內蒙古(2009—2010年)草原資源外業調查的方法*

邢 旗,高 娃

(內蒙古草原勘察設計院,內蒙古 呼和浩特 010051)

引言

內蒙古擁有世界上較為豐富的草原類型和牧草動物資源。草原資源是內蒙古國土的主體,也是國家重要的生態屏障和戰略資源,是自治區經濟社會發展的重要物質基礎,在維護國家食品安全和生態安全中起到舉足輕重的作用。由于長期超載過牧、粗放經營、以及氣候和其它因素的影響,從60年代開始至今,內蒙古草原發生了明顯變化。全區草原面積 60年代8 495.27萬hm2,2003年7 499.39萬hm2,近 40年草原面積總量減少995.88萬hm2,牧草總量降低55.19%;而草原退化、沙化、鹽漬化面積卻由60年代的18%擴大到2003年的75%。近年來國家在內蒙古地區啟動了退牧還草、天然草原保護等重大工程,各地區草原資源在不同程序上發生了一定的變化。為了摸清內蒙古草原現狀及變化,自治區政府決定用兩年時間(即2009～2010年底),在全區范圍內進行1次大規模的草原資源遙感普查。本次草原普查采用遙感、GIS及GPS技術手段,通過地面調查數據為草原遙感分析提供重要依據,為獲取可靠的草原本底數據提供可操作的技術方法和流程。本文可以為3S技術的草原普查外業工作提供可操作的技術工具,同時還可以為從事草原調查、動態監測的技術與管理人員、教學人員提供參考。

1 外業調查的任務

外業調查的任務主要包括地面調查、收集資料及訪問調查等。地面調查:通過樣地樣方的實際描述與測定,獲取草原類型、分布范圍、退化沙化鹽漬化程度等相關數據,以及不同地區不同草原類型產草量的指標參數,找出實際地物與遙感數據之間的對應關系。收集資料:收集調查區草原資源、生態、生產經營等方面的相關文本、圖件及統計數據,為分析評價草原資源提供背景資料。訪問調查:通過訪問調查了解當地草原資源、生態環境、畜牧業經營及植被恢復等情況,以及草原鼠蟲害、旱災等自然災害等。

2 技術路線及總體框架

外業調查工作包括準備工作、地面調查、檢查驗收等環節。總體框架見圖1。

圖1 草原外業調查總體框架

3 準備工作

3.1 組織準備

成立領導小組。負責協調落實草原普查任務,解決草原普查的重大問題成立專門的組織機構,明確責任人,負責本區域草原調查的組織和協調工作,根據工作任務制定工作方案和計劃。下設領導小組辦公室,負責落實領導小組的決定事項,組織制定工作方案,督促檢查普查進度和質量。成立專家組。負責草原資源普查相關技術性文件審查,解決草原普查過程中的重大技術性問題。成立技術指導組。由草原相關部門有一定理論和實踐經驗的專家和技術人員組成技術指導組,負責技術規程的編制與修改,以及技術培訓,組織到調查區實地進行技術指導,解決調查過程中出現的技術難點和疑點問題,并負責督促檢查驗收。組建調查小組。為完成外業調查任務,組建若干個外業調查小組,按確定的調查方法和路線開展地面數據采集、收集資料和訪問調查工作。

3.2 物資準備

結合調查區域的實際情況和具體調查內容,準備必需的物資、條件和設備。主要設備有GPS、數碼相機和計算器;記錄用品包括野外調查表格、野外記錄本、文件夾、鉛筆、橡皮、卷筆刀等;樣方測量物品為剪刀、布袋、1m×1m樣方框、面積1m2樣圓、刻度測繩、皮尺、直尺、卷尺等、便攜式天平或桿秤、樣品袋、標本夾、標簽;其他物資條件如交通工具、藥品等。

3.3 資料準備

遙感信息源:收集不同時期、不同來源的衛星遙感資料,空間分辯率不小于30m,至少要包括可見光和近紅外波段,影像時相選擇植被生長的最佳時期。其它資料:收集有關草原資源與畜牧業方面的圖件、統計資料及調查報告等,包括植被類型圖、草地資源類型圖、土地利用現狀圖,以及土壤、水文、地形圖等資料。

3.4 技術培訓

集中對參加草原普查的管理和技術人員進行培訓,內容包括技術規程、草原分類系統、遙感及地理信息系統應用基礎、影像判讀、野外調查表格填寫、野外數據獲取方法等。

3.5 工作底圖制作

選擇30m空間分辯率的衛星圖像,對遙感圖像精確糾正、輻射校正、圖像增強、拼接及裁圖、附標準地形圖分幅號、公里網、大地坐標、比例尺,并疊加旗縣級行政界線等,制作1∶10萬比例尺分幅的遙感影像圖,并作為草原地面調查工作底圖。

3.6 預判

閱讀資料:掌握調查區草原類型及其分布規律、草原利用狀況、生態環境問題等信息,了解調查區域氣候、地形地貌、土壤植被、土地利用、人為活動等自然及社會狀況。

初步建立判讀標志:對影像所反映的要素進行綜合分析,找出影像與草原類型之間對應的特點及規律,初步確定草原類、亞類、型、非草地類,退化、沙化、鹽漬化草原,以及草原開墾等判讀標志。對同譜異物或異物同譜的現象,通過野外樣地的資料進行識別及推測。

3.7 布設樣地

3.7.1 樣地類型

樣地類型分為主樣地、輔助樣地和觀察樣地3種類型。主樣地是在具有廣泛代表性、地帶性的草原類型設置的樣地,主樣地重復3次,進行詳細的分種描述和測產。輔助樣地是對主樣地的補充和完善,即根據草原利用方式、強度、退化沙化程度等設置的樣地,輔助樣地進行常規調查測定。觀察樣地是在路線調查過程中,根據草原類型、非草地類的變化而布設的調查樣地,觀察樣地對土地類型進行簡單的描述和記錄。

3.7.2 樣地設置原則

(1)在草原生態與生產中有重要價值,面積較大,分布廣泛,代表性強的草原類型;(2)草原生態系統比較脆弱,已經沙化、退化、鹽漬化和易被破壞的草原類型區;(3)對于利用方式不同及利用強度不一致的草原,應考慮分別設置樣地;(4)兼顧具有特殊經濟價值和一些特殊地形地貌的草原類型;(5)樣地要均勻分布,并且盡可能與調查和監測的樣點相協調;(6)在室內預判過程中,對具一定面積,且影像特征較均一的地段應布設樣地;(7)對預判過程中出現疑難問題,需要在其地段布設樣地。

3.7.3 樣地布設密度

根據草原普查的內容和要求,依據遙感數據的空間分辯率和草原類型分類精度等,確定樣地布設的數量。以1∶10萬為工作底圖,全區需布設主樣地和輔助樣地7 000～8 000個,其中,平均每幅地形圖設置主樣地1個,全區共設置700～900個;輔助樣地每幅平均布設6～8個,全區共設置7 000個左右。在地形和草原類型復雜的圖幅上,要多布設樣地;對于草原類型較為一致的圖幅,可以適當減少樣地布設數量;林區、戈壁地區的圖幅,可以不設置樣地。

4 野外數據采集

4.1 調查時期

野外調查選擇植物生長高峰期時進行。測定時間以當地草地群落中主要牧草進入產草量高峰期為宜。內蒙古東部地區一般在7月下旬 ～8月下旬為宜,西部地區在8月中旬～9月中旬為宜。

4.2 攜帶圖件

野外工作時,為了滿足實地對照,并建立和補充相關的標志,需要攜帶工作底圖、地形圖、行政區域圖、交通圖等圖件;必要時還可以攜帶不同時期的草原類型圖、土地利用現狀圖、降雨和氣溫分布圖、土壤分布圖等。

4.3 路線選擇

以旗縣為基本調查單元,依照調查區遙感影像特征、草原類型分布狀況、室內布設樣地狀況及交通條件,選擇調查路線。選擇調查路線時,應考慮穿越調查地段的主要地形地貌、涵蓋主要的草原植被類型。

4.4 樣地調查

樣地調查包括主樣地、輔助樣地和路線觀測樣地的調查。樣地選擇原則:(1)在平原丘陵區,樣地應安排在比較開闊的區域;(2)在山地,要依據草原類型分布的海拔高度和坡向,選擇樣地;(3)在沙地,固定、半固定沙地和丘間低地均需選擇樣地;(4)草甸和沼澤樣地,應依據衛星影像解譯結果,在分布面積大的河谷段或湖盆區布設樣地;(5)對面積較大的退化、沙化及鹽漬化區域,應按照梯度變化布設樣地;(6)針對特殊地段,根據需要設置樣地。

4.5 樣方調查

4.5.1 主樣地和輔助樣地的樣方調查

樣方主要用來記載草原群落的生物學特性和生產性能,包括分種測定樣方、測產樣方和記名樣方。主樣地設置3個分種測定樣方和10個記名樣方;輔助樣地設置1個分種測定樣方、2個不分種測產樣方和10個記名樣方。

4.5.2 樣方設置

在樣地內,依據典型性原則,選擇能夠代表整個樣地草原植被、地形及土壤等特征的地段,安排第一個樣方;然后,按一定方向在50～100m的間隔距離,依次確定第2、3個樣方的位置。

4.5.3 樣方大小

草本、小半灌木和小灌木樣方:草原1×1m2,草甸0.5×0.5m2,半荒漠 1×12m2,荒漠 2×2m2。灌木及高大草本樣方:灌木10×10m2,高大草本及高大半灌木4×4m2。

4.5.4 樣方測定

草本及小(半)灌木樣方調查見表2,灌木及高大草本樣方調查見表3。灌木及高大草本樣方調查,可根據實際情況,選擇折算標準株法、全測法或樣線法。記名樣方在樣地內隨機設置,樣方大小為1×1m2。

4.6 路線觀察樣地

在外業調查過程中,調查人員需要密切觀察土地利用狀況、草原景觀、草原類型和利用強度等變化,隨時確定調查樣地。如不需要做測定和測產樣地,則有必要記錄觀測樣地。

觀察樣地選擇原則:(1)在草地與非草地過渡區,分別設置草地與非草地觀測樣地;在耕地和其它非草地之間的過渡區,也要選擇觀測樣地。(2)在主要草原類型過渡區,設置觀測樣地,并且在具體的界線上做記錄。(3)在宏觀地形地貌變化及土壤基質變化區域,設置樣地,進行觀測記載。

4.7 建立判讀標志

在進行野外路線調查及樣地調查時,需要將野外實際地物與遙感影像特征聯系起來,構建相關信息的對應關系。同時,要及時將草原調查路線和樣地位置、編號,準確地標在工作底圖上。根據上述信息,建立影像判讀標志,并在工作底圖上勾繪主要草地與非草地、草地類等之間的界線。此外,還要記錄目視范圍內草地與非草地、草地類型、退化沙化鹽漬化等信息。

4.8 收集資料

通過外業調查或專門收集等方式,在調查區盟市、旗縣及草原畜牧業、水利、氣象等相關部門,收集與當地草原生態及畜牧業相關的統計數據、調查報告及圖件。

4.9 訪問調查

通過訪談和入戶調查的形式,向當地政府工作人員、草原技術與管理人員以及牧民了解本區域內的草原資源、生態環境、畜牧業經營及植被恢復等情況。并且,要具體了解草原生態工程建設、放牧管理與打草場刈割制度、人工飼草料種植、禁牧休牧、補飼、水源管理以及野生動物類等相關內容。

5 植物標本采集

結合本次草原資源調查,收集植物資源,為建立草原植物資源標本館及數字植物標本共享平臺打基礎。采用數碼相機、錄像機采集、拍照和錄制野生植物資源,采集植物活體,制作干標本、浸制標本,構建植物資源信息庫。

5.1 實物標本

在全區范圍內按著各個大類(亞類)草原建群種、優勢種、伴生種、特有種以及有毒有害植物采集植物標本。根據植物的物候期,采集根、莖、葉、花、果、實等完整的植株體。每種植物采集數量不少于3～5份。對采集的鮮標本,要求及時夾入標本夾,隨時更換標本紙,防止霉爛、變色。

5.2 數字標本

要求莖、葉、花、果全株拍照,特殊的植物個體用特寫鏡頭表現。像素要高,圖像要清晰。每種植物拍照數量不少于3～5張。

6 檢查驗收

對樣地樣方調查表、照片、資料及時進行自檢和抽檢。自檢由各小組負責,抽檢由調查技術組負責。抽檢樣地樣方數據不得少于2%～4%。抽檢時,要做好記錄和說明。當95%以上的樣地樣方表格記錄完整時,視為合格。

結論:內蒙古2009年～2010年開展全區大規模的草原資源普查,本次普查采用3S技術與地面調查相結合的技術路線,采用遙感、GIS及GPS技術手段為基礎的草原地面調查技術方法。地面調查包括主樣地、輔助樣地和路線觀測樣地的調查。根據遙感預判結果布設各類樣地,并建立遙感識別的標志和相關的對應關系,為草原普查內業分析打好基礎。本文提供了基于3S技術的草原普查外業工作的技術工具,為從事草原調查、動態監測的工作者和研究者提供參考。

〔1〕邢旗,高娃等.內蒙古草原資源遙感調查報告.〔R〕.2004.

〔2〕內蒙古自治區草原資源調查暫行規程.1984.

〔3〕NY/T 1233-2006全國草原資源與生態監測技術規程.

〔4〕邢旗、高娃、畢力格吉夫等.應用3S技術進行內蒙古草原面積調查研究〔C〕.呼和浩特:內蒙古草業研究.

〔5〕高娃,邢旗,劉德福.草原“三化”遙感監測技術方法和指標的研究〔J〕.草原與草坪.2007.

〔6〕劉紀遠主編.中國資源遙感宏觀調查與動態研究.〔M〕.北京:中國科學技術出版社.1995.