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      國(guó)內(nèi)外資源與環(huán)境清查對(duì)水土保持普查周期與方法的啟示

      2014-04-02 07:47:08殷水清牛雪玲路炳軍
      中國(guó)水土保持 2014年11期
      關(guān)鍵詞:清查土壤侵蝕普查

      殷水清 ,牛雪玲,路炳軍,2,謝 云

      (1.北京師范大學(xué) 地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院,北京100875; 2.北京市水土保持工作總站,北京 100036)

      普查(清查)是摸清資源與環(huán)境家底的重要手段,是資源可持續(xù)利用和環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)。新水土保持法第四十二條規(guī)定:國(guó)務(wù)院水行政主管部門(mén)和省、自治區(qū)、直轄市人民政府水行政主管部門(mén)應(yīng)當(dāng)定期組織水土流失調(diào)查,并根據(jù)水土保持監(jiān)測(cè)情況,定期對(duì)水土流失類(lèi)型、面積、強(qiáng)度、分布狀況和變化趨勢(shì),水土流失造成的危害,水土流失預(yù)防和治理情況進(jìn)行公告。為了更好地執(zhí)行水保法的規(guī)定,各級(jí)水行政部門(mén)首先需要解決水土流失調(diào)查周期、如何進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)等問(wèn)題。從空間尺度上看,水土保持監(jiān)測(cè)主要包括坡面、小流域和區(qū)域尺度[1],要摸清區(qū)域水土流失和水土保持狀況最直接的途徑是開(kāi)展區(qū)域水土保持普查。水利部在20世紀(jì)50和80年代、1999—2001年、2010—2012年共開(kāi)展了4次水土保持普查工作,及時(shí)查清了我國(guó)的水土流失狀況,為水土保持科學(xué)研究和綜合治理提供了重要的數(shù)據(jù)資料[2-3]。通過(guò)梳理國(guó)外土壤侵蝕普查的歷史發(fā)展,借鑒我國(guó)其他資源與環(huán)境清查的經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了我國(guó)水土保持普查工作情況,以期對(duì)未來(lái)水保普查工作提供參考。

      1 國(guó)外土壤侵蝕普查

      1.1 美 國(guó)

      美國(guó)在1934年開(kāi)展了第一次全國(guó)侵蝕勘探調(diào)查(National Erosion Reconnaissance Survey)[4-5],這是美國(guó)開(kāi)始全國(guó)土壤侵蝕調(diào)查的標(biāo)志。根據(jù)土壤侵蝕調(diào)查周期的不同,1934年至今美國(guó)土壤侵蝕調(diào)查的發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)階段:20世紀(jì)30—60年代為不定期普查階段,70—90年代為5年一次普查階段,2000年至今為每年一次普查階段。1934年第一次全國(guó)侵蝕勘探調(diào)查結(jié)束之后,美國(guó)全境有40多個(gè)州開(kāi)始了基于土壤實(shí)驗(yàn)站的小區(qū)監(jiān)測(cè),并于次年頒布了水土保持法。1958年,農(nóng)業(yè)部水土保持局完成了全國(guó)水土保持需求調(diào)查,簡(jiǎn)稱(chēng)1958CNI[5],第一次將抽樣調(diào)查方法應(yīng)用于土壤侵蝕普查,隨后于1967年完成了第二次CNI。1972年頒布的鄉(xiāng)村發(fā)展法要求農(nóng)業(yè)部每5~10年進(jìn)行一次資源調(diào)查[6],這其中就包括土壤侵蝕調(diào)查。1977年水土保持局開(kāi)展了全美資源調(diào)查,采用抽樣調(diào)查與模型計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)土壤侵蝕情況進(jìn)行了定量評(píng)估,選用的模型為通用土壤流失方程(USLE)和土壤風(fēng)蝕方程(WEQ)[7],抽樣調(diào)查的方法沿用1967年的方法,即在全國(guó)確定了70 000個(gè)基本抽樣單元(PSUs),在每個(gè)抽樣單元內(nèi)隨機(jī)抽取1~3個(gè)采樣點(diǎn)。在1982、1987、1992、1997年(5年一次)進(jìn)行了土壤侵蝕調(diào)查,受經(jīng)費(fèi)影響,各次抽樣單元與采樣點(diǎn)數(shù)量存在差異。經(jīng)過(guò)1998—1999年的連續(xù)性調(diào)查方法研究,2000年正式啟動(dòng)連續(xù)調(diào)查方案,建立了15年序列的全國(guó)30萬(wàn)個(gè)PSUs和80萬(wàn)個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù),調(diào)查對(duì)象包括核心單元與輪換單元。由于工作量較大,因此主要采用航片解譯的方法,若無(wú)法獲取航片或航片不清楚的,則輔以實(shí)地調(diào)查分析。

      圖1 美國(guó)土壤侵蝕調(diào)查歷史

      1.2 歐 洲

      20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初,歐盟聯(lián)合研究中心歐洲土壤局先后在整個(gè)歐洲、歐洲范圍內(nèi)不同區(qū)域和不同國(guó)家開(kāi)展了土壤侵蝕危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作,定量評(píng)價(jià)了歐洲土壤侵蝕狀況,確定了土壤侵蝕易發(fā)生區(qū)域,為歐盟國(guó)家制定土壤保護(hù)和退化防治政策提供信息支撐。調(diào)查采用無(wú)縫隙網(wǎng)格估算法[8],按一定空間分辨率將區(qū)域劃分為網(wǎng)格,利用USLE模型估算各網(wǎng)格土壤流失量,用以評(píng)估土壤侵蝕的實(shí)際危險(xiǎn)性和潛在危險(xiǎn)性,即分別考慮在有、無(wú)植被覆蓋和水土保持措施影響下的土壤流失量。另外,還采用了因子分級(jí)打分方法評(píng)價(jià)全歐洲的土壤侵蝕危險(xiǎn)性,考慮的因子包括降雨量、≥40 mm日雨量頻率和降雨侵蝕力、坡度、土壤理化性質(zhì)、結(jié)皮和土壤可蝕性等。

      1.3 澳大利亞

      1997—2001年,澳大利亞組織實(shí)施了國(guó)家土地與水資源調(diào)查(The National Land and Water Resources Audit),旨在為資源管理與持續(xù)利用提供決策支持。項(xiàng)目分7個(gè)專(zhuān)題實(shí)施,土壤侵蝕調(diào)查屬農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力與可持續(xù)能力專(zhuān)題。調(diào)查采用無(wú)縫隙網(wǎng)格估算法,在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)不同數(shù)據(jù)源精度的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,利用修訂版通用土壤流失方程(RUSLE)計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)[9]。由于數(shù)據(jù)源精度有限、模型參數(shù)處理簡(jiǎn)單,且沒(méi)有考慮水土保持措施的影響,因此此次調(diào)查工作應(yīng)該屬于土壤侵蝕危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

      2 國(guó)內(nèi)水土保持普查

      我國(guó)的水土流失調(diào)查始于20世紀(jì)50年代,當(dāng)時(shí)采用人工調(diào)查方法調(diào)查了部分地區(qū),初步查清了水蝕的面積、強(qiáng)度及分布。20世紀(jì)80年代開(kāi)始采用遙感調(diào)查方法。1999年全國(guó)土壤侵蝕調(diào)查,通過(guò)地形圖獲取坡度信息、TM影像獲取植被覆蓋度信息、土地利用圖獲取土地利用類(lèi)型、土壤圖和地質(zhì)圖提取地表組成物質(zhì),結(jié)合野外調(diào)查及其他相關(guān)資料,確定土壤侵蝕強(qiáng)度和類(lèi)型[10-11]。2010年開(kāi)始的第四次水土保持普查中土壤侵蝕普查對(duì)象包括水力、風(fēng)力和凍融侵蝕,主要采用抽樣調(diào)查的方法,此外還進(jìn)行了西北黃土高原和東北黑土區(qū)侵蝕溝道調(diào)查及全國(guó)水土保持措施調(diào)查[3,12]。以該次水力侵蝕普查為例,采用分層不等概系統(tǒng)抽樣方法確定野外調(diào)查單元,基于山丘區(qū)密度大、平原區(qū)或深山區(qū)密度小的特點(diǎn),分4%、1%、0.25%和0.062 5%四類(lèi)密度,在全國(guó)共布設(shè)32 948個(gè)單元,調(diào)查降雨、土壤、地形、植被覆蓋、生物、工程和耕作措施等與水蝕密切相關(guān)的因子,其中降雨侵蝕力通過(guò)收集1981—2010年全國(guó)2 678個(gè)氣象、水文站的侵蝕性日雨量信息計(jì)算得到,土壤可蝕性因子通過(guò)收集31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)土種志資料和土壤類(lèi)型圖結(jié)合全國(guó)950個(gè)實(shí)地樣點(diǎn)資料、115個(gè)文獻(xiàn)樣本資料計(jì)算得到,坡長(zhǎng)和坡度通過(guò)數(shù)字化地形圖提取,植被覆蓋通過(guò)1 km分辨率MODIS地表反射率和30 m分辨率環(huán)境星地表反射率遙感資料提取,土地利用類(lèi)型和生物、工程、耕作措施則是通過(guò)野外調(diào)查單元實(shí)地調(diào)查得到,利用中國(guó)土壤侵蝕方程計(jì)算調(diào)查單元的土壤侵蝕模數(shù),判斷侵蝕強(qiáng)度,再用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法匯總統(tǒng)計(jì)全國(guó)不同行政區(qū)域水蝕強(qiáng)度分級(jí)面積[8]。

      3 國(guó)內(nèi)其他資源與環(huán)境清查

      3.1 土壤普查

      我國(guó)土壤調(diào)查的歷史可追溯到20世紀(jì)30年代,當(dāng)時(shí)在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)土壤狀況進(jìn)行粗略調(diào)查,并調(diào)查了部分區(qū)域性土壤,繪制了全國(guó)土壤圖、部分省(縣)土壤圖和分縣土壤圖。第一次全國(guó)土壤普查開(kāi)始于1958年(表1),歷時(shí)3年完成,以全國(guó)耕地為主要調(diào)查對(duì)象,完成了除西藏和臺(tái)灣外的耕地調(diào)查,繪制了全國(guó)土地利用現(xiàn)狀圖、農(nóng)業(yè)土壤圖、土壤肥力概圖等[13]。1979年,國(guó)務(wù)院批示開(kāi)始第二次全國(guó)土壤普查,歷時(shí)10年,先期工作主要是收集整理資料,一是自然成土因素資料,如氣象資料、地質(zhì)和地貌、地表水和地下水、植被資料等,全面了解土壤的形成氣候背景、地質(zhì)構(gòu)造和巖性基礎(chǔ)、特殊性狀成因和土壤有機(jī)質(zhì)成分;二是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料,如農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)情況、地區(qū)輪作布局情況等,了解人類(lèi)活動(dòng)對(duì)成土過(guò)程和土壤性質(zhì)的影響;三是土壤資料,如已有的土壤調(diào)查成果等,借鑒有益經(jīng)驗(yàn)從而確定工作重點(diǎn)。然后,準(zhǔn)備大比例尺地形圖和航衛(wèi)片資料,衛(wèi)星影像主要包括陸地衛(wèi)星影像MSS和TM影像,其中空間分辨率較低的MSS影像主要用于牧區(qū)、荒漠區(qū)的專(zhuān)業(yè)制圖和省級(jí)、地區(qū)級(jí)的資料匯總工作;空間分辨率較高的TM影像主要用于平原區(qū)的1 ∶50 000~1 ∶100 000的土地利用調(diào)查。此次工作主要是基于航衛(wèi)片目視解譯確定土壤類(lèi)型圖斑和邊界,并根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行少量的(一般20%的土壤圖斑和界限)野外檢查驗(yàn)證。對(duì)于在判讀過(guò)程中認(rèn)為把握性不大的,要進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)地檢驗(yàn)調(diào)查;對(duì)于具有生產(chǎn)意義的地區(qū),要進(jìn)行重點(diǎn)野外驗(yàn)證。野外實(shí)地調(diào)查采集供室內(nèi)評(píng)土比土的土壤標(biāo)本、土壤理化分析樣本,進(jìn)一步了解土壤的理化性質(zhì);對(duì)農(nóng)耕歷史悠久的地區(qū),還要通過(guò)走訪(fǎng)調(diào)查,總結(jié)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的問(wèn)題和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),分級(jí)匯總出全國(guó)成果[14]。此次調(diào)查完善了我國(guó)土壤分類(lèi)系統(tǒng),繪制了土壤類(lèi)型圖、土壤養(yǎng)分圖、土壤評(píng)級(jí)圖、土壤改良利用分區(qū)圖、土地利用現(xiàn)狀圖等。

      表1 全國(guó)資源與環(huán)境清查周期與方法

      3.2 森林資源清查

      我國(guó)目前的森林資源監(jiān)測(cè)體系大體可分為5類(lèi):國(guó)家森林資源連續(xù)清查(簡(jiǎn)稱(chēng)一類(lèi)調(diào)查)、森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查(簡(jiǎn)稱(chēng)二類(lèi)調(diào)查)、森林作業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)查(簡(jiǎn)稱(chēng)三類(lèi)調(diào)查),年度森林資源專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查(如造林核查、采伐限額檢查等)及專(zhuān)業(yè)調(diào)查,5類(lèi)森林資源調(diào)查對(duì)象和時(shí)間均不相同。一類(lèi)調(diào)查始于1973年,約每5年進(jìn)行一次,至今已經(jīng)進(jìn)行過(guò)8次(表1)。調(diào)查主要根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理布設(shè)樣地,樣地形狀多為長(zhǎng)方形和正方形,面積為667~800 m2[15],運(yùn)用連續(xù)清查法對(duì)樣地進(jìn)行定期復(fù)查以獲取數(shù)據(jù)[16]。以第六次貴州省森林資源調(diào)查為例[17],首先建立衛(wèi)片解譯標(biāo)志用以分辨不同的地類(lèi),對(duì)于較難判斷的地類(lèi)則參照地形圖和二類(lèi)調(diào)查成果確定,根據(jù)判讀依據(jù)和原則,參照判讀標(biāo)志,采用人機(jī)目視區(qū)劃判讀,同時(shí)完成判讀因子的登記;然后抽取圖斑總數(shù)的5.2%進(jìn)行野外驗(yàn)證,對(duì)錯(cuò)判的圖斑進(jìn)行修正后,再抽取圖斑總數(shù)的1%做判讀質(zhì)量檢查;最后各省匯總形成《全國(guó)森林資源清查主要結(jié)果報(bào)告》等系列成果。通過(guò)森林資源清查可以獲得森林資源數(shù)量、結(jié)構(gòu)、區(qū)域分布和動(dòng)態(tài)變化,為森林資源維護(hù)與發(fā)展提供決策依據(jù)。

      3.3 土地資源調(diào)查

      第一次全國(guó)性的土地資源調(diào)查(國(guó)土一調(diào))開(kāi)始于1984年,1999年完成全國(guó)調(diào)查成果匯總,出版了《中國(guó)土地資源調(diào)查技術(shù)》和《中國(guó)土地資源》,繪制了《中華人民共和國(guó)土地利用圖》等[18]。國(guó)土二調(diào)于2007年開(kāi)始,2010年基本結(jié)束,大約每20年進(jìn)行一次。隨著技術(shù)的發(fā)展,土地資源調(diào)查手段也在不斷改進(jìn),比如將高分辨率遙感影像與歷史時(shí)期的GIS土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)或交互式提取土地利用變化信息[19],對(duì)于室內(nèi)無(wú)法判讀的圖斑進(jìn)行外業(yè)調(diào)查確認(rèn);GPS為外業(yè)調(diào)查提供了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的定位技術(shù)支持,在空間數(shù)據(jù)庫(kù)支持下實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)圖件的數(shù)字化,有利于更新土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

      3.4 污染源普查

      2007年10月9日頒布的《全國(guó)污染源普查條例》規(guī)定,全國(guó)污染源普查每10年開(kāi)展1次,標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)為普查年份的12月31日。第一次全國(guó)污染源普查于2008年開(kāi)始,至 2010年結(jié)束。本次全國(guó)范圍內(nèi)的污染源普查對(duì)象包括工業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源、生活污染源、集中式污染治理設(shè)施和其他產(chǎn)生、排放污染物的設(shè)施。首先依據(jù)區(qū)編制辦、區(qū)稅務(wù)局、區(qū)環(huán)保局等提供的資料,建立全區(qū)普查的基本名錄底冊(cè);然后以基本名錄為基礎(chǔ),以各鎮(zhèn)、街、園區(qū)為單元,組織普查員逐一清查、摸底和進(jìn)一步核實(shí),掌握較為全面的清查名錄,建立清查名錄底冊(cè);再次通過(guò)清查名錄逐一審查篩選,確定符合普查條件的普查對(duì)象名錄,采取入戶(hù)普查的方法,將全面普查與重點(diǎn)詳查相結(jié)合、全面普查與抽樣調(diào)查相結(jié)合,提高普查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。2010年2月6日,中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和國(guó)家農(nóng)業(yè)部聯(lián)合發(fā)布了《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》。

      4 水土保持普查問(wèn)卷調(diào)研

      針對(duì)全國(guó)水土保持普查的周期和方式進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)研。參與調(diào)查的水保專(zhuān)家共37位,其中9位來(lái)自流域和省級(jí)水保站、7位來(lái)自北京市區(qū)縣水保站,其余21位來(lái)自相關(guān)科研院所和公司。調(diào)研結(jié)果顯示:對(duì)于全國(guó)水土保持普查的周期,21位專(zhuān)家認(rèn)為5年一次較為適宜,占調(diào)查總數(shù)的57%,有8位專(zhuān)家贊成2年一次或者1年一次,占調(diào)查總數(shù)的22%(表2)。同時(shí),專(zhuān)家進(jìn)一步建議,可借鑒美國(guó)的經(jīng)驗(yàn),啟動(dòng)連續(xù)調(diào)查方案,在現(xiàn)有調(diào)查單元布局的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高單元密度,每年只調(diào)查部分單元,5年全部輪完,重點(diǎn)特色區(qū)域每年進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

      5 水土保持普查相關(guān)建議

      美國(guó)土壤侵蝕普查周期從不定期普查到5年一次定期普查,再到2000年之后每年連續(xù)進(jìn)行輪換調(diào)查;歐盟和澳大利亞在20世紀(jì)末至21世紀(jì)初進(jìn)行了一次全面的土壤侵蝕調(diào)查;我國(guó)至今共進(jìn)行了4次水土保持普查,從1986年開(kāi)始,大約每10年一次;我國(guó)土壤資源、森林資源、土地資源、污染源調(diào)查的周期各不相同,分別為大約每20年、5年、20年和10年一次。導(dǎo)致調(diào)查周期不同的原因與調(diào)查對(duì)象的時(shí)間變化尺度密切相關(guān),也與調(diào)查工作量、人力物力支持和調(diào)查實(shí)施方式手段是否高效有關(guān)。除森林資源和污染源調(diào)查為法律規(guī)定定期調(diào)查外,其余均未實(shí)現(xiàn)定期普查。根據(jù)新水保法和對(duì)水保專(zhuān)家的問(wèn)卷調(diào)研,定期開(kāi)展水土保持普查,并將普查周期定為5年一次較為適宜。另外,近年來(lái)“3S”技術(shù)的發(fā)展極大地提高了資源清查的工作效率。綜上提出如下建議:①根據(jù)水土流失的變化特征和人力物力基礎(chǔ),每5年進(jìn)行一次全國(guó)水保普查,部分重點(diǎn)區(qū)域每年連續(xù)監(jiān)測(cè),并及時(shí)向社會(huì)發(fā)布調(diào)查公報(bào)。②為提高普查精度和工作效率,在現(xiàn)有調(diào)查單元布局的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高單元密度,啟動(dòng)連續(xù)調(diào)查方案,每年只調(diào)查部分單元,5年全部輪完。③優(yōu)化現(xiàn)有調(diào)查單元的GIS數(shù)據(jù)庫(kù),盡量利用其他資源清查成果(如國(guó)土二調(diào)土地利用成果等),建立高分辨率航衛(wèi)片資料數(shù)據(jù)庫(kù)及可靠的解譯標(biāo)識(shí),發(fā)揮航衛(wèi)片解譯方法的高效性,航衛(wèi)片無(wú)法獲取或質(zhì)量不高時(shí)輔以實(shí)地調(diào)查分析。

      表2 水保專(zhuān)家對(duì)水保普查周期的建議

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