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荒漠化与沙化土地监测指标体系与数据采集

荒漠化与沙化土地监测,要做的事情说起来简单——把「沙化到底在扩大还是在收缩」用可比的数据说清楚。可实务中最容易被轻视的,恰恰是指标体系本身。指标怎么分层、样地布多密、因子怎么量,决定了三五年之后这批数据还能不能放在一起比。

本文按指标分层、样地布设、因子量测、质量控制四条线,整理一套可以直接落到作业设计里的思路。

一、先分清两组概念:荒漠化与沙化

监测之前必须把口径统一,否则统计表之间会对不上。荒漠化是广义概念,指包括气候变异和人类活动在内的多种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱区的土地退化;沙化是其中最典型的一类,指沙质土壤上植被及覆盖物被破坏、出现流沙及沙土裸露的过程。

现行技术依据里,沙化土地监测主要执行 GB/T 24255—2009《沙化土地监测技术规程》,它规定了监测采用的沙化土地分类、程度划分、监测内容、技术流程与成果要求;荒漠化监测的方法可参照 GB/T 20483—2025《土地荒漠化监测方法》(2025 年发布、同年 10 月实施)。

两者的区分不是文字游戏。《中华人民共和国防沙治沙法》明确,沙化土地包括已经沙化的土地和具有明显沙化趋势的土地,具体范围由国务院批准的全国防沙治沙规划确定。也就是说,是否纳入沙化土地监测范围,先看规划划定的边界,而不是到现场目测「像不像沙」。同时该法要求县级以上林业草原等部门按土地沙化监测技术规程开展监测,并将结果向上级报告——监测成果是有法定用途的,不能做成内部参考资料就算了。

二、指标体系的分层设计

指标不能平铺成一张上百项的大表,那样外业无法作业、内业无法归集。实务中通常按「目标层—准则层—因子层—量测项」四层组织:

层级回答的问题典型内容
目标层监测最终要说明什么沙化土地面积、程度结构、动态变化
准则层把目标拆成几个方面植被状况、地表状况、土壤状况、气候与人为驱动力
因子层每个方面下设的可测因子植被盖度、风蚀深度、地表粗化、土壤有机质、起沙风日数
量测项落到一个具体测量动作样方内盖度目估与照片、测钎读数、环刀取样

分层的好处是可复用与可替换:目标层和准则层多年保持稳定,因子的算法和量测项可以随技术手段升级而替换;换设备、换方法时,只要量测项到因子的换算关系交代清楚,历史数据的可比性就不至于断裂。

还有一条实务原则:指标要能被「实测」或被「可靠反演」,不能只靠专家印象打分。凡是纳入动态分析的因子,都应有一个明确的数据来源——地面样地、遥感反演或权威台站,三者至少占其一。

三、样地布设与抽样密度

沙化监测通常采用「固定样地 + 随机样地」结合。固定样地用于观测年际动态,随机样地用于估算区域总量,布设逻辑不同:

  • 固定样地:设在能代表区域沙化类型与地类的部位,一经设立不轻易移位,需设永久标识(标桩、GPS 坐标、照片编号、方位示意)。密度视区域异质性而定,沙化类型复杂、斑块破碎的区域适当加密。
  • 随机样地:按分层抽样布设,分层变量通常是沙化程度、地类、地貌类型,样本量按各层面积权重分配,避免「大面积类型样地少、小面积类型样地多」的倒挂。
  • 遥地配合:面上沙化边界由遥感解译勾绘,点上因子由样地实测标定。二者脱节是最常见的质量问题。
经验判断:如果某个沙化图斑在图面上面积不小,区域内却一个地面样地都没有,这个图斑的程度判定基本站不住脚,外业核查时最容易被推翻。

关于密度,行业通行做法是保持「重点区域加密、过渡区域控制」的节奏,既保证固定样地能形成时间序列,又不至于让外业工作量失控。布设方案应在作业设计阶段一次性定死,中途随意加样会导致权重失衡。

四、关键因子的野外量测

4.1 植被盖度

盖度是沙化程度判定的核心因子之一。草本与灌木的样方规格不同,实务中常见做法是草本样方 1 米 × 1 米,灌木样方 2 米 × 2 米或更大,灌木还需记录株数、冠幅以换算盖度。量测方法有三类:

  • 目估法:快,但受经验影响大,同一地块不同人估读可能相差十几个百分点,必须配合标准化样方框和现场照片留档。
  • 样线(截线)法:沿样线记录植物截取长度换算盖度,重复性好,适合灌木与半灌木。
  • 样方法:以样方内植物垂直投影面积占比计算,精度高但耗时。

建议全区域统一采用一种主方法,其余方法只作校核。方法混用会让方法差被误读成植被变化。

4.2 风蚀深度与地表状况

风蚀深度是判断沙化是否活跃的直接证据。最常用的是测钎法:在样地内按网格布设测钎,定期读取钎顶出露高度,前后差值即风蚀(或堆积)深度。作业要点:

  1. 测钎应布在能代表风蚀强度的微地貌部位,不能全集中在障碍物背风侧;
  2. 读数记录到毫米级,同一样地设若干重复,取算术平均并保留极值;
  3. 侵蚀与堆积方向相反,读数符号必须严格区分,否则多年序列会出现「正负抵消」的假稳定;
  4. 测钎要有防拔、防移措施,并在图上标注位置以便复测。

地表粗化、沙丘移动速度、风蚀长度等因子,可分别用地表砾石覆盖度、沙丘前移量测、风蚀圈等方法辅助记录。沙丘移动量测需固定基线,两次测量间隔不宜过短,否则在误差范围内看不出位移。

4.3 土壤与气候因子

土壤因子一般取表层(0~20 厘米或 0~30 厘米)混合样,测机械组成(粒度)、有机质、含水率、pH 等。粒度数据是沙化判定的重要辅助——粗颗粒比重升高往往对应风蚀粗化。气候驱动力因子(起沙风日数、降水量、干燥度指数)通常直接引用气象台站或再分析数据,不必自测,但要检查台站与本区的气候代表性。

五、数据采集与质量控制

  1. 坐标系统一:空间数据统一到 CGCS2000 与国家统一投影,样地同时记录经纬度,避免不同期数据无法叠置。
  2. 表单与影像同步:每个样方、每根测钎要有可回溯的现场照片,照片含标识牌或时间水印,编号与表单一一对应。
  3. 逻辑校验:沙化程度与植被盖度、地表特征必须自洽——判定为流动沙地的图斑,盖度不应出现较高值;出现矛盾先复查原始记录。
  4. 抽检复测:外业结束后按不低于一成左右的比例随机抽查复测,不合格的成片返工,而不是逐点修补。

常见错误集中在三处:盖度估算口径不统一、测钎读数符号不分、样地坐标与图斑对不上。这三处只要有一处出问题,动态分析的结论就不可信。

结语

荒漠化与沙化监测的技术难点,不在某一项仪器操作,而在指标体系能否多年可比、地面数据能否支撑遥感判读。把指标分层做扎实、把样地布设讲清楚、把量测口径固定下来,远比堆砌高级设备重要。

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