土壤狀況變化的監測。其中,澳大利亞的草原生物多樣性監測是目前世界上最成熟的,2000年專門制定了《草原生物多樣性監測指南》,內容涉及鄉土植物、外來物種的種類和蓋度,易受火燒和放牧干擾的植物種類和群落以及易受影響的哺乳動物和鳥類的調查等[5-6]。

在每個固定監測點,地表土壤狀況都是監測的重點內容。以西澳大利亞草原監測為例,監測點《野外操作指導手冊》中含有專門的表格,要求詳細記錄土壤狀況,內容包括:土壤質地、pH值、侵蝕形式和斑塊屬性等。還設計專門的表格,通過簡便易操作的打分制度對地表土壤侵蝕程度進行評估。此外,生物多樣性監測和土壤狀況調查（含土壤養分、侵蝕、酸化及污染等）已經成為政府環境報告中的重要內容[7]。

4.4 把草原監測同牧場承包結合,注重監測成果利用在地面監測中,除政府部門設立的固定監測點外,草原管理部門還鼓勵牧場主對自己的牧場設立照片記錄點自行監測,并建立牧場歷史資料。因此,澳大利亞草原監測網絡覆蓋面較廣,很多地區已深入到牧場,可以實現對牧場草地植被狀況、土壤狀況以及生產潛力的準確評估。此外,草原監測的內容還包括大量的社會經濟調查,內容包括從業人口資料、牧民收入、牧場管理計劃、信息獲取渠道等。管理部門可以依據牧場歷史資料和社會經濟資料,在牧場承包和使用權流轉過程中制定合理的政策。

4.5 具有較高的草原監測科研水平通過建設固定監測點開展長期定位觀測和研究是記錄草原生態系統生態現象和過程,分析其對人為干擾和氣候變化的響應和適應的重要手段。澳大利亞草原監測系統除了積累豐富的觀測數據外,還具有非常高的科研水平。主要研究機構有澳大利亞聯邦科學與工業研究組織、干旱環境管理中心、熱帶薩瓦納生態系統管理合作研究中心、國家氣象局和昆士蘭大學等。在方法學方面,以3S技術為基礎,從固定監測點到小流域、地區不同空間尺度上廣泛開展尺度擴展研究[8]；應用先進的模型模擬技術,輸入和輸出變量多,實現對復雜生態過程的模擬。

5 對我國草原監測工作的啟示

5.1 完善組織管理體系目前我國草原監測體系初步建立,全國20多個省區成立或明確了草原監測機構,在全國400多個縣（市）開展了草原監測工作任務,有一支草原監測工作隊伍。但還有較多的地、縣級沒有草原監測機構,或者沒有明確草原監測職能,開展草原監測工作。目前基層草原監測機構交通工具、采樣監測設備缺乏,技術手段和監測能力相對落后。另外,當前大多省（區）開展的草原監測工作,僅限于完成農業部每年布置的監測工作任務,滿足本地草原畜牧業生產和草原管理決策服務的監測工作開展不足。因此,應當借鑒國外經驗,進一步完善我國草原監測組織管理體系。

5.2 加強國家級草原固定監測點網絡建設草原固定監測點是草原監測體系中的一個重要的基礎環節。通過定期定點長期觀測,可以準確獲取草原資源與生態的動態變化數據,與衛星遙感結合,搭建起“空地一體化”的草原監測網絡。與澳大利亞等發達國家相比,目前我國固定監測點建設滯后,固定監測工作沒能有效開展,成為制約監測工作發展的一塊短板。建設完善國家級固定監測點網絡建設可大幅提高草原監測工作水平。

5.3 豐富監測內容,完善技術平臺目前,我國草原監測內容還不夠豐富,地面監測主要集中于草原植被蓋度、高度和生產力等少數指標上,在草原生態狀況和生物多樣性監測方面還有非常大的潛力。因此,有必要根據國家需求進一步完善監測內容,同時根據監測內容不斷研究改進監測方法,完善技術平臺,使監測工作易于操作；同時還要制定嚴格的數據質量控制方法,保證監測成果科學性、完整性和統一性,不斷提高監測業務化運行的效率和質量。

[1]Taylor R.Australia State of the environment report[R].Collingwood:CSIRO publishing,1996:6-14.

[2]Bastin G,Rangelands 2008-Taking the Pulse[R].Canberra:ACRIS Management Committee by the National Land&Water Resources Audit,2008:1-8.

[3]Watson I W,Novelly P E,Thomas P W E.Monitoring changes in pastoral rangelands——the western australian rangeland monitoring system（WARM S）[J].The Rangeland Journal,2007,29:191-205.

[4]National land and water Resources Audit.Rangelands-Tracking chantges[EB/OL].（2007-03-25）[2009-12-17].http://www.environment.gov.au/soe/1996/publications/report/index.html

[5]Smyth A K,James C D.Characteristics of Australia's rangeland and the key design issues for monitoring biodiversity[J].Austral Ecology,2004,29:3-15.

[6]陳圣賓,蔣高明,高吉喜,等.生物多樣性監測指標體系構建研究進展[J].生態學報,2008,28（10）:5123-5132.

[7]Hamblin A.Land:Australia State of the Environment Report 2001（theme report）[R].Canberra:CSIRO Publishing on behalf of the Department of the Environment and Heritage,2001:69-76.

[8]Novelly P E,Watson I W,Thomas P W E,et al.The Western Australian rangeland monitoringsystem（WARM S）-operating a regional scale monitoring system[J].The Rangeland Journal,2008,30:271-281.