張國江，季碧勇，王文武，方炎杰，李佐暉

（浙江省森林資源監(jiān)測中心，浙江 杭州 310020）

森林資源既是林業(yè)生態(tài)建設和產業(yè)發(fā)展的基礎，也是經濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎。森林資源監(jiān)測是林業(yè)的基礎性工作，也是一項法定工作[1]。目前，對全國而言，設區(qū)市的森林資源監(jiān)測仍是一項空白。國家級森林資源連續(xù)清查體系、省級森林資源年度監(jiān)測體系無法監(jiān)測至設區(qū)市一級，而通過轄區(qū)各縣規(guī)劃設計調查（簡稱二類調查）結果的數(shù)據(jù)匯總或分析推算結果，則往往由于數(shù)據(jù)的間隔期長且基礎數(shù)據(jù)不處于同一時段，信息的時效性、準確性較差，給應用帶來了困難。如果各縣（市、區(qū)，以下簡稱“縣”）監(jiān)測數(shù)據(jù)更新均采用系統(tǒng)抽樣調查進行，不僅不利于監(jiān)測成果的林業(yè)生產應用，而且會造成已有二類調查數(shù)據(jù)的浪費，并與各縣已批準使用的二類調查結果相脫節(jié)。如何準確、及時地監(jiān)測設區(qū)市及所轄各縣的森林資源成為亟需解決的重要課題。2007-2009年，筆者對浙江省杭州市構建森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系進行了研究和實踐，并于2008年開展了外業(yè)調查與監(jiān)測，建立了設區(qū)市森林資源動態(tài)監(jiān)測網絡和監(jiān)測技術體系，實現(xiàn)了市、縣兩級同步監(jiān)測?，F(xiàn)報道如下，以期為國內設區(qū)市開展同類監(jiān)測提供參考。

1 研究地概況

1.1 自然地理區(qū)位

杭州市位于浙江省西北部，界于 29°13′～ 30°34′N，118°20′～ 120°40′E。行政區(qū)劃轄 8 區(qū) 3 市 2縣，分別是上城區(qū)、下城區(qū)、江干區(qū)、拱墅區(qū)、西湖區(qū)、濱江區(qū)、蕭山區(qū)、余杭區(qū)、建德市、富陽市、臨安市、桐廬縣和淳安縣。杭州市地處亞熱帶季風區(qū)，冬夏季風交替明顯。西部、中部和南部屬浙西中低山丘陵，東北部屬浙北平原。土壤資源以紅壤和水稻土為主，森林植被處于中亞熱帶常綠闊葉林植被帶，其東半部屬錢塘江下游、太湖平原植被片，西半部屬天目山、古田山丘陵山地植被片。植物區(qū)系的溫帶、亞熱帶東亞區(qū)系成分的特征顯著。

1.2 森林資源調查情況

從二類調查看，除主城區(qū)尚未開展二類調查外，均已開展過最新一輪二類調查，但各單位的調查年度不一致。淳安縣最早，時間是2003年。此后分別是：臨安2004年，余杭2005年，建德2006年，桐廬2007年，蕭山2007年，富陽2008年，時間跨度達到5 a?？梢钥闯龊贾菔懈骺h的調查年度不一，全市匯總的各縣森林資源基礎大不相同，不是同一時點，信息的時效性較差，全市的匯總數(shù)據(jù)既難以準確反映杭州市的森林資源現(xiàn)狀，也難以客觀反映杭州市的森林資源發(fā)展變化狀況。

在進行二類調查同時，有5個縣開展了樣地抽樣控制調查，分別是臨安、淳安、建德、桐廬、富陽。其中建德、桐廬、富陽的縣級抽樣控制樣地布點系統(tǒng)與省級連清調查樣地布點系統(tǒng)實現(xiàn)了對接，可視為對省級樣地的加密。

2 體系框架

以抽樣技術、模型技術和地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術、遙感技術等現(xiàn)代高新技術為手段，通過固定樣地監(jiān)測、森林資源檔案更新、補充調查、復位調查、模型估算、馬爾科夫轉移模型估計、線性回歸估計和遙感判讀等監(jiān)測方法，根據(jù)各縣域副總體森林資源調查特點，按照把握總體，逐級控制，分區(qū)施策，分類統(tǒng)計的原則，采取不同的數(shù)據(jù)處理方法，更新各縣域副總體森林資源數(shù)據(jù)，建立覆蓋全市、市縣聯(lián)動的森林資源監(jiān)測體系。杭州市森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系框架見圖1。

3 體系構建

3.1 監(jiān)測體系總體布局

杭州市森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系由1個總體和8個縣域副總體組成。即杭州全市為總體，縣域副總體原則上以縣為單位進行劃分，淳安、臨安、建德、桐廬、富陽、余杭、蕭山各作為一個縣域副總體，上城、下城、江干、拱墅、西湖和濱江等6個城區(qū)合并成一個縣域副總體。

3.2 監(jiān)測體系設計

從市縣聯(lián)動監(jiān)測體系層級上，分為市級抽樣控制調查監(jiān)測體系和縣級二類調查動態(tài)監(jiān)測體系。市級抽樣控制調查監(jiān)測以宏觀性監(jiān)測為主，主要是對全市總體和各縣域副總體監(jiān)測進行總體精度控制和趨勢性變化分析，同時為縣級二類調查動態(tài)監(jiān)測體系提供模型建模樣本?？h級二類調查動態(tài)監(jiān)測主要是通過與市級抽樣控制調查聯(lián)動，采用不同數(shù)據(jù)更新方法，對各縣域副總體的二類調查數(shù)據(jù)進行更新。

3.2.1 市級抽樣控制監(jiān)測體系 全市樣地總數(shù)為省級樣地數(shù)的3倍，即在現(xiàn)有省級樣地4 km×6 km的基礎上再加密2倍，實際布設樣地2092個，間距為4 km×2 km。其中建德、桐廬、富陽等3個縣域副總體的樣地均為縣級抽樣控制樣地的復位樣地?？紤]到城區(qū)尚未開展新一輪二類調查，而且樣地變動系數(shù)較大，為取得較可靠的森林資源數(shù)據(jù)，按1 km×1 km進行加密，共計加密樣地617個，合計布設樣地數(shù)2709個。市級抽樣控制監(jiān)測體系主要為全市總體及各縣域副總體監(jiān)測提供總體參數(shù)和成果精度控制。市級抽樣控制監(jiān)測體系樣地布點系統(tǒng)見圖2。

圖1 杭州市森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系框架圖Figure1 Framework about monitoring system of forest resources based on linking city and its subordinate counties in Hangzhou City

3.2.2 縣級二類調查動態(tài)監(jiān)測體系 根據(jù)各縣域副總體森林資源二類調查特點，按數(shù)據(jù)更新方法分，縣級二類調查動態(tài)監(jiān)測體系由以下3類子體系組成：縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測子體系、統(tǒng)計表樣地推算監(jiān)測子體系和傳統(tǒng)方法監(jiān)測子體系。縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測適合于已完成二類調查，并且監(jiān)測年實施了補充調查、復位調查、檔案更新、模型更新的單位。建德、臨安、淳安、蕭山、余杭屬該監(jiān)測體系。統(tǒng)計表樣地推算監(jiān)測適用于縣域內復位樣地較多，樣地調查與二類調查同步開展，能利用復位樣地前后期監(jiān)測變化信息，對二類調查統(tǒng)計表進行更新的單位，桐廬屬該監(jiān)測體系。傳統(tǒng)方法監(jiān)測又分為2類：一類是2008年正在開展二類調查，主要監(jiān)測結果應受市級抽樣控制置信區(qū)間控制的單位，本次監(jiān)測中，富陽屬該類；二是尚未開展二類調查或開展二類調查有困難的單位，以系統(tǒng)抽樣理論為基礎進行監(jiān)測。城區(qū)副總體屬于該類。

3.3 市縣聯(lián)動監(jiān)測關鍵技術

森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系，要求獲取同一時段的市縣兩級森林資源與生態(tài)狀況監(jiān)測信息，實現(xiàn)市縣兩級同時監(jiān)測，同步統(tǒng)計監(jiān)測結果。該監(jiān)測體系的關鍵技術主要包括縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測技術、二類統(tǒng)計表固定樣地推算技術和數(shù)據(jù)庫及信息處理技術。由于篇幅限制，筆者僅作如下介紹，詳細內容作者已有文獻論述，可參考本文有關參考文獻。

圖2 市級抽樣控制監(jiān)測體系樣地布點系統(tǒng)Figure2 Points of monitoring system of sampling control in the city level

3.3.1 縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測技術 縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測技術是縣級二類調查動態(tài)監(jiān)測體系的主要技術，是開展縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測的基本方法。它是在完成縣級二類調查，建立較完整的森林資源檔案的前提下，以縣級森林資源地理管理信息系統(tǒng)和動態(tài)數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)更新平臺[2]，以固定小班數(shù)據(jù)更新為基礎，按照 “小班對應、面積平衡”的原則，綜合運用小班檔案臺帳更新、補充調查、復位調查和模型更新等監(jiān)測方法，對縣級森林資源數(shù)據(jù)進行動態(tài)更新[3]，使森林資源數(shù)據(jù)更新落實到山頭地塊，實現(xiàn)各縣域副總體內小班數(shù)據(jù)的及時更新。模型更新技術是縣級森林資源小班動態(tài)監(jiān)測中難度最高的技術環(huán)節(jié)[4]，小班主要測樹更新因子包括平均年齡、平均胸徑、平均樹高、單位株數(shù)、單位蓄積量等，其中單位蓄積量是關鍵測樹因子[3]。建模以該縣域范圍內系統(tǒng)布設的抽樣控制樣地中的樣木為建模樣本，主要技術環(huán)節(jié)包括建模單元劃分、樣本資料整理、數(shù)據(jù)預處理、模型研建、異方差處理、模型適合性檢驗和模型行為分析等[5]。小班模型更新結果受市級固定樣地監(jiān)測的林木生長率控制，以保證模型更新結果可靠性。對于單位蓄積量模型，也可把復位調查小班中的自然漸變小班調查結果，用作推算更新檢驗。方法是把復位細班的單位面積蓄積量的實際調查結果與推算更新結果進行統(tǒng)計分析，如果檢驗不能通過，應當重新設計推算更新公式，或重新建立小班蓄積動態(tài)模型，重新進行推算，直到檢驗通過。縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測結果必須受縣域范圍內市級固定樣地抽樣置信區(qū)間控制，以確?？h級動態(tài)監(jiān)測結果的數(shù)據(jù)精度。對于蓄積量因子，也可把復位小班的實際調查結果視作小班抽樣進行回歸統(tǒng)計分析，用統(tǒng)計抽樣方法作出全縣蓄積量精度推斷[6]。

3.3.2 統(tǒng)計表固定樣地推算監(jiān)測技術 統(tǒng)計表固定樣地推算以樣地監(jiān)測信息為基礎，包括兩部分內容：一是各地類面積更新，二是各類蓄積更新，分別采用馬爾科夫鏈轉移模型和抽樣回歸估計方法更新監(jiān)測。對面積類數(shù)據(jù)，以前期二類調查的各類面積統(tǒng)計表數(shù)據(jù)為各類面積初始狀況，利用同一時段前后兩期復位樣地的地類變化狀況，作為間隔期內的面積轉移矩陣概率，構建馬爾科夫鏈轉移概率模型，由此獲得本期的各類土地面積狀況[7－8]。因此，面積更新數(shù)據(jù)，既保持了前期二類調查成果的比例結構，又體現(xiàn)了間隔期的結構變化，實現(xiàn)了抽樣控制調查數(shù)據(jù)與二類調查數(shù)據(jù)的銜接更新。對蓄積類數(shù)據(jù)，采用線性回歸抽樣方法建立線性回歸模型，以前期二類調查成果各立木類型蓄積為自變量，通過線性回歸模型預測得到本期相應蓄積量估計值及估計精度。因統(tǒng)計表類型多，內容豐富，對各類統(tǒng)計表推算更新時，統(tǒng)計表固定樣地推算監(jiān)測應遵循從總項到分項，從簡單到復雜的原則，逐級更新，逐級平差，并注意表間數(shù)據(jù)邏輯關系。統(tǒng)計表固定樣地推算監(jiān)測結果同樣受縣域抽樣置信區(qū)間控制，如果監(jiān)測結果精度不高，未處于抽樣置信區(qū)間內，則放棄使用本技術方法更新。

3.3.3 數(shù)據(jù)庫及信息處理技術 市縣聯(lián)動監(jiān)測體系較為復雜，數(shù)據(jù)表較多。市級抽樣控制監(jiān)測體系包含本期樣地因子表、跨角樣地因子表、樣木因子表等，如果是復位樣地，還包含前期樣地有關數(shù)據(jù)表；縣級二類調查動態(tài)監(jiān)測體系包括各縣域副總體前期二類調查小班數(shù)據(jù)表、林帶樹帶數(shù)據(jù)表，本期動態(tài)監(jiān)測補充調查、復位調查、檔案更新、模型更新、動態(tài)監(jiān)測小班數(shù)據(jù)表，以及模型參數(shù)表等。除此之外，還包括各類派生表和統(tǒng)計表。由于監(jiān)測體系基礎數(shù)據(jù)豐富，應綜合運用數(shù)據(jù)庫技術，科學設計建立數(shù)據(jù)庫、設置表內字段和表間關系，科學維護和使用數(shù)據(jù)庫，有效管理大量的數(shù)據(jù)資源，保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。數(shù)據(jù)信息處理是內業(yè)統(tǒng)計分析的關鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)信息處理與統(tǒng)計，包含三類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)，分別是抽樣控制調查數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、二類調查數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。每個系統(tǒng)至少包含數(shù)據(jù)輸入與修改、邏輯檢查、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表輸出模塊，以及系統(tǒng)輔助類模塊。其中輔助類模塊包括標準疏密度表、各優(yōu)勢樹種齡組表、模型參數(shù)表、一元材積表、二元材積表、鄉(xiāng)村代碼庫等存放與提取和齡級齡組、蓄積量等計算模塊，主要為各派生因子的自動生成和在系統(tǒng)運行過程中為操作人員提供服務[9－12]。此外，對于特別復雜的數(shù)據(jù)處理，尤其是需要分析數(shù)據(jù)處理中間結果，或數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果受多方面因素影響、不確定性較大的，應綜合運用Microsoft Excel等軟件的數(shù)據(jù)分析函數(shù)和擴展功能開發(fā)技術（如Excel VBA程序開發(fā)、宏等），采用手工數(shù)據(jù)信息處理與統(tǒng)計分析。

4 結論與討論

杭州市森林覆蓋率高，森林資源豐富，各縣域森林資源調查特點多樣，以杭州市為研究地，研究構建設區(qū)市森林資源監(jiān)測體系，具有較好的代表性。研究構建的設區(qū)市森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系，在杭州市森林資源監(jiān)測中進行了成功運用。監(jiān)測不僅取得市級森林資源數(shù)據(jù)，而且獲取了同一時段所轄各縣域副總體的森林資源數(shù)據(jù)。監(jiān)測成果于2009年7月在《杭州日報》向社會進行了公告。研究建立的設區(qū)市森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系，對國內同類設區(qū)市開展同類監(jiān)測具有較好的借鑒作用。

在監(jiān)測體系設計上，由于至外業(yè)調查實施年止（2008年），杭州市8個縣域副總體中，除富陽、城區(qū)外，其他6個單位森林資源二類調查成果均已通過了專家論證，并經浙江省林業(yè)主管部門批準允許公開使用，具有法定權威性。因此，設區(qū)市森林資源監(jiān)測應當與已公布使用的縣級二類調查結果進行良好銜接，森林資源監(jiān)測體系設計應當考慮以縣級二類調查成果為基礎，綜合運用多種監(jiān)測方法進行監(jiān)測。

市、縣兩級森林資源監(jiān)測體系以固定樣地為紐帶，共同構成設區(qū)市森林資源市縣聯(lián)動監(jiān)測體系。固定樣地一方面為市級監(jiān)測體系全市總體監(jiān)測提供精度控制，另一方面，也對縣級監(jiān)測體系進行抽樣控制，并為建立林分、林木生長模型提供基礎建模數(shù)據(jù)，為符合一般生長規(guī)律的漸變小班主要測樹因子更新提供依據(jù)[3]。

抽樣統(tǒng)計方法能獲取一定精度的總體數(shù)據(jù)，但不同指標的數(shù)據(jù)，精度高低不同。對于小面積地類變化，如未成林造林地、采伐跡地、火燒跡地和林地征占用等地類變化，精度較低，難以提供較準確的控制數(shù)據(jù)。因此，對可能存在地類突變的小班進行補充調查或檔案更新，對于實現(xiàn)市縣聯(lián)動監(jiān)測目標，提高設區(qū)市及縣級森林資源監(jiān)測成果的完整性和準確性是非常必要的。

縣級森林資源小班動態(tài)監(jiān)測采用補充調查、復位調查、檔案更新、模型更新等技術方法，相對于以往全面調查，減少了野外作業(yè)量，降低了勞動強度，同時更新結果受市級抽樣縣域內樣地抽樣置信區(qū)間控制，更新精度得到更好保證。

由于抽樣調查和二類調查是兩套體系，在技術標準、統(tǒng)計口徑上存在一定差異，其成果數(shù)據(jù)不完全一致[13]。因此，需要對兩者進行銜接和數(shù)據(jù)預處理。今后，參考浙江省級森林資源年度監(jiān)測模式，在本期市級抽樣控制監(jiān)測體系基礎上，每年抽取三分之一樣地，總體參數(shù)及誤差的估計采用二相估計的方法，建立市級抽樣控制年度監(jiān)測體系[14－16]。在此基礎上，結合上述方法構建的縣級二類調查動態(tài)監(jiān)測體系，可建立杭州市森林資源市縣聯(lián)動年度監(jiān)測體系，實現(xiàn)監(jiān)測周期年度化[17－18]。

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