内蒙古(2009—2010年)草原资源外业调查的方法*

邢 旗,高 娃

(内蒙古草原勘察设计院,内蒙古 呼和浩特 010051)

引言

内蒙古拥有世界上较为丰富的草原类型和牧草动物资源。草原资源是内蒙古国土的主体,也是国家重要的生态屏障和战略资源,是自治区经济社会发展的重要物质基础,在维护国家食品安全和生态安全中起到举足轻重的作用。由于长期超载过牧、粗放经营、以及气候和其它因素的影响,从60年代开始至今,内蒙古草原发生了明显变化。全区草原面积 60年代8 495.27万hm2,2003年7 499.39万hm2,近 40年草原面积总量减少995.88万hm2,牧草总量降低55.19%;而草原退化、沙化、盐渍化面积却由60年代的18%扩大到2003年的75%。近年来国家在内蒙古地区启动了退牧还草、天然草原保护等重大工程,各地区草原资源在不同程序上发生了一定的变化。为了摸清内蒙古草原现状及变化,自治区政府决定用两年时间(即2009～2010年底),在全区范围内进行1次大规模的草原资源遥感普查。本次草原普查采用遥感、GIS及GPS技术手段,通过地面调查数据为草原遥感分析提供重要依据,为获取可靠的草原本底数据提供可操作的技术方法和流程。本文可以为3S技术的草原普查外业工作提供可操作的技术工具,同时还可以为从事草原调查、动态监测的技术与管理人员、教学人员提供参考。

1 外业调查的任务

外业调查的任务主要包括地面调查、收集资料及访问调查等。地面调查:通过样地样方的实际描述与测定,获取草原类型、分布范围、退化沙化盐渍化程度等相关数据,以及不同地区不同草原类型产草量的指标参数,找出实际地物与遥感数据之间的对应关系。收集资料:收集调查区草原资源、生态、生产经营等方面的相关文本、图件及统计数据,为分析评价草原资源提供背景资料。访问调查:通过访问调查了解当地草原资源、生态环境、畜牧业经营及植被恢复等情况,以及草原鼠虫害、旱灾等自然灾害等。

2 技术路线及总体框架

外业调查工作包括准备工作、地面调查、检查验收等环节。总体框架见图1。

图1 草原外业调查总体框架

3 准备工作

3.1 组织准备

成立领导小组。负责协调落实草原普查任务,解决草原普查的重大问题成立专门的组织机构,明确责任人,负责本区域草原调查的组织和协调工作,根据工作任务制定工作方案和计划。下设领导小组办公室,负责落实领导小组的决定事项,组织制定工作方案,督促检查普查进度和质量。成立专家组。负责草原资源普查相关技术性文件审查,解决草原普查过程中的重大技术性问题。成立技术指导组。由草原相关部门有一定理论和实践经验的专家和技术人员组成技术指导组,负责技术规程的编制与修改,以及技术培训,组织到调查区实地进行技术指导,解决调查过程中出现的技术难点和疑点问题,并负责督促检查验收。组建调查小组。为完成外业调查任务,组建若干个外业调查小组,按确定的调查方法和路线开展地面数据采集、收集资料和访问调查工作。

3.2 物资准备

结合调查区域的实际情况和具体调查内容,准备必需的物资、条件和设备。主要设备有GPS、数码相机和计算器;记录用品包括野外调查表格、野外记录本、文件夹、铅笔、橡皮、卷笔刀等;样方测量物品为剪刀、布袋、1m×1m样方框、面积1m2样圆、刻度测绳、皮尺、直尺、卷尺等、便携式天平或杆秤、样品袋、标本夹、标签;其他物资条件如交通工具、药品等。

3.3 资料准备

遥感信息源:收集不同时期、不同来源的卫星遥感资料,空间分辩率不小于30m,至少要包括可见光和近红外波段,影像时相选择植被生长的最佳时期。其它资料:收集有关草原资源与畜牧业方面的图件、统计资料及调查报告等,包括植被类型图、草地资源类型图、土地利用现状图,以及土壤、水文、地形图等资料。

3.4 技术培训

集中对参加草原普查的管理和技术人员进行培训,内容包括技术规程、草原分类系统、遥感及地理信息系统应用基础、影像判读、野外调查表格填写、野外数据获取方法等。

3.5 工作底图制作

选择30m空间分辩率的卫星图像,对遥感图像精确纠正、辐射校正、图像增强、拼接及裁图、附标准地形图分幅号、公里网、大地坐标、比例尺,并叠加旗县级行政界线等,制作1∶10万比例尺分幅的遥感影像图,并作为草原地面调查工作底图。

3.6 预判

阅读资料:掌握调查区草原类型及其分布规律、草原利用状况、生态环境问题等信息,了解调查区域气候、地形地貌、土壤植被、土地利用、人为活动等自然及社会状况。

初步建立判读标志:对影像所反映的要素进行综合分析,找出影像与草原类型之间对应的特点及规律,初步确定草原类、亚类、型、非草地类,退化、沙化、盐渍化草原,以及草原开垦等判读标志。对同谱异物或异物同谱的现象,通过野外样地的资料进行识别及推测。

3.7 布设样地

3.7.1 样地类型

样地类型分为主样地、辅助样地和观察样地3种类型。主样地是在具有广泛代表性、地带性的草原类型设置的样地,主样地重复3次,进行详细的分种描述和测产。辅助样地是对主样地的补充和完善,即根据草原利用方式、强度、退化沙化程度等设置的样地,辅助样地进行常规调查测定。观察样地是在路线调查过程中,根据草原类型、非草地类的变化而布设的调查样地,观察样地对土地类型进行简单的描述和记录。

3.7.2 样地设置原则

(1)在草原生态与生产中有重要价值,面积较大,分布广泛,代表性强的草原类型;(2)草原生态系统比较脆弱,已经沙化、退化、盐渍化和易被破坏的草原类型区;(3)对于利用方式不同及利用强度不一致的草原,应考虑分别设置样地;(4)兼顾具有特殊经济价值和一些特殊地形地貌的草原类型;(5)样地要均匀分布,并且尽可能与调查和监测的样点相协调;(6)在室内预判过程中,对具一定面积,且影像特征较均一的地段应布设样地;(7)对预判过程中出现疑难问题,需要在其地段布设样地。

3.7.3 样地布设密度

根据草原普查的内容和要求,依据遥感数据的空间分辩率和草原类型分类精度等,确定样地布设的数量。以1∶10万为工作底图,全区需布设主样地和辅助样地7 000～8 000个,其中,平均每幅地形图设置主样地1个,全区共设置700～900个;辅助样地每幅平均布设6～8个,全区共设置7 000个左右。在地形和草原类型复杂的图幅上,要多布设样地;对于草原类型较为一致的图幅,可以适当减少样地布设数量;林区、戈壁地区的图幅,可以不设置样地。

4 野外数据采集

4.1 调查时期

野外调查选择植物生长高峰期时进行。测定时间以当地草地群落中主要牧草进入产草量高峰期为宜。内蒙古东部地区一般在7月下旬 ～8月下旬为宜,西部地区在8月中旬～9月中旬为宜。

4.2 携带图件

野外工作时,为了满足实地对照,并建立和补充相关的标志,需要携带工作底图、地形图、行政区域图、交通图等图件;必要时还可以携带不同时期的草原类型图、土地利用现状图、降雨和气温分布图、土壤分布图等。

4.3 路线选择

以旗县为基本调查单元,依照调查区遥感影像特征、草原类型分布状况、室内布设样地状况及交通条件,选择调查路线。选择调查路线时,应考虑穿越调查地段的主要地形地貌、涵盖主要的草原植被类型。

4.4 样地调查

样地调查包括主样地、辅助样地和路线观测样地的调查。样地选择原则:(1)在平原丘陵区,样地应安排在比较开阔的区域;(2)在山地,要依据草原类型分布的海拔高度和坡向,选择样地;(3)在沙地,固定、半固定沙地和丘间低地均需选择样地;(4)草甸和沼泽样地,应依据卫星影像解译结果,在分布面积大的河谷段或湖盆区布设样地;(5)对面积较大的退化、沙化及盐渍化区域,应按照梯度变化布设样地;(6)针对特殊地段,根据需要设置样地。

4.5 样方调查

4.5.1 主样地和辅助样地的样方调查

样方主要用来记载草原群落的生物学特性和生产性能,包括分种测定样方、测产样方和记名样方。主样地设置3个分种测定样方和10个记名样方;辅助样地设置1个分种测定样方、2个不分种测产样方和10个记名样方。

4.5.2 样方设置

在样地内,依据典型性原则,选择能够代表整个样地草原植被、地形及土壤等特征的地段,安排第一个样方;然后,按一定方向在50～100m的间隔距离,依次确定第2、3个样方的位置。

4.5.3 样方大小

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

4.5.4 样方测定

草本及小(半)灌木样方调查见表2,灌木及高大草本样方调查见表3。灌木及高大草本样方调查,可根据实际情况,选择折算标准株法、全测法或样线法。记名样方在样地内随机设置,样方大小为1×1m2。

4.6 路线观察样地

在外业调查过程中,调查人员需要密切观察土地利用状况、草原景观、草原类型和利用强度等变化,随时确定调查样地。如不需要做测定和测产样地,则有必要记录观测样地。

观察样地选择原则:(1)在草地与非草地过渡区,分别设置草地与非草地观测样地;在耕地和其它非草地之间的过渡区,也要选择观测样地。(2)在主要草原类型过渡区,设置观测样地,并且在具体的界线上做记录。(3)在宏观地形地貌变化及土壤基质变化区域,设置样地,进行观测记载。

4.7 建立判读标志

在进行野外路线调查及样地调查时,需要将野外实际地物与遥感影像特征联系起来,构建相关信息的对应关系。同时,要及时将草原调查路线和样地位置、编号,准确地标在工作底图上。根据上述信息,建立影像判读标志,并在工作底图上勾绘主要草地与非草地、草地类等之间的界线。此外,还要记录目视范围内草地与非草地、草地类型、退化沙化盐渍化等信息。

4.8 收集资料

通过外业调查或专门收集等方式,在调查区盟市、旗县及草原畜牧业、水利、气象等相关部门,收集与当地草原生态及畜牧业相关的统计数据、调查报告及图件。

4.9 访问调查

通过访谈和入户调查的形式,向当地政府工作人员、草原技术与管理人员以及牧民了解本区域内的草原资源、生态环境、畜牧业经营及植被恢复等情况。并且,要具体了解草原生态工程建设、放牧管理与打草场刈割制度、人工饲草料种植、禁牧休牧、补饲、水源管理以及野生动物类等相关内容。

5 植物标本采集

结合本次草原资源调查,收集植物资源,为建立草原植物资源标本馆及数字植物标本共享平台打基础。采用数码相机、录像机采集、拍照和录制野生植物资源,采集植物活体,制作干标本、浸制标本,构建植物资源信息库。

5.1 实物标本

在全区范围内按着各个大类(亚类)草原建群种、优势种、伴生种、特有种以及有毒有害植物采集植物标本。根据植物的物候期,采集根、茎、叶、花、果、实等完整的植株体。每种植物采集数量不少于3～5份。对采集的鲜标本,要求及时夹入标本夹,随时更换标本纸,防止霉烂、变色。

5.2 数字标本

要求茎、叶、花、果全株拍照,特殊的植物个体用特写镜头表现。像素要高,图像要清晰。每种植物拍照数量不少于3～5张。

6 检查验收

对样地样方调查表、照片、资料及时进行自检和抽检。自检由各小组负责,抽检由调查技术组负责。抽检样地样方数据不得少于2%～4%。抽检时,要做好记录和说明。当95%以上的样地样方表格记录完整时,视为合格。

结论:内蒙古2009年～2010年开展全区大规模的草原资源普查,本次普查采用3S技术与地面调查相结合的技术路线,采用遥感、GIS及GPS技术手段为基础的草原地面调查技术方法。地面调查包括主样地、辅助样地和路线观测样地的调查。根据遥感预判结果布设各类样地,并建立遥感识别的标志和相关的对应关系,为草原普查内业分析打好基础。本文提供了基于3S技术的草原普查外业工作的技术工具,为从事草原调查、动态监测的工作者和研究者提供参考。

〔1〕邢旗,高娃等.内蒙古草原资源遥感调查报告.〔R〕.2004.

〔2〕内蒙古自治区草原资源调查暂行规程.1984.

〔3〕NY/T 1233-2006全国草原资源与生态监测技术规程.

〔4〕邢旗、高娃、毕力格吉夫等.应用3S技术进行内蒙古草原面积调查研究〔C〕.呼和浩特:内蒙古草业研究.

〔5〕高娃,邢旗,刘德福.草原“三化”遥感监测技术方法和指标的研究〔J〕.草原与草坪.2007.

〔6〕刘纪远主编.中国资源遥感宏观调查与动态研究.〔M〕.北京:中国科学技术出版社.1995.