浅析广西林草生态综合监测森林样地外业调查方法

田野宏魏鸿昌满毅龚映匀杨再玺梁艳

(1.广西生态工程职业技术学院，广西 柳州 545000；2.广西森态工程规划设计有限公司，广西 柳州 545000)

林草生态综合监测评价森林样地调查之前也称为一类调查或连续清查，调查的目的是查清森林资源的种类、数量、质量、结构、分布、功能和生态状况以及变化情况等。调查任务主要是对连续清查固定样地和林相有变化的样地进行调查。从2021年开始，调查时间间隔也由每5a进行1次全面调查转变为每年对整体工作量的1/5进行1次调查。广西的森林样地为正菱形，与全国大部分地区的正方形森林样地不同。除此之外，调查方法和精度要求各地基本相同，地方的样地调查操作细则均按照国家林业和草原局批准的《国家林草生态综合监测评价技术方案》、《国家林草生态综合监测评价技术规程》进行编制。根据国家总体时间要求，广西森林样地调查的时间大多处于7—10月，恰好处于天气最炎热的时期，不仅蚊虫、蛇、蜂等野生动物活跃，而且由于广西整体低山丘陵的地貌，使得林草生态综合监测森林样地外业调查工作既曲折又艰辛。本文将林草生态综合监测森林样地的调查方法进行整理和总结，提出了改进方法和注意事项，以期为广西乃至全国的外业调查工作者提供参考和帮助。

1 调查区域概况

1.1 区域概况

广西属于我国4大林区中的东南低山丘陵区，主要地貌包括中山、低山、丘陵和平原，气候分属中亚热带、南亚热带和北热带，流域主要属于珠江流域和部分长江流域，土壤类型有以红壤为主的17个土类。

1.2 植被类型概况

依据植被分类系统[1,2]，将广西植被分为自然植被和栽培植被2大类别。其中，自然植被分为5个植被型组，18个植被型；栽培植被分为3个植被型组，11个植被型。详见表1。

表1 广西植被类型划分表

1.3 森林覆被类型及分类概况

按主导功能的不同将森林(含林地)分为生态公益林(含防护林和特种用途林)和商品林(含用材林、能源林和经济林)2个类别，5个林种和21个亚林种。根据经营目标的不同，将乔木林地、灌木林地、竹林地、疏林地分为5个林种、23个亚林种。森林覆被类型包括乔木林、竹林、灌木林、疏林、新造林、灌从和其他林地7个一级类和18个二级类。

2 调查内容

调查内容主要有土地利用与覆盖，森林资源和生态状况。包括地类、植被类型的面积和分布；森林、林木和林地的数量、质量、结构和分布，森林按起源、权属、龄组、林种、树种统计面积和蓄积，生长量和消耗量；林地自然环境状况、森林健康状况与生态功能、生态系统多样性的现状及其变化情况等内容。

3 调查方法分析

3.1 准备工作

3.1.1 保险

由于森林外业调查的风险较高，调查单位为调查工作人员都只购买了意外伤害保险，但很少有购买附加住院险，调查人员若遇到蜱虫、恙虫叮咬等导致的疾病住院费用则无法报销，调查单位的负担会加重，不利于调查项目的顺利实施和后续开展。

3.1.2 安全防护

由于广西调查时间多为夏季酷暑时期，而调查人员为保证人身安全在林区穿行一般要求穿着长袖长裤，加之调查任务样地复位后需要新挖设或修复中心坑和角坑，体力消耗很大。因此，仪器用具在功能相同的情况下尽量选用轻量化设计的产品以减轻负重，节省体力，但干粮、水、应急药品等应结合样地难度预估作业时间适量多带，如遇突发紧急的情况可以提供重要的生命保障支撑。普通的林业工作者和单位一般统一配发纯棉面料的迷彩服，但本调查穿着方面并不建议穿着纯棉的衣物，因为人体主要是通过排汗蒸发散热，在高温下重体力劳动汗如雨注，衣裤很快就会被汗水全部浸湿，纯棉的衣物吸汗饱和后不宜干燥，因此具有速干且耐磨损的功能面料衣物更适宜夏季野外调查工作。

另外，由于目前调查工作都需要APP外业采集数据拍照等，对电量要求较高，凡是定位、发射类型的电子设备耗电量都较大，除内置电池应及时充电外，手机、平板等电子设备应配备充电宝防止失联或数据采集中断，特别是完成调查工作后返回路线的轨迹采集容易遗忘。激光测距仪、RTK等电子设备应配备足够多的替换电池。

3.1.3 仪器设备

3.1.3.1 罗盘仪

由于调查中样地复位、样木复位及测量、边界木测定等工作均需使用罗盘仪，而目前无论是教学还是生产实践单位使用的多为哈尔滨光学仪器厂生产的DQL-16ZL型经纬激光罗盘仪，该罗盘仪的主要问题是激光瞄准装置经过长时间使用或仪器磕碰后有可能会导致激光瞄准点与目镜内十字准星不一致，需要定期微调校正；且激光瞄准装置使用的电池型号与常规电池不同，多为ER18505 3.6V或CR123A 3.0V，常见在智能水表等工业产品上，但在调查当地的县级或乡镇市场很难购买到，需要提前网购准备充足。一般调查单位使用的罗盘仪型号比较老旧，作业效率不高，因此建议加装激光测距仪或配备智能罗盘[3]，在测量水平距时无需再用皮尺进行坡度改正换算，省时省力。智能罗盘仪功能上实际更趋向于全站仪、经纬仪等高精度的工程测量仪器，考虑到重量因素，在日常林业调查工作中普通罗盘仪搭配RTK基本能够解决所有的问题。另外，如采用普通罗盘仪加配激光测距仪的方案，加装位置不能离罗盘仪表盘太近，否则激光测距仪会对罗盘磁针产生干扰，导致磁方位角测定有误。以DQL-16ZL型经纬激光罗盘仪为例，使用时视样地复位难度、使用时长不同，一般5d左右需要更换1次激光瞄准装置电池。

3.1.3.2 激光测距仪

广西低山丘陵的地貌特点决定了调查中需要进行坡度改正水平的工作非常多，从样地周界测量复位到样木测量复位，涉及距离测量就涉及坡度改正。为了快速获得2点之间的距离，通常可以采用皮尺测量、激光测距、RTK定点测距等方法。从提高调查效率的角度出发，只要视线能够通视，调查人员就可以不用拉皮尺走到待测终点，通过激光测距仪自动坡度改正即可直接测得2点之间的水平距。但这种方法也有缺点，测量距离远或林分郁闭度低的样地时，因光线强烈较时调查人员很难看清激光点终点的位置，可能导致测距出现较大误差，此时可以通过其他调查人员携带白板或记录纸站在待测终点辅助测量；激光测距需要测量起点和终点达到通视条件，如不通视则无法测量；激光测距仪分多种型号和厂家，应注意购买具有坡度改正功能和高功率的型号，以免影响作业效率。另外，激光测距仪比较费电，以Leica(徕卡)激光测距仪X3为例，一般使用2d左右就需要更换2节5号电池。

3.1.3.3 RTK

RTK在调查细则中的主要用途是确定中心桩的精确坐标，但理论上可以在4G网络信号覆盖良好且林分郁闭度不是很高的情况下，通过RTK实现边界木判断、样方周界测量、跨角林林缘位置测量、样木定位、小样方布设等工作，关键紧急时刻如有差分信号，也能够替代手机让救援人员快速获取到受困人员的精确位置。RTK的型号和生产厂家也比较多，产品技术更新快，因此建议选购轻量便携、长续航、定位快速的最新产品。

3.1.3.4 无人机

无人机并不是调查必备的工具，但却在前期调查特别是现场查找路线时能够起到重要的引导作用。由于当前卫星地图的时效性不高，而林区道路等项目建设较快，因此调查人员可能会遇到按照5a前采集的轨迹到达样地后发现途中或其他方向有可通行的林区道路可用，如果能够事先了解路线则能缩短到达样地的时间，节省体力，同时提高调查效率。对于跨角林的林缘测量，较难测定树高的个别样地也有一定帮助，可根据需求选用不同类型的无人机[4]。

3.1.4 人员分工安排

由于外业调查车辆为5座越野车或7座面包车，考虑到调查工具需占据一定的空间，因此调查工组一般为5～6人。当确认携带工具齐全，通过前期轨迹或GNSS导航找到样地所在位置后，建议分工如下：熟悉整个调查项目流程和要求的1人始终负责纸质和APP系统数据记录，负责拍照和项目质量控制；其他人可结合特长灵活分配，一般2人负责配合完成样地复位和测设，样地复位的同时另2人负责查找前期铝制树牌确定保留木情况；样地复位完成后，1人负责在中心点架设罗盘仪测定磁方位角和水平距，1人负责每木检尺，1人负责跟随每木检尺人员喷漆新钉或更换铝制树牌，1人负责植物小样方调查；每木检尺完成后2人开始计算胸径后测量树高，另2人开始布设品字型固定标识，其他细节节点工作可灵活分配；记录员全程负责各环节拍照等纸质和电子数据记录；调查基本任务完成后清点工具，检查是否有遗漏项，记录员运行逻辑检查是否有明显错误，确认无误后开启轨迹回采返回驻地。

3.2 样地复位和测设

3.2.1 样地固定标识

通过前期轨迹、前期人员引导、前期坐标、卫星图、标志物、无人机等研判后，可快速找到样地所在位置，但样地标桩、树牌及其他定位物不一定都保留完好，特别是桉树等短轮伐速生丰产林在全垦或炼山后除岩石和道路外其他定位物易损毁，但只要找到2个定位物就可使用罗盘仪后方交会法准确确定中心点或角桩位置完成样地复位。因此，在桉树等短轮伐用材林内设置品字型固定标识时，建议尽量选用样地周围有明显特征且永久保存的地物作为固定标识，以方便下期人员复位。另外，目前已要求通过RTK采集中心点精确大地坐标，因此后续调查若未找到任何定位物无法复位样地的情况下，建议按照细则程序上报当地技术指导，不建议直接用前期采集的坐标去复位样地，因为前期大多采用GPS采集坐标，偏差较大，导致样地均无法复位。

3.2.2 样地测设

样地测设常规通过罗盘仪可完成，但RTK和激光测距仪可以配合罗盘仪使用，大幅提高工作效率。如，样地角桩都保存完好的情况下，可考虑直接用RTK测量4个角桩点从而计算样地周界，并可以用线放样功能确定边界木并做好外围边界木标记，当边界木或样木复位出现与上期不一致时，应用罗盘仪调整罗差进行复验，查看是否为仪器不同造成的误差。同理，也可以用罗盘仪测定罗差后，通过RTK坐标正算和反算验证角桩位置能否复位。此方法优点是2点之间无需通视，对于样地跨坡跨沟的地形来说，能避免罗盘仪多次转站节省大量时间，且测量精准；缺点是样地所处区域必须有4G网络信号覆盖，RTK处于稳定固定解状态下才能进行。也可以使用激光测距仪辅助罗盘仪进行样地复位，优点是稳定可靠，不受网络信号影响，缺点是2点之间必须通视，工作效率相比RTK较低。对于样地中心点或4个角点无法复位的样地以及跨角林等需要对边界、林缘进行测量的，同样可以采用上述方法进行。受信号强度等影响，RTK固定解和浮动解在反复切换时，因等待其信号稳定为固定解，延迟较低后方可进行定位、测距、放线等工作，否则有可能产生1m左右的较大误差。

3.3 样地每木检尺和树高测量

3.3.1 每木检尺

样地测设样地每木检尺前，在中心点架设好罗盘仪，此时可以观察罗盘仪的人员和每木检尺人员各拿1个激光测距仪，双方可以互测验证或在一方难以测量另一方的距离时进行返测。罗盘仪测定样木磁方位角时应从0°开始，顺时针方向进行逐株控制检尺。在2点间通视条件较差而信号良好的情况下，可以考虑利用RTK辅助快速测量，这种方法会比转移罗盘仪测站或砍除较难处理的刺灌丛更加省时省力。每木检尺时应选择1根1.3m的长直木棍或PVC管，便于准确确定胸高位置，每棵树胸径测量后，钉树牌和喷漆人员要及时跟进，在胸径位置处喷漆或划线有3个好处，方便验收时复测胸径，测树高时无需再反复测量胸高位置，可以防止树木重测，如有条件，最好将胸径也标注在树干上，便于查缺补漏时核对。同时，天然林由于林木分布随机性大，进行每木检尺时还要特别小心漏测。对于马尾松等树皮深纵裂且树皮较容易自然脱落的树种来说，胸径测量误差往往会比较大，测量胸径的位置和手法应尽可能标准和规范。

测量胸径处于10cm左右的树木要特别注意检尺木类型，也就是进界木和漏测木的区别。在样地相同树种或树种组内找最接近新测木胸径的2～3株保留木，确定胸径5a最大生长量，新测木的胸径减5a最大生长量后得前期估测胸径，若D前期<5.0cm，应属进界木，若D前期≥5.0cm，应属漏测木。

3.3.2 树高测量

树高需要先对每木检尺数据进行分析，这里要特别注意树高的测定与以往一类调查不同，需要分别对优势树种林分平均木径阶组、最小径阶组和最大径阶组样木各选3株(在径阶组各选2株树高最高木和1株胸径最大木)，建议记录员熟悉APP数据录入操作，能够使用外业采集系统自动推算需要测定树高的树木。此时应特别注意，对于多种树种组成的林分，只选取优势树种进行树高测量，所以如果树种录入错误，容易导致系统自动推算的需测高树木有误。测树高的位置除布鲁莱斯测高器需要定距测量外，其他测高工具均建议位于1倍树高水平距离以上且能够看清树冠的位置进行测量，尽量避免下坡测树。即使在平地测树，不同位置不同角度测树高仍可能会导致树高结果相差1m左右。另外，在有风的情况下测树高，也有可能因为树冠左右摇摆而产生较大误差。因此，应由测树高人员通过多次测量等方法减少树高测量误差，记录测高位置可以避免验收时复测数据偏差较大。

测高工具目前普遍使用Haglof Vertex IV超声波树木测高测距仪，该仪器优点显著，操作简单，测量准确，速度快，省电，可以快速重复多次测量，无需胸径处达到通视条件，通视树顶知道接收器大概位置即可测量。缺点是需要将接收器逐一放置在各个待测树木胸高位置处，因此必须由2人配合才能提高测量效率，而且超声波测高器易受同频率的干扰，如2台超声波测高器同时测量时接收器不能相距太近，因为超声波测高器和接收器并非一一配对。如，在桉树林中超声波测高器容易受害虫鸣叫影响测量，导致测量结果明显有误，此时可以用布鲁莱斯测高器进行测量，也可以测量距离树木的水平距和树顶仰角通过测高原理进行计算得到树高。

4 讨论与结论

样地复位是一类调查的重中之重，是样地调查数据科学可用的基础，因此快速准确的对样地进行复位和测设是提高调查效率的前提。将来所有样地的坐标都更新为RTK固定解采集的大地坐标后，是否能够在有条件的区域利用RTK直接精准复位样地中心桩、角桩甚至样木位置。其样地布设的可行性已经在2021年的全国森林火灾风险普查外业调查工作中进行了验证[5]，无论是布设样地还是灌草小样方，只要达到了固定解的条件进行放样，将大幅提高调查作业效率，可以节省调查人员的体力和时间。

在水平距离的测量过程中可选择的仪器实际非常多，皮尺虽然稳定可靠，但定距测量时坡改平比较麻烦，因此建议考虑用需要通视条件的激光测距仪和不需要通视条件的超声波测高仪进行辅助甚至替代。

考虑到我国南方气候的特点，广西夏季雨热集中的气候特点很大程度上增加了调查工作的风险和难度，因此建议林业主管部门应结合当地的气候条件对调查时限进行调整。

为确保调查工作的质量，调查人员应具备林业基础知识，按照要求必须参加专业培训通过考试后方可进行调查工作。每位调查人员均应熟知调查技术细则和质量检查标准。建议各个调查工组的调查人员定人定岗定责，质量验收时由原测量人员使用原测量工具进行复测，避免仪器和测量手法不同产生的误差造成质量问题。

建议更多的林业类高校特别是职业院校能够参与到类似一线的生产实践项目中，这样不仅为林业调查工作储备了人才，而且学校发展、教师教学、学生就业、社会服务方面也都是互赢共利的[6]。

本文针对广西气候、地貌、森林植被等特点，结合实践经验，对林草生态综合监测评价森林样地调查工作方法进行了梳理总结。希望能够为即将开展2022年林草生态综合监测评价森林样地调查工作的林业工作者们提供一些参考和帮助。