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森林资源清查向森林生态系统监测转型技术

摘要:本文阐述了建国以来我国森林资源清查的发展历程,指出原有的森林资源清查体系已不能适应国家生态文明建设和现代林业发展需要,建立森林生态系统监测评体系非常必要且意义重大;本文构建了生态系统监测的技术框架,提出了森林资源清查向森林生态系统监测转型的主要技术。

关键词:森林资源;森林生态系统;监测;清查


   森林资源清查发展概况


森林资源清查是以宏观掌握森林资源现状及其动态变化,客观反映森林的数量、质量、结构和功能为目的,以省(自治区、直辖市)为单位,以抽样理论为基础,设置固定样地为主进行定期复查的森林资源调查。它是林业的重大基础性工作,对准确把握林业发展趋势,制定和调整林业方针政策,编制国民经济和社会发展规划等战略决策发挥着重要作用。我国大规模、系统化的森林资源清查始于新中国成立后,70多年来,随着林业发展和科学技术进步,森林资源清查在基础理论、技术方法、调查手段、规范标准等方面不断发展完善,取得了长足的进步。归纳起来,主要经历了三个发展阶段。

(一)摸索与开拓阶段。从1950年开始,我国在东北组建森林调查队伍,开展了长白山和小兴安岭林区的森林调查工作;随后全国各地相继组建队伍,开展森林调查工作。20世纪50年代初开展的森林调查,主要采用经纬仪或罗盘仪测量调查范围面积,利用方格法区划林班小班,设置带状标准地进行每木检尺以计算森林蓄积。1954年,从苏联引进整套森林航空调查技术,开展了森林航空测量、森林航空调查和地面综合调查工作,并建立了以航空像片为手段、目测调查为基础的森林调查技术体系。这一阶段,我国森林资源调查全面借鉴前苏联的技术和规程,进行了摸索和开拓,实现了调查技术和队伍从无到有。

(二)学习与创新阶段。20世纪60年代,我国森林资源调查开展了以抽样技术为核心的新技术、新方法的试验研究。1964年,引进了以数理统计为理论基础的抽样技术,随后组织了大规模试验和实测验证,在调查精度、质量、效益等方面均取得进展,标志着我国森林调查技术从过去以目测调查为主的阶段,转到以抽样实测为主的轨道上来。60年代中期,在全国广泛推广了分层抽样调查方法,随后全国各地又相继进行两阶和多阶抽样、回归估测、双重回归抽样等多种抽样调查方法的试验和应用,并取得成功。这一阶段以抽样技术的使用为标志,体现了调查方法的重大变革,使我国森林资源调查技术提高到一个新水平。

(三)提高与发展阶段。20世纪70年代,开始建立全国森林资源连续清查体系。1977年,原林业部在江西省组织开展了森林资源连续清查试点工作;从1978年开始,相继在其他省份建立森林资源连续清查体系。经过40多年的不断改进和完善,我国森林资源清查体系取得了长足发展:一是各省复查的间隔期从3年、5年、7年不等逐渐调整为5年,保证了清查周期的统一;二是从第三次清查开始将样地和样木从部分固定调整为全部固定,增强了清查结果的可比性和连续性;三是清查范围逐渐从重点林区扩大到整个大陆,从第六次清查开始实现了除港澳台以外全部国土面积的全覆盖调查;四是清查内容除了森林资源状况外,从第七次清查开始增加了森林生态状况调查内容,并开展了森林生态功能和效益评估,适应了现代国际林业发展的趋势;五是遥感、全球定位、地理信息、数据库和模型技术等先进技术逐渐得到广泛应用,提高了清查的科技含量和技术水平。

这一阶段,我国建立了覆盖31个省(自治区、直辖市)的森林资源连续清查体系,完成了9次全国森林资源清查。综合来看,我国森林资源清查体系已经居于世界先进行列。


   森林生态系统监测需求


新世纪以来,随着我国林业“双属性”“四地位”及国家“五位一体”战略的相继实施,特别是“两山论”的不断深入实践,20世纪70年代建立的以森林面积蓄积调查为主的国家森林资源清查体系,已经完全不适应国家生态文明建设和现代林业发展的重大需求。优化森林资源清查体系、开展森林生态系统监测评价已成为新时期林业建设的重要任务。

(一)林业的“双属性”要求开展森林生态系统监测。2003年,《中共中央、国务院关于加快林业发展的决定》指出,林业是一项重要的公益事业和基础产业,承担着生态建设和林产品供给的重要任务;并确立了以生态建设为主的林业可持续发展道路,要求建立以森林植被为主体、林草结合的国土生态安全体系,建设山川秀美的生态文明社会。因此,传统的以森林面积蓄积调查为主的国家森林资源清查,已经难以满足生态建设的需要,应该向森林生态系统监测转变。

(二)林业的“四地位”要求开展森林生态系统监测。2009年,中央林业工作会议明确指出,在贯彻可持续发展战略中林业具有重要地位,在生态建设中林业具有首要地位,在西部大开发中林业具有基础地位,在应对气候变化中林业具有特殊地位。林业的“四个地位”,尤其是生态建设中的“首要地位”和应对气候变化中的“特殊地位”,决定了从传统的森林资源清查向森林生态系统监测转变,已经成为历史发展的必然选择。

(三)布局“五位一体”要求开展森林生态系统监测。2012年,党的十八大提出了推进中国特色社会主义事业的“五位一体”总体布局,把生态文明建设放在突出地位,融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程;要求大力推进生态文明建设,扭转生态环境恶化趋势,努力建设美丽中国,实现中华民族永续发展。这就要求我们必须加强森林生态系统监测,为推进生态文明建设提供信息支撑。

(四)践行“两山理论”要求开展森林生态系统监测。2015年,中共中央、国务院印发《关于加快推进生态文明建设的意见》,要求牢固树立尊重自然、顺应自然、保护自然的理念,坚持“绿水青山就是金山银山”。“两山理论”中的绿水青山就是指良好的生态环境。生态环境的好坏如何评价,生态产品的价值如何实现,这些都要求我们积极推进森林生态系统的监测和评价,为践行“两山理论”提供基础数据支撑。


   森林生态系统监测技术

针对新时期森林生态系统监测评价的重大需求,课题组利用现代遥感技术、抽样技术、建模技术等技术手段,创新清查技术方法,优化清查技术体系;研建全国主要树种立木生物量和碳储量计量标准体系,为开展全国范围的森林生物量、碳储量精准核算提供依据,也为森林生态功能效益评估奠定基础;将森林生态系统定位观测体系和森林资源清查体系耦合,建立国家和省域尺度的森林生态功能与效益监测系统,并开展覆盖全国的森林生态系统服务功能分布式精准评估;实现清查目标由森林面积蓄积向森林生态系统功能效益转变,技术方法由地面调查向地面与遥感相结合的天空地一体化监测转变,最终建立全国森林生态系统综合监测评价体系。

(一)拓展清查内容,创新技术方法,研建了国家森林资源“天空地”一体化年度监测体系。开展了全国森林资源和生态状况综合监测体系建设框架研究,明确技术思路和监测技术框架,为实现森林生态系统监测奠定理论与技术基础;增加了植被类型、群落结构、树种结构、森林类别、森林健康、森林自然度、灾害类型、灾害等级等反映森林生态状况的调查指标52项,使调查指标总数达到165项,极大地扩展了生态状况评价指标;研建了基于低、中、高分辨率多期多源遥感数据,以森林变化概率信息提取技术为核心的多阶遥感监测技术体系,为实现国家和省域大尺度宏观森林资源分布及变化监测提供了技术支撑;在全国系统布设1km×1km的大样地,基于高分辨率遥感影像和地面核实方法,连续开展了森林资源年度监测;选择部分省(市)开展综合监测应用示范,通过分层抽样、截线抽样、地面样地调查与遥感图斑调查融合等技术,实现了国家森林资源清查与地方规划设计调查时间同步、数据一致、点面融合,为整合国家森林资源清查和地方规划设计调查,建立天空地一体化年度监测体系奠定了技术基础。

(二)加强顶层设计,开展技术攻关,研建了我国立木生物量模型和碳计量参数标准体系。根据我国自然地理特征和森林资源状况,研究提出了全国立木生物量建模总体划分方案,并确定了每一个建模总体的样本结构,为推进全国森林生物量调查建模工作提供了科学依据;创新性提出了基于哑变量和误差变量相容性立木生物量联立方程组的建模技术,研制了《立木生物量建模样本采集技术规程》和《立木生物量建模方法技术规程》,为推进全国森林生物量调查建模工作提供了技术指南;完成了13个树种组33个总体的立木生物量建模,颁布实施了《立木生物量模型和碳计量参数》系列林业行业标准,为全国2/3的森林生物量和碳储量估计提供了准确计量依据;提出了通用性相对生长生物量模型,并基于木材密度数据建立了全部34个树种组的一元立木生物量模型,作为系列行业标准的重要补充,为开展全国范围的森林生物量估计提供了基础支撑;首次基于样地样木调查数据实现了全国和各省森林生物量、碳储量与森林蓄积量的同步产出,为FAO全球森林资源评估提供了中国的生物量和碳储量数据,为我国参与应对气候变化减排目标谈判提供了重要依据。

(三)立足生态监测,强化功能评估,研建了森林生态系统服务功能评估方法及评估标准。针对全国不同区域,结合森林资源清查中涉及到的优势树种(组),提出主导环境因子叠置基础上的点、面结合评估区域区划技术;基于现有全国森林生态系统定位观测网络的定位观测数据,系统研建观测指标、观测方法、数据管理和数据应用等方面的森林生态功能监测标准体系,建立与国家森林资源清查协同的全国尺度和省域尺度的森林生态功能与效益监测系统;建立包括涵养水源、保育土壤、固碳释氧等8项功能的《森林生态系统服务功能评估规范》国家标准,为开展森林生态系统服务功能评估提供依据;研发森林生态功能分布式评估方法,依据森林清查数据,按区域、优势树种、起源、龄组划分最小评估单元,解决从点到面的模型模拟和尺度转换问题,并基于森林资源清查数据,开展覆盖全国的森林生态系统服务功能分布式精准评估,从第七次清查开始连续三次测算了全国和各省的森林生态系统服务功能数据,为绿色GDP核算提供了依据。

(四)开展系统集成,强化信息服务,研建了森林资源清查数据管理和集成应用服务平台。研发了国家森林资源清查数据发布与展示系统,实现对全国和各省森林资源清查结果进行数据和图形发布、浏览和下载共享服务;研发了国家级森林资源遥感监测业务运行系统,实现对遥感数据的校正、融合等处理,森林变化识别和自动提取,监测成果统计分析和遥感专题图制作等功能;研发了森林资源数据多专题协同更新平台,实现国家、省、县三级森林资源数据联动更新,森林资源管理、林地管理、采伐和林地征占用等规划作业设计、审批审核等横向业务管理与应用的共享平台,满足了全国森林资源档案更新等各类业务要求。以上系统与平台的开发,为森林经营管理和林业生态建设提供了数据支撑和信息服务。 


参考文献

[1]肖兴威.中国森林资源清查[M]. 北京:中国林业出版社, 2005.

[2]肖兴威.中国森林资源和生态状况综合监测研究[M]. 北京:中国林业出版社, 2007.

[3]中国森林生态系统服务功能评估项目组.中国森林资源及其生态功能四十年监测与评估[M]. 北京:中国林业出版社, 2018.

   责编/庞贝