國內外資源與環境清查對水土保持普查周期與方法的啟示

殷水清 ,牛雪玲,路炳軍,2,謝 云

(1.北京師范大學 地表過程與資源生態國家重點實驗室/地理學與遙感科學學院，北京100875； 2.北京市水土保持工作總站，北京 100036)

普查(清查)是摸清資源與環境家底的重要手段，是資源可持續利用和環境保護的基礎。新水土保持法第四十二條規定：國務院水行政主管部門和省、自治區、直轄市人民政府水行政主管部門應當定期組織水土流失調查，并根據水土保持監測情況，定期對水土流失類型、面積、強度、分布狀況和變化趨勢，水土流失造成的危害，水土流失預防和治理情況進行公告。為了更好地執行水保法的規定，各級水行政部門首先需要解決水土流失調查周期、如何進行全面監測等問題。從空間尺度上看，水土保持監測主要包括坡面、小流域和區域尺度[1]，要摸清區域水土流失和水土保持狀況最直接的途徑是開展區域水土保持普查。水利部在20世紀50和80年代、1999—2001年、2010—2012年共開展了4次水土保持普查工作，及時查清了我國的水土流失狀況，為水土保持科學研究和綜合治理提供了重要的數據資料[2-3]。通過梳理國外土壤侵蝕普查的歷史發展，借鑒我國其他資源與環境清查的經驗，總結了我國水土保持普查工作情況，以期對未來水保普查工作提供參考。

1 國外土壤侵蝕普查

1.1 美 國

美國在1934年開展了第一次全國侵蝕勘探調查(National Erosion Reconnaissance Survey)[4-5]，這是美國開始全國土壤侵蝕調查的標志。根據土壤侵蝕調查周期的不同，1934年至今美國土壤侵蝕調查的發展大致經歷了3個階段：20世紀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年第一次全國侵蝕勘探調查結束之后，美國全境有40多個州開始了基于土壤實驗站的小區監測，并于次年頒布了水土保持法。1958年，農業部水土保持局完成了全國水土保持需求調查，簡稱1958CNI[5]，第一次將抽樣調查方法應用于土壤侵蝕普查，隨后于1967年完成了第二次CNI。1972年頒布的鄉村發展法要求農業部每5～10年進行一次資源調查[6]，這其中就包括土壤侵蝕調查。1977年水土保持局開展了全美資源調查，采用抽樣調查與模型計算相結合的方法對土壤侵蝕情況進行了定量評估，選用的模型為通用土壤流失方程(USLE)和土壤風蝕方程(WEQ)[7]，抽樣調查的方法沿用1967年的方法，即在全國確定了70 000個基本抽樣單元(PSUs)，在每個抽樣單元內隨機抽取1～3個采樣點。在1982、1987、1992、1997年(5年一次)進行了土壤侵蝕調查，受經費影響，各次抽樣單元與采樣點數量存在差異。經過1998—1999年的連續性調查方法研究，2000年正式啟動連續調查方案，建立了15年序列的全國30萬個PSUs和80萬個采樣點的數據庫，調查對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，若無法獲取航片或航片不清楚的，則輔以實地調查分析。

圖1 美國土壤侵蝕調查歷史

1.2 歐 洲

20世紀90年代至21世紀初，歐盟聯合研究中心歐洲土壤局先后在整個歐洲、歐洲范圍內不同區域和不同國家開展了土壤侵蝕危險性評價工作，定量評價了歐洲土壤侵蝕狀況，確定了土壤侵蝕易發生區域，為歐盟國家制定土壤保護和退化防治政策提供信息支撐。調查采用無縫隙網格估算法[8]，按一定空間分辨率將區域劃分為網格，利用USLE模型估算各網格土壤流失量，用以評估土壤侵蝕的實際危險性和潛在危險性，即分別考慮在有、無植被覆蓋和水土保持措施影響下的土壤流失量。另外，還采用了因子分級打分方法評價全歐洲的土壤侵蝕危險性，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、結皮和土壤可蝕性等。

1.3 澳大利亞

1997—2001年，澳大利亞組織實施了國家土地與水資源調查(The National Land and Water Resources Audit)，旨在為資源管理與持續利用提供決策支持。項目分7個專題實施，土壤侵蝕調查屬農業生產力與可持續能力專題。調查采用無縫隙網格估算法，在全國范圍內對不同數據源精度的數據進行網格劃分，利用修訂版通用土壤流失方程(RUSLE)計算土壤侵蝕模數[9]。由于數據源精度有限、模型參數處理簡單，且沒有考慮水土保持措施的影響，因此此次調查工作應該屬于土壤侵蝕危險性評價。

2 國內水土保持普查

我國的水土流失調查始于20世紀50年代，當時采用人工調查方法調查了部分地區，初步查清了水蝕的面積、強度及分布。20世紀80年代開始采用遙感調查方法。1999年全國土壤侵蝕調查，通過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型、土壤圖和地質圖提取地表組成物質，結合野外調查及其他相關資料，確定土壤侵蝕強度和類型[10-11]。2010年開始的第四次水土保持普查中土壤侵蝕普查對象包括水力、風力和凍融侵蝕，主要采用抽樣調查的方法，此外還進行了西北黃土高原和東北黑土區侵蝕溝道調查及全國水土保持措施調查[3,12]。以該次水力侵蝕普查為例，采用分層不等概系統抽樣方法確定野外調查單元，基于山丘區密度大、平原區或深山區密度小的特點，分4%、1%、0.25%和0.062 5%四類密度，在全國共布設32 948個單元，調查降雨、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的因子，其中降雨侵蝕力通過收集1981—2010年全國2 678個氣象、水文站的侵蝕性日雨量信息計算得到，土壤可蝕性因子通過收集31個省(自治區、直轄市)土種志資料和土壤類型圖結合全國950個實地樣點資料、115個文獻樣本資料計算得到，坡長和坡度通過數字化地形圖提取，植被覆蓋通過1 km分辨率MODIS地表反射率和30 m分辨率環境星地表反射率遙感資料提取，土地利用類型和生物、工程、耕作措施則是通過野外調查單元實地調查得到，利用中國土壤侵蝕方程計算調查單元的土壤侵蝕模數，判斷侵蝕強度，再用地統計學方法匯總統計全國不同行政區域水蝕強度分級面積[8]。

3 國內其他資源與環境清查

3.1 土壤普查

我國土壤調查的歷史可追溯到20世紀30年代，當時在全國范圍內對土壤狀況進行粗略調查，并調查了部分區域性土壤，繪制了全國土壤圖、部分省(縣)土壤圖和分縣土壤圖。第一次全國土壤普查開始于1958年(表1)，歷時3年完成，以全國耕地為主要調查對象，完成了除西藏和臺灣外的耕地調查，繪制了全國土地利用現狀圖、農業土壤圖、土壤肥力概圖等[13]。1979年，國務院批示開始第二次全國土壤普查，歷時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、地質構造和巖性基礎、特殊性狀成因和土壤有機質成分；二是農業生產資料，如農林牧業生產情況、地區輪作布局情況等，了解人類活動對成土過程和土壤性質的影響；三是土壤資料，如已有的土壤調查成果等，借鑒有益經驗從而確定工作重點。然后，準備大比例尺地形圖和航衛片資料，衛星影像主要包括陸地衛星影像MSS和TM影像，其中空間分辨率較低的MSS影像主要用于牧區、荒漠區的專業制圖和省級、地區級的資料匯總工作；空間分辨率較高的TM影像主要用于平原區的1 ∶50 000～1 ∶100 000的土地利用調查。此次工作主要是基于航衛片目視解譯確定土壤類型圖斑和邊界，并根據統計學原理進行少量的(一般20%的土壤圖斑和界限)野外檢查驗證。對于在判讀過程中認為把握性不大的，要進行詳細的實地檢驗調查；對于具有生產意義的地區，要進行重點野外驗證。野外實地調查采集供室內評土比土的土壤標本、土壤理化分析樣本，進一步了解土壤的理化性質；對農耕歷史悠久的地區，還要通過走訪調查，總結農業發展中的問題和先進經驗，分級匯總出全國成果[14]。此次調查完善了我國土壤分類系統，繪制了土壤類型圖、土壤養分圖、土壤評級圖、土壤改良利用分區圖、土地利用現狀圖等。

表1 全國資源與環境清查周期與方法

3.2 森林資源清查

我國目前的森林資源監測體系大體可分為5類：國家森林資源連續清查(簡稱一類調查)、森林資源規劃設計調查(簡稱二類調查)、森林作業設計調查(簡稱三類調查)，年度森林資源專項調查(如造林核查、采伐限額檢查等)及專業調查，5類森林資源調查對象和時間均不相同。一類調查始于1973年，約每5年進行一次，至今已經進行過8次(表1)。調查主要根據統計學原理布設樣地，樣地形狀多為長方形和正方形，面積為667～800 m2[15]，運用連續清查法對樣地進行定期復查以獲取數據[16]。以第六次貴州省森林資源調查為例[17]，首先建立衛片解譯標志用以分辨不同的地類，對于較難判斷的地類則參照地形圖和二類調查成果確定，根據判讀依據和原則，參照判讀標志，采用人機目視區劃判讀，同時完成判讀因子的登記；然后抽取圖斑總數的5.2%進行野外驗證，對錯判的圖斑進行修正后，再抽取圖斑總數的1%做判讀質量檢查；最后各省匯總形成《全國森林資源清查主要結果報告》等系列成果。通過森林資源清查可以獲得森林資源數量、結構、區域分布和動態變化，為森林資源維護與發展提供決策依據。

3.3 土地資源調查

第一次全國性的土地資源調查(國土一調)開始于1984年，1999年完成全國調查成果匯總，出版了《中國土地資源調查技術》和《中國土地資源》，繪制了《中華人民共和國土地利用圖》等[18]。國土二調于2007年開始，2010年基本結束，大約每20年進行一次。隨著技術的發展，土地資源調查手段也在不斷改進，比如將高分辨率遙感影像與歷史時期的GIS土地利用數據庫相結合，利用計算機技術自動或交互式提取土地利用變化信息[19]，對于室內無法判讀的圖斑進行外業調查確認；GPS為外業調查提供了實時、準確的定位技術支持，在空間數據庫支持下實現了基礎圖件的數字化，有利于更新土地利用現狀數據。

3.4 污染源普查

2007年10月9日頒布的《全國污染源普查條例》規定，全國污染源普查每10年開展1次，標準時點為普查年份的12月31日。第一次全國污染源普查于2008年開始，至 2010年結束。本次全國范圍內的污染源普查對象包括工業污染源、農業污染源、生活污染源、集中式污染治理設施和其他產生、排放污染物的設施。首先依據區編制辦、區稅務局、區環保局等提供的資料，建立全區普查的基本名錄底冊；然后以基本名錄為基礎，以各鎮、街、園區為單元，組織普查員逐一清查、摸底和進一步核實，掌握較為全面的清查名錄，建立清查名錄底冊；再次通過清查名錄逐一審查篩選，確定符合普查條件的普查對象名錄，采取入戶普查的方法，將全面普查與重點詳查相結合、全面普查與抽樣調查相結合，提高普查數據的準確度。2010年2月6日，中華人民共和國環境保護部、國家統計局和國家農業部聯合發布了《第一次全國污染源普查公報》。

4 水土保持普查問卷調研

針對全國水土保持普查的周期和方式進行了問卷調研。參與調查的水保專家共37位，其中9位來自流域和省級水保站、7位來自北京市區縣水保站，其余21位來自相關科研院所和公司。調研結果顯示：對于全國水土保持普查的周期，21位專家認為5年一次較為適宜，占調查總數的57%，有8位專家贊成2年一次或者1年一次，占調查總數的22%(表2)。同時，專家進一步建議，可借鑒美國的經驗，啟動連續調查方案，在現有調查單元布局的基礎上進一步提高單元密度，每年只調查部分單元，5年全部輪完，重點特色區域每年進行動態監測。

5 水土保持普查相關建議

美國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年之后每年連續進行輪換調查；歐盟和澳大利亞在20世紀末至21世紀初進行了一次全面的土壤侵蝕調查；我國至今共進行了4次水土保持普查，從1986年開始，大約每10年一次；我國土壤資源、森林資源、土地資源、污染源調查的周期各不相同，分別為大約每20年、5年、20年和10年一次。導致調查周期不同的原因與調查對象的時間變化尺度密切相關，也與調查工作量、人力物力支持和調查實施方式手段是否高效有關。除森林資源和污染源調查為法律規定定期調查外，其余均未實現定期普查。根據新水保法和對水保專家的問卷調研，定期開展水土保持普查，并將普查周期定為5年一次較為適宜。另外，近年來“3S”技術的發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根據水土流失的變化特征和人力物力基礎，每5年進行一次全國水保普查，部分重點區域每年連續監測，并及時向社會發布調查公報。②為提高普查精度和工作效率，在現有調查單元布局的基礎上，進一步提高單元密度，啟動連續調查方案，每年只調查部分單元，5年全部輪完。③優化現有調查單元的GIS數據庫，盡量利用其他資源清查成果(如國土二調土地利用成果等)，建立高分辨率航衛片資料數據庫及可靠的解譯標識，發揮航衛片解譯方法的高效性，航衛片無法獲取或質量不高時輔以實地調查分析。

表2 水保專家對水保普查周期的建議

[參考文獻]

[1] 楊勤科,劉詠梅,李銳.關于水土保持監測概念的探討[J].水土保持通報,2009,29(2):97-98.

[2] 郭索彥,李智廣.我國水土保持監測的發展歷程與成就[J].中國水土保持科學,2009,7(5):20-21.

[3] 牛崇桓,郭索彥.全國水土保持情況普查組織與實施[J].中國水土保持,2013(10):8-9.

[4] Nusser S M, Goebel J J. The national resources inventory: a long-term multi-resource monitoring program[J].Environmental and Ecological Statistics,1997,4(3):188-204.

[5] 謝云,趙瑩,張玉平,等.美國土壤侵蝕調查的歷史與現狀[J].中國水土保持,2013(10):53-54.

[6] Harlow J T. History of natural resources conservation service national resources inventories[R].Washington,DC:USDA,1994:5.

[7] Goebel J J. The National Resources Inventory and its role in US agriculture[C]//First International Conference on Agricultural Statistics. Washington,DC:USDA,1998:181-192.

[8] 劉寶元,郭索彥,李智廣,等.中國水力侵蝕抽樣調查[J].中國水土保持,2013(10):26-27.

[9] Lu H, Gallant J, Prosser I P, et al. Prediction of sheet and rill erosion over the Australian continent, incorporating monthly soil loss distribution[R].Canberra,Australia:CSIRO Land and Water Technical Report,2001:2-4.

[10] 薛利紅,楊林章. 遙感技術在我國土壤侵蝕中的研究進展[J].水土保持學報,2004,18(3):186-187.

[11] 曾大林,李智廣.第二次全國土壤侵蝕遙感調查工作的做法與思考[J].中國水土保持,2000(1):28-31.

[12] 國務院第一次全國水利普查領導小組辦公室.水土保持情況普查[M].北京:中國水利水電出版社,2010:2-3.

[13] 唐近春.全國第二次土壤普查與土壤肥料科學的發展[J].土壤學報,1989,26(3): 234-235.

[14] 朱克貴.土壤調查與制圖[M].北京:中國農業出版社,1998:3,120.

[15] 雷相東,洪玲霞,陸元昌,等.國家級森林資源清查地面樣地設計[J].世界林業研究,2008,21(4):37-38.

[16] 國家林業局森林資源管理司.第七次全國森林資源清查及森林資源狀況[J].林業資源管理,2010(1): 1.

[17] 寧曉波,林輝.3S技術在貴州省森林資源清查及其評價中的應用[J].林業資源管理,2003(3):30-31.

[18] 任軍,張加恭.土地資源調查的國內外比較研究[J].資源與產業,2006,8(4):114-115.

[19] 張東明.基于3S技術的土地利用現狀變更調查技術及數據處理方法研究[D].昆明：昆明理工大學,2007:2-9.