美国森林资源清查的基本做法和启示

1美国森林资源清查的基本做法和启示肖兴威1，姚昌恬2，陈雪峰1，宋常青3，曾伟生4，张铁平4(1.国家林业局森林资源管理司，北京100714；2.国家林业局计划资金管理司，北京100714；3.国家发展与改革委员会农经司，北京100714；4.国家林业局中南调查规划设计院，湖南长沙410014)摘要：在简要回顾美国森林资源清查历史的基础上，重点阐述了美国森林资源清查的现状及特点，并针对我国森林资源清查的实际情况提出了有关建议。关键词：美国；森林资源清查；森林健康监测MainPointsofForestResourceInventoryinUSandGuidingSuggestionsXIAOXingwei1，YAOChangtian2，CHENXuefeng1SONGChangqing3，ZENGWeisheng4，ZHANGTieping4(1DepartmentofForestResourceManagementofSFA，Beijing100714，china；2DepartmentofDevelopmentPlanningandFinanceofSFA，Beijing100714，china；3DepartmentofRuralEconomyofNationalDevelopmentandReformCommission，Beijing10082，china；4South-CentralForestInventoryandPlanningInstituteofSFA，Changsha410014，Huna，china)Abstract:BasedontheoverviewofForestInventoryandAnalysis(FIA)inUS,thestatusandmainpropertiesofUS’ForestInventoryandMonitoringareexpounded.InconnectionwiththesituationofforestresourceinventoryinChina,somesuggestionsarepresented.Keywords:US,forestresourceinventory,foresthealthmonitoring收稿日期：2005-03-11；修回日期：2005-03-21作者简介：肖兴威(1958-)，男，黑龙江省巴彦人，东北林业大学在读博士，高级工程师，长期从事森林公安及森林资源保护方面的工作。2美国既是世界经济强国，也是世界上的林业发达国家之一。美国国土总面积为916万km2，森林资源十分丰富。根据2002年的统计数据，美国森林总面积为3.03亿hm2，其中用材林面积占67%，保护林面积占10%，其它森林面积占23%。美国森林面积占全世界的8%，森林覆盖率为33.1%；森林总蓄积量为242亿m3，其中针叶林蓄积占57.4%，阔叶林蓄积占42.6%[1]。美国的森林清查与分析（ForestInventoryandAnalysis，FIA）已有70多年的历史。自1928年以来，已分别于1953、1963、1970、1977、1987、1992、1997、2002年公布过8次全国的森林资源数据[2]。目前，美国正在建立综合FIA和森林健康监测（ForestHealthMonitoring,FHM）的森林资源清查与监测（ForestInventoryandMonitoring,FIM）体系[3,4]。了解美国森林资源清查的主要做法，对加强我国森林资源监测体系建设无疑具有重要的借鉴作用。1美国森林资源清查的简要回顾1.1美国森林资源清查史概述严格地说，美国的森林资源清查历史应从20世纪20年代后期，即1928年美国颁布《麦克斯威尼—麦克纳瑞森林研究条例》后开始[5,6]。该条例委托国会授权农业部开展森林资源调查，其目的是不断提供最新的木材蓄积和其它林产品信息，以及森林当前和潜在的生产力信息等。为此，美国林务局在各区域设立了森林调查机构。最初的调查于1930年从美国西部开始，各区域的调查多数以州为总体依次进行，并以州为单位提交调查分析报告。到20世纪60年代，美国大陆上的所有48个州都已经完成了森林资源清查，许多森林资源丰富的州还完成了至少一次复查。这一期间森林资源调查的重点是木材，多数州和区域的清查成果主要是提供森林面积和木材蓄积数据。20世纪60年代和70年代，森林资源清查的对象发生了较大的变化。1974年颁布的《森林与草地可更新资源规划条例》强调，FIA项目应该提供森林与草地上的各种资源信息，包括牧草、木材、水、野生动物栖息地、游憩等。1978年颁布的《森林与草地可更新资源研究条例》要求开展更大范围的资源清查。随着1988年《森林生态系统与大气污染研究条例》的颁布实施，各种灾害对森林健康的影响日益成为公众关注的焦点。美国林务局于1990年从新英格兰州试点开始，逐步建立了一个覆盖全国的FHM体系。它包括三个层次：1）监测：由FIA通过年度调查，描述森林生态系统的变化情况；2）评价：由州有与私有林管理司所属的森林昆虫管理项目组负责寻找变化原因；3）研究：结合其它定位观测资料，对森林生态系统的过程和机理进行长期研究。与此同时，美国环保局也在实施一项“环境监测与评价项目”（EnvironmentalMonitoringandAssessmentProgram，EMAP）。该项目对以下6个系统进行监测：森林、湿地、水体、沿海生态系统、农业生态系统、干旱生态系统。由于存在明显的重叠，林务局与环保局建立了密切的合作关系，尤其是对于森林的监测。其合作范围涉及计划，预算，质量控制与质量保障，调查因子开发，试点，野外调查、数据收集、处理和编辑，分析，成果发布等各个方面[6]。1998年美国通过了《农业研究推广与教育改革条例》，要求设计一个综合FIA与FHM的FIM体系，全国采用统一的核心调查因子、标准、定义，每5年提交一次清查报告，实施年度森林资源清查。按实施方案要求，经过5年时间的调整和过渡，从2003年开始，美国的森林资源清查要全面采用新的设计，共同完成对森林资源与森林健康的清查与监测[3,4]。1.2以往森林资源清查的基本做法在调查方法上，美国最初是采用地面样地为主的调查方法。调查时在总体内布设一定数量的样线，在样线上再设置圆形样地进行调查。第二次世界大战以后，由样线改为固定面积的群团（Cluster）圆形样地，一般是一个主样地附带3个子样地，并采用航片和地面调查相结合的方法。20世纪50年代末，美国引进了角规抽样技术，此后大多数的森林调查都采用了角规抽样方法。在抽样设计上，也开始普遍采用两相抽样或双重抽样技术，第一重样本用遥感资料抽取，第二重样本为系统布设的地面样地。多数情况下，第一重遥感样本按统一的框架覆盖全部土地类型，全国大约有650万个遥感样地。第二重地面样地的密度因各州遥感的应用程度不同而有所差异，每个样地所代表的面积在3000到10000英亩（约12～40km2）之间。全国有近41万个地3面样地，其中13万个为有林地，另外近28万个为非有林地。地面样地一般为包括5～10个子样地的群团，这些子样地以一定的布设方式覆盖1英亩的范围（0.4hm2）。样木的抽取规则区域与区域之间有所不同，标准的样地是采用角规抽取胸径5英吋（12.7cm）以上的样木，而小于5英吋的树木则设置一个1/300英亩（13.5m2）的固定面积圆形样地进行调查。清查周期各州并不一致，少则5年，多则近20年。至90年代初，美国绝大多数地区已完成了3次清查，而有些地方的清查次数达6次之多，全国每年清查的森林面积约6000万英亩（24.3万km2）。90年代以后，全国的清查周期基本上确定为10年。从调查因子来看，70年代以前以森林面积和蓄积为主，在每个样地中仅调查涉及木材蓄积的60多个变量。70年代中期以后，由单一的木材资源调查向多资源调查发展，增加了植物、野生动物生境、游憩、土壤、水文等方面的调查因子。90年代以后，每个样地中的调查因子达到150多项，其中半数以上是反映土地利用、植被结构及其它有关立地描述的因子[5]。全国的森林资源清查工作由美国林务局所属6个森林实验站（现在已改为研究站，且东南站与南方站合并）的FIA项目办负责承担。尽管FIA的主要工作是数据收集和成果产出，但该项目还拥有一批具有奉献精神的精明强干的科学家，从事森林资源分析与评价，以及开发和应用新技术。正是因为有他们的存在，FIA才能成为国际上极具影响力的清查机构。除上述6个实验站外，在落基山森林与草地实验站（位于科罗拉多州柯林斯堡）还有第7个机构，专门开展多资源清查技术的研究[6]。2美国森林资源清查与监测现状2.1森林资源清查与监测新方案美国新近提出的森林资源清查与监测新方案是一个综合FIA与FHM的年度清查系统。新系统的设计目标是：全国采用统一的三阶抽样设计，地面样地统一由4个样圆组成，每个州每年调查1/5的固定样地取代原来每年调查若干个州的固定样地，FIA与FHM的野外调查综合进行，每年和每5年产出一次资源清查报告。按照联邦的财政预算目标（75%），西部地区每年至少完成10%（按10年周期）的FIA样地调查，东部地区每年至少完成15%（按7年周期）的FIA样地调查，全国每年至少完成20%（按5年周期）的FHM样地调查；每5年提供州级和国家级的分析报告，每年为各州提供简要年度报告，并完成网站在线数据的年度更新。各州可以按每年完成全部样地20%所需要的条件来提供人力和物力资源，或采取其他途径如提供资金另行收集辅助样本资料或其他新的测量资料[7,8]。2.1.1抽样设计采用三阶抽样。第一阶为航空相片或卫星图像样地，主要用于获取辅助信息进行分层，一般按1km的网格布点。判读样地一般为1/5英亩（假设为50英尺半径的样点），数量为地面调查样地数量的25倍左右。判读样地至少分为2层，即有林地和非有林地。第二阶为地面调查样地，抽样强度为大约每6000英亩(24.3hm2)抽一个样地（接近5km的网格密度），全国约37.7万个样地，其中约12.5万个为有林地样地。每个样地的土地利用类型都在现地确定，只有定为森林的样地才设置固定样地进行调查。为了保证新旧样地的衔接，对原有的样地进行重复调查，同时建立新的样地。第三阶样地为第二阶样地的一部分，每16个二阶样地中选取1个为第三阶样地，全国约2.4万个。二阶、三阶样地的具体设计及地面设置情况详见参考文献[3]和[4]。2.1.2主要调查因子第二阶样地的调查因子，包括：样地标示因子、状态级调查因子、子样地调查因子、样木调查因子、立地调查因子和更新调查因子，共计约300项。第三阶样地的调查因子，包括：臭氧生物指标、土壤调查、土壤侵蚀调查、树冠调查、地衣调查、植被调查、落叶调查（样线）、小样地可燃物调查、粗木质物调查（样线）、细木质物调查（样线）和采伐剩余堆积物调查。2.1.3质量管理与精度在美国的调查手册中非常强调质量保障（QualityAssurance）和质量控制（QualityControl），对每个调查因子都给出了调查误差限，在野外对调查数据的质量要进行检查；野外4调查的数据录入计算机后,可以对数据误差进行实时检查。另外，各阶样本都要进行质量检查，抽查比例一般在5％左右。按照现行的标准，在67%的可靠性下，美国森林面积的误差大约为±1%～±2%，活立木蓄积的误差大约为±3%～±4%。2.1.4成果数据的产出方法按照新的清查方案，第1到第5年每年调查完成各州的1/5样地，至第5年全部完成，此时可利用5组样本对资源现状进行联合估计。第t年的联合估计值采用以下移动平均数：ThhTthTttMAYWY1,式中，hTtY是T组样本的无偏估计值，hTtW是一组权重，其和等于1。t≥T，T是完成全部清查的年数，取T=5。移动平均估计值主要是通过对过往数据的利用，达到“借力”的目的。尽管这样估计出来的现状值会产生一点“延迟”偏差，但它足可以从方差的降低来得到补偿