一種森林資源連續清查體系的引進及應用

陳曉東

(山西省中條山國有林管理局中村林場，山西 沁水 048200)

1 引言

在中德技術合作“山西森林可持續經營技術示范林場建設”項目實施過程中，德國專家采用“樣圓調查法”[1]進行基礎數據調查，為林場森林經營規劃(2021-2030)提供基礎數據支撐；采用“森林資源連續清查體系”建設系統的長期固定樣地，連續動態掌握森林資源的現狀和消長情況，同時為前期調查數據提供精度控制[2]。使森林經營成為集調查規劃、精準實施和后期連續監測為一體的整體系統活動。

“森林資源連續清查體系”(以下簡稱“清查體系”)布局科學，操作簡單，可進行定量精準化、連續化的跟蹤核查，監測國有林場整體森林資源變化[3]；監測各項營造林活動對樹種組成、蓄積量及更新活動產生的影響；監測已制定的森林經營規劃的執行情況；同時可根據科研的需要，增加監測指標，為科研活動提供樣地和數據支持。本文就樣點布局、樣圓調查、數據庫建立對這一清查體系進行詳細分析和總結，為今后森林經營活動提供系統的操作方法，指導森林可持續發展和高質量發展。

2 系統布局

2.1 樣點數量確定

樣點數量(n)的計算公式如下，一定區域內的樣點數量取決于兩個變量，即數理統計可靠度(1-α)、森林資源數量的變異系數(CV)和t值，t值是一個常量(值為1.965)。

(1)

數理統計可靠度(1-α)：一般設置為85%，90%，95%，要求的可靠度越高，需要調查的樣點數量越多。

變異系數(CV)：是衡量一組數據中各觀測值變異程度的一個統計量，變異系數越大，需要調查的樣點數量越多。這里計算變異系數(CV)時，簡單采用有林地范圍內各小班hm2蓄積量的變異系數，指征林場范圍內森林資源的離散程度。

(2)

以中村林場為例，全場有林地面積約1.53萬hm2，調查樣點公頃蓄積量的變異系數為59.5%，數理統計可靠度設為90%，需要調查的樣點數量測算結果如下：

2.2 樣點位置及分布

清查體系的樣點設置呈均勻分布的樣點，因此確定樣點位置及分布的實質是確定樣點之間的間距(D)。

s=S÷n

(3)

(4)

式(3)、(4)中：s表示單個樣點的代表面積；S表示待評估區域面積(即中村林場有林地總面積)；n表示樣點數量，D表示樣點間距。

以中村林場為例，在1.53萬hm2的有林地中，90%數理可靠度要求下，清查樣點數量為137個，樣點間距為1057 m，每樣點的代表面積為112 hm2。

為方便實際操作，同時增加評估的準確度，將計算所得的樣點間距取整，設置為1000 m，在全場林地范圍內(去除非林地和爭議小班，1.74萬hm2)布設清查樣點，最終確定樣點數量為174個，每樣點代表面積為100 hm2。

2.3 樣點落地過程

在實際操作過程中，項目組成員不斷實踐，摸索出了實用可行的落地方法。該方法的過程如下。

(1)通過ArcGis軟件工具箱中的“創建漁網”功能，在矢量地圖中創建shp格式的樣點圖層。在使用“創建漁網”功能時，所在數據應處于投影坐標系而非地理坐標系。通過對樣點層進行投影和轉換后可以形成kml格式的導航文件，該文件可在GoogleEarth或手機導航軟件中加載使用。

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

(3)無論使用導航軟件還是GPS，在最終確認某一具體點時都會出現飄忽現象，為避免出現隨意布設情況，在距離目標樣點10 m左右時，先通過導航軟件或GPS確定目標方位，然后用皮尺完成清查樣點的最終確認。

該方法不需要額外增加成本，極大地方便了林業基層技術人員的外業工作，僅需一部普通智能手機即可完成，定位精度最小為4 m，能夠全程可視化的滿足樣點的導航需求。該方法在幫助技術人員完成第一次樣點設置之后，所保留的軌跡、標注、照片和視頻資料等電子資料，也在一定程度上降低了后續調查的難度。

3 樣圓調查法

標定樣圓中心點，將一根40～50 cm長的木樁釘入樣圓中心點，在完成樣圓調查即將離開樣圓時要用紅漆噴涂木樁露出地面部分。

3.1 樣圓面積

樣地設置為半徑7 m的樣圓，不同半徑范圍內，調查對象不同，見圖1。

圖1 不同半徑范圍內調查要求

3.2 調查范圍

不同徑級的林木數據在不同范圍內獲得，半徑2 m范圍內，調查胸徑<5 cm的喬木樹種名稱、規格和數量；半徑4 m范圍內，調查5 cm ≤ DBH < 20 cm的喬灌木；半徑7 m范圍內，調查DBH≥20 cm的喬木。不同徑階林木的調查半徑示意圖如1所示。

3.3 調查指標

以樣圓中心點處確定的方位角為依據確定樣木調查順序，從0°～360°。調查指標包括：

(1)林分特征：林分發育階段、樹種、胸徑、樹高、更新樹種、更新數量。

(2)樣地基本特征：海拔、坡位、坡度、坡向。

(3)從樣點中心到樣木的距離和方位角信息。

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

其中，更新調查按高度不同分3類，10 cm

3.4 操作要點

3.4.1 永久標記樣圓樣木

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

3.4.2 分工合作

經過多次外業測試，設置和調查一個樣圓點，需要的人員最少為3人，花費時長為半天。具體分工為：(1)位于樣圓中心點，負責記錄、確定方位角和樣木到樣圓中心的距離；(2)負責確定樣木到樣圓中心的距離，測量胸徑并用粉筆標記胸徑位置；(3)負責用油漆標記樹號、釘樹牌，協助測量樹高等。其他需要測量的參數由小組成員共同確定。

3.4.3 應用經驗

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

4 數據庫建立

德方咨詢專家和項目組共同開發了基于My sql數據庫技術的在線數據錄入&分析軟件(圖2)，數據庫能滿足以下基本功能：

圖2 數據錄入&分析數據庫頁面

(1)多人同時在線錄入。

(2)多林場長期多次錄入(5年一次)，長期保存。

(3)能按照林分發育階段、樹種、徑級等多種參數進行分類統計分析(圖3)。

圖3 數據庫中中村林場樣點分布

(4)所得數據應能與ArcGis軟件良好兼容(圖4)。

(5)安全性高、保密性好。

5 思考和討論

森林資源連續清查，是以區域為調查對象，系統性布設長期固定樣點，并較為準確地獲得樹種、蓄積、林分發育階段、徑級分布、更新特征等森林資源基本情況的調查活動。有利于森林經營者在宏觀上把握森林資源的現狀和變化趨勢，進而在安排各項森林經營活動時做到有的放矢。

該系統有助于解決目前森林經營中存在的只經營無監測的現狀，連續監測得到的生長量指標，既可以在編制下一步森林經營方案時提供準確的采伐限額參考，也可以在安排各項經營活動時，確定相應的優先級或側重點。一般意義上，應優先在生長量高的區域(如>5 m3/a/ha)重點經營，而在生長量低的區域弱化經營以減少甚至避免對原有森林生態系統造成擾動。

在固定樣點開展往復調查，可作為監督檢測體系的重要組成部分，以科學的連續的方法，監測國有林場整體森林資源變化，監測已制定的森林經營規劃的執行情況，有利于推動森林高質量和可持續發展。