杨 兴太廷惠 曾 莉 申腾朝 朱阳林 吴长坤

（1西南林业大学林学院，云南昆明 650224；2镇雄县林业和草原局，云南镇雄 657200）

“3S”技术是遥感信息技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球卫星定位系统（GPS）的简称[1]，是当下空间数据资源获取、存储管理、更新、分析与应用领域的三大关键技术[2]。在“3S”技术体系中，RS和GPS是重要的数据源，是GIS数据的主要更新手段[3]。GIS技术主要承担数据分析评价功能，进而为工作人员提供直观且形象的数据支持[4]，目前GIS已被大量应用于森林资源监测、林业规划设计调查、林地年度变更、公益林修编、森林火灾管理、病虫害监测防治管理、森林采伐限额编制、森林生态景观分析等森林资源管理工作[5]。此项技术为加强森林资源主要指标年度变化监测、及时提供政府绿色发展和生态文明建设考核有关指标数据提供了有力帮助。

镇雄县位于云南省东北部，地处云、贵、川三省交界结合部，隶属云南省昭通市，地跨东经104°18′～105°19′、北纬 27°17′～27°50′，东西长 99 km，南北宽为54 km。东以赤水河为界，毗邻叙永县，南与七星关区、赫章县相接，西临彝良县，北靠威信县。镇雄县辖南台、乌峰、旧府、中屯、泼机等30个乡镇（街道）、254 个村（居）委会，国土总面积 369 598.0 hm2。 镇雄县在水平气候带属北亚热带气候区，年均降雨量达914 mm，年均气温 11.3℃，海拔 630～2 416 m，境内野生动植物种类丰富，有多种国家一、二级保护动植物。综合应用“3S”技术，对镇雄县森林资源主要指标进行年度监测，对当地生态文明建设有重要意义。

1 材料与方法

1.1 监测对象

监测对象为镇雄县境内森林资源。

1.2 监测方法

运用“3S”技术，以高分辨率和高光谱卫星影像为信息源，利用GPS定位到精确的空间位置，把获得的数据整理合并后再利用ArcGIS平台进行数据分析、更新及存储[6]，进而监测森林资源变化情况。

监测技术方法采用基于遥感影像的森林资源年度双向核查法。将高分辨率卫星遥感影像数据作为年度监测信息的主要来源，按照检测数据变化的技术路线，以变化图斑为目标线索，重点核查变化图斑信息，构建变化数据从上往下分发、核实材料从下往上提交的双向核查模式。通过上下联动与双向反馈的组合验证模式，为变化图斑提供指示性依据，对森林资源变化情况进行有效和准确的核查，确保变化信息准确、可靠[7]。在此过程中，建立资源变化信息评价的佐证信息库，确保变化信息的可追溯性和数据结果的客观性、合理性和可证明性。

1.3 技术流程

1.3.1 数据收集及预处理。收集镇雄县森林资源管理档案资料、前期森林资源主要指标监测成果数据、前期和本期高分辨率卫星遥感影像或航拍影像数据及有关矢量数据，并进行影像正射纠正和分辨率融合、共享影像质量检查、所有影像大气归一化处理、按行政区域嵌镶和裁剪以及森林资源档案整理、矢量化等预处理工作[8－9]。

1.3.2 判读区划。由省级技术支撑单位对收集的2期影像数据和矢量数据进行室内ArcGIS对比判读区划，获取森林减少（逆向变化）图斑信息，形成森林减少图斑登记表及森林减少（逆向变化）图斑矢量属性数据库，并下发县级林业主管部门。

1.3.3 变化图斑现地核查。县级林业主管部门收到森林减少（逆向变化）图斑矢量属性数据库后，及时组织技术人员核实调查。对于通过档案资料及前后期影像比对，能够明显认定为非森林地类的地块，可不用现地调查；否则，必须进行现地调查核实。森林增加（正向变化）图斑应结合林产业建设、天保工程、退耕还林、低产低效林改造等各种经营档案资料，以“非森林地类变森林地类”为条件进行数据分析、筛选后[7]，组织技术人员逐小班现地核实调查，并提供相应佐证资料，上交省监测办审核验收。

1.3.4 监测数据库更新。利用经审核、验收合格的年度森林资源变化图层对监测基数图层进行更新，得到监测年县域森林面积、天然林面积和森林覆盖率等森林资源主要监测指标[7]。更新时各级行政界线、林班界与原数据库保持一致，只对小班界进行变动。为了考虑更新后小班的可经营性和合理性，需考虑细碎小班、缝隙小班等处理内容，原则上需对更新过程中产生的面积小于0.25 hm2的图斑进行合并。

1.3.5 森林蓄积量更新及成果制作。利用小班的林分现状，根据已建立的9个主要树种（组）生长量模型、消耗量模型等分别对有林地图斑的蓄积量进行变更，变更后统计得到监测年县域森林蓄积量、单位面积蓄积量和天然林蓄积量[7]。在本期森林资源主要指标监测数据库基础上，统计森林资源主要指标监测数据，编制形成相应统计表及森林资源监测年度报告。

1.4 相关指标测定方法

1.4.1 森林变化面积和森林覆盖率测定方法。在监测周期内，对监测县域内发生明显改变的有林地或国家特别规定的灌木林地进行区划变更，包括林业部门管理的森林和非林业部门管理的森林[7]。①森林面积减少。一般是有林地或国家特别规定的灌木林地变为非森林地类，如建设项目使用林地、森林采伐、森林火灾、盗伐滥伐、毁林开垦及滑坡泥石流等原因造成森林面积减少。对于森林面积减少的地块，根据收集的经营档案资料，结合前后2期影像数据和GPS确定面积、位置，现地调查并记录有关因子；对于森林采伐、建设项目使用林地等，通过档案资料及前后期影像判读比对，能够明显认定已变为非森林的地块[10]，可不用进行现地调查。②森林面积增加。由于人类生产经营引起或林木自然生长转化，非森林地类转变为了有林地或国家特别规定的灌木林地，使森林面积得以增加。可先在室内利用收集的经营档案资料和影像图预区划小班，然后携带GPS等调查工具前往现地进行调查确认，核实小班界线并调查小班主要林分因子，填写完善小班因子表，拍摄小班近景、远景现地照片，以佐证森林面积的增加。根据森林面积的增减情况更新当年森林资源数据库，并统计森林面积，求算得出森林覆盖率[7]。

1.4.2 森林蓄积量测定方法。

（1）无干扰状态下年生长量（率）估计。镇雄县森林植被类型多样，立地条件变化复杂。由于生态因子具有可补偿性，树木生长具有适应性和可塑性，导致森林生长规律具有区域性。根据立地条件的特点对全县进行分区，针对每个分区进行某些类型的森林动态模拟与预测，对重要的大尺度变量进行空间聚类分析，根据这些立地因子的变化规律将全县划分为不同分区。这些立地因子包括年平均温度、年降水量、平均海拔和地形起伏度。变量选取树种、初始胸径、起源、龄组、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤类型、土壤厚度、每公顷株数、郁闭度、年降水量、最干季降水量、最湿季降水量、年平均温度、最热季均温、最冷季均温、年均日照时数。由于镇雄县树种复杂多样，特将树种归并形成9个树种组模型，分别是云南松、华山松、杉木、柳杉、其他针叶、桦类、栎类、杨树、其他阔叶。使用数量化理论Ⅰ回归模型分区确定模型，计算出每个小班无干扰状态下的生长率。

（2）年消耗率估测。生长量估测是假设完全没有人为干扰情况下的林分生长状态，而现实生活中有人为干扰，特别是采伐等因子干扰尤为突出。利用前后2期卫星影像比对的方式进行操作，目前高分辨率卫星影像分辨率已达到2 m，而1株树的树冠大于2 m，树的变化能够在影像上反映出来。针对有林地小班，每个小班随机抽取500个象元（抽象为500株树），对比500株树的变化情况，进行年消耗量估测。因为是考虑消耗率，所以只考虑负向变化，不考虑正向变化。

（3）蓄积量估测。蓄积量计算公式如下：

V新＝V基×（1＋f-p）×a+V进

式中，V新表示估测蓄积，V基表示基期蓄积，V进表示进阶蓄积 （原来未达检尺幼林经生长平均胸径≥5 cm后，新增蓄积），f表示生长率，P表示消耗率，a表示间隔年。

按照已建立的主要树种（组）生长量模型、进界木模型、自然消耗量模型等求算有林地小班的蓄积量，并对森林资源数据库进行变更，变更后统计得出监测县域的森林蓄积量。但是，对森林采伐或抚育等森林减少的情况，需收集档案材料并现地调查记录有关因子，结合实际情况确定；对森林增加的图斑，通过现地调查记录主要林分因子，得出小班蓄积量[7]。单位面积蓄积量由乔木林地中纯林、混交林蓄积除以乔木林纯林和混交林面积计算获得。

2 结果与分析

2.1 森林资源变化情况

在监测周期内，全县森林面积由105 493.05 hm2增加到 129 087.48 hm2，净增 23 594.43 hm2，增幅为22.37%；森林覆盖率由28.54%增加到34.92%，净增6.38个百分点；森林蓄积量由8 062 600 m3增长至8 317 000 m3，净增 254 400 m3，增长 3.16%；乔木林（不含乔木经济林）单位面积蓄积由91.9 m3/hm2减少到 86.0 m3/hm2，平均净减少 5.9 m3/hm2，降幅 6.42%（表 1）。

表1 镇雄县森林资源主要监测指标变化统计

2.2 森林资源变化原因分析

2.2.1 森林面积变化原因分析。在监测周期内，全县森林面积增加了23 911.56 hm2，原有森林面积减少了317.13 hm2，全县森林面积净增23 594.43 hm2。全县新增森林面积23 911.56 hm2，主要由造林更新、规划调整、自然因素以及其他因素4个方面原因引起；全县原有森林面积减少317.13 hm2，主要由森林采伐、规划调整、建设项目使用林地（即经审批和未经审批使用林地，下同）、毁林开垦、灾害因素、其他因素等方面原因引起（表2）。

表2 镇雄县森林面积变化原因分析 单位：hm2

2.2.2 森林蓄积变化原因分析。全县本期森林蓄积量8 317 000 m3，较上期森林蓄积量净增254 400 m3。监测期森林蓄积量有增量也有减量，增减相抵后总体呈上升趋势。本期森林蓄积量增长的因素主要表现在3个方面：一是变更进入的乔木林地蓄积及原未达到检尺标准的幼龄乔木林地，在本期达到检尺标准，使森林蓄积量增加；二是乔木林地生长量的提高，增加了森林蓄积量；三是天然林禁采、商品林采伐需求也逐年减少，降低了采伐消耗量。

森林蓄积量减少的主要原因是正常的木材采伐和树木自然枯死造成的森林蓄积量减少，以及建设项目使用林地、人工树种更替、毁林开垦、灾害因素等造成的森林面积减少。

3 结论与讨论

试验结果表明，通过“3S”技术进行森林资源监测分析，得到了较精确的监测期镇雄县森林资源数据。监测期全县森林面积129 087.48 hm2，较上期净增加23 594.43 hm2，增幅达22.36%；监测期全县森林蓄积量8 317 000 m3，较上期净增254 400 m3，增幅3.2%。在森林面积增加的因素中，规划调整措施占比达57.73%，是该年度森林资源增加的主要原因；其次是造林更新和自然因素，占比40.66%。而建设项目使用林地是森林减少的最大因素，全县建设项目使用林地造成森林面积减少167.44 hm2，占全县森林减少面积的52.80%。

本期森林资源监测工作在前期基础上已经做了较大改进，着力加强了森林变化图斑的判读获取、现地核实及森林资源变化原因分析，技术可靠，利于操作，但在实际工作中变化数据的核实和佐证材料的获取仍需要进一步细化技术规程，简化工作流程，充分利用时下最先进的“3S”技术，倡导部门协同和数据共享，减少外业调查核实工作量以及不必要的证明材料，提高工作效率[11]。一方面，在出台年度森林资源监测技术方案时，注意充分考虑工作实际和相关技术及辅助设施应用，让森林监测工作更加全面、有效地开展；另一方面，可以利用无人机航拍制作高分辨率影像数据，在森林资源管理“一张图”的基础上，将国土三调和行业数据进行叠加，结合高分卫星或资源三号卫星影像以及天地影像图等遥感影像，进一步提高判读的准确率[6]。另外，有关部门应进一步加大“3S”前沿技术研究和相关外业调查软件的开发使用和操作培训力度，开展森林资源即时监测，及时更新森林资源数据库，提高森林资源监测水平[12]，推动森林资源管理工作顺利开展。