龐麗峰，雷淵才，陸元昌，洪玲霞，李婷婷

(中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所,北京100091)

森林經(jīng)營單位級系統(tǒng)群團抽樣設(shè)計比較

龐麗峰，雷淵才，陸元昌，洪玲霞，李婷婷

(中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所,北京100091)

【目的】 在分析國內(nèi)外森林資源調(diào)查現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國森林資源監(jiān)測中存在的問題，對森林經(jīng)營單位級群團系統(tǒng)抽樣設(shè)計不同方式進行分析比較，為森林資源調(diào)查和樣地復(fù)查時樣地的布設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)?！痉椒ā?以森林經(jīng)營單位級監(jiān)測群團樣地(1 km×1 km樣地布設(shè))的實際調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計模擬了1 km×1 km、1 km×2 km、2 km×1 km和2 km×2 km 4種抽樣樣地布設(shè)模式，對4種抽樣設(shè)計方案的模擬數(shù)據(jù)，從調(diào)查成本、蓄積、地類面積、方差和標(biāo)準(zhǔn)差等方面進行比較分析?！窘Y(jié)果】 在模擬的4種樣地布設(shè)方式中,調(diào)查成本由大到小的順序是1 km×1 km、2 km×1 km、1 km×2 km、2 km×2 km；總蓄積量標(biāo)準(zhǔn)差由小到大的順序是1 km×1 km、2 km×1 km、1 km×2 km、2 km×2 km；各地類面積標(biāo)準(zhǔn)差由小到大的順序是 1 km×1 km、1 km×2 km、2 km×1 km、2 km×2 km。【結(jié)論】 在一類和二類資源調(diào)查體系耦合以及調(diào)查經(jīng)費充足時，選擇1 km×1 km布設(shè)樣地；經(jīng)費不充足或樣地復(fù)查時，選擇2 km×1 km或1 km×2 km樣地布設(shè)方案。

森林資源監(jiān)測；群團抽樣；系統(tǒng)抽樣；樣地布設(shè)

抽樣調(diào)查是森林資源調(diào)查和綜合監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)方法，在國家級森林資源調(diào)查監(jiān)測中，世界上大部分國家采取了系統(tǒng)抽樣的方法，主要是由于系統(tǒng)抽樣技術(shù)和方法具有以下優(yōu)點：(1)操作簡便，樣本單位的取得十分方便，樣本定位容易；(2)樣本分布均勻，對于總體有更好的代表性，能保證有較好的抽樣效果；(3)抽樣估計效率較高[1]。因此，在大面積森林資源調(diào)查或國家(或一類)森林資源調(diào)查監(jiān)測中，系統(tǒng)抽樣調(diào)查技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。林業(yè)發(fā)達國家如加拿大、芬蘭、瑞典、德國、日本、韓國和印度等都采用系統(tǒng)抽樣調(diào)查技術(shù)和方法[2]。也有一些國家采用了在系統(tǒng)抽樣布設(shè)條件下進行改進的不同的抽樣技術(shù)，如法國和美國采用了三階段抽樣，瑞士采用了二重抽樣，澳大利亞采用了多階段抽樣。在樣地設(shè)計方面，美國、德國、加拿大、澳大利亞、韓國采用群團樣地，芬蘭、瑞典采用方陣樣地，日本、瑞士采用同心圓樣地。有關(guān)調(diào)查周期，多數(shù)國家是每5年或每10年1個周期，其中美國和韓國是每年1個調(diào)查周期[3-5]。據(jù)了解，對于森林經(jīng)營單位級的資源調(diào)查和監(jiān)測，目前廣泛采用的主要是區(qū)劃調(diào)查方法，即在區(qū)劃基礎(chǔ)上采用隨機抽樣調(diào)查技術(shù)，很少使用系統(tǒng)抽樣調(diào)查技術(shù)。

我國的一類森林資源清查與其他林業(yè)發(fā)達國家有相同和不同之處，我國一類森林資源調(diào)查是以省為總體、抽樣設(shè)計采用系統(tǒng)抽樣布設(shè)地面樣地的框架。但是，各省系統(tǒng)樣地設(shè)計上略有不同，如樣地大小、形狀和樣地數(shù)量等。大部分省區(qū)采用系統(tǒng)抽樣原理布設(shè)地面樣地，基本單元為單個樣地，樣地形狀多為方形或正方形，樣地面積在667～800 m2。樣地位置是在1∶5萬地形圖的公里網(wǎng)交叉點上布設(shè)。也有一些例外，如黑龍江森工系統(tǒng)采用“L”形的圓形樣地組成的樣群技術(shù)；西藏采用的是2個同心圓[6]。我國是在國家級森林資源調(diào)查中采用單個樣地作為抽樣單元的國家之一，單個樣地較群團樣地在獲取空間信息的效率和能力上差，可能導(dǎo)致在森林抽樣過程中信息獲取較低。目前，我國在森林資源清查中存在的問題或不足主要是：(1)樣地效率不高。樣本單元為單個樣地，調(diào)查樣地所花的時間較長，調(diào)查中主要時間消耗在尋找樣地的過程中。(2)邊界不容易控制。樣地和樣木一般都設(shè)置了明顯的固定標(biāo)志, 從而不可避免地會出現(xiàn)潛在的“特殊對待”問題, 影響樣本的代表性。(3)樣地調(diào)查的時效性不強。目前的體系為5年1次的定期調(diào)查監(jiān)測，最終總數(shù)據(jù)是由5個年度的調(diào)查數(shù)據(jù)匯總而成，不能提供年度監(jiān)測結(jié)果，從而不能滿足有關(guān)國際公約或組織的國家報告需要，而且難以與其他監(jiān)測項目如荒漠化監(jiān)測、濕地監(jiān)測和二類森林資源調(diào)查等進行整合。(4)調(diào)查周期較長。應(yīng)該由定期調(diào)查監(jiān)測向年度調(diào)查監(jiān)測轉(zhuǎn)變，尤其是對突發(fā)事件，如火災(zāi)、臺風(fēng)等不能及時反饋。然而調(diào)查經(jīng)費不足嚴(yán)重限制了調(diào)查周期向年度周期的轉(zhuǎn)變[7-9]。

我國的二類調(diào)查也存在一些問題，原有的二類調(diào)查內(nèi)容不能適應(yīng)新形勢的需要。目前，我國林業(yè)由以木材生產(chǎn)為主向以生態(tài)建設(shè)為主轉(zhuǎn)變。但是，森林資源二類調(diào)查的內(nèi)容還是以前的面積和蓄積，沒有反映森林生態(tài)效益和多功能效益方面的調(diào)查內(nèi)容和評價指標(biāo)，無法滿足新形勢下以生態(tài)建設(shè)為主體的林業(yè)建設(shè)的需要。此外，經(jīng)營單位級森林資源監(jiān)測體系尚未建立。森林經(jīng)營單位級森林資源調(diào)查監(jiān)測的基本要求是落實到山頭地塊，高效動態(tài)獲取森林資源信息，以便每年考核和評價經(jīng)營成果，安排森林培育和森林利用。因此，森林資源調(diào)查和監(jiān)測要求高精度和具有可比性[10]。

本研究基于目前國家級和森林經(jīng)營單位級森林資源調(diào)查監(jiān)測現(xiàn)狀背景和存在的一些問題，以實地抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)案例設(shè)計森林經(jīng)營單位級的系統(tǒng)群團抽樣調(diào)查監(jiān)測技術(shù)，并模擬設(shè)計4種不同樣地布設(shè)方式，通過對4種樣地布設(shè)方式所獲數(shù)據(jù)的分析計算，重點對調(diào)查成本、森林蓄積和面積的調(diào)查精度進行比較分析，旨在尋找一種相對比較適用的樣地布設(shè)方式，為森林經(jīng)營單位級森林資源調(diào)查監(jiān)測提供一種適合的樣地布設(shè)方案，同時為國家森林資源清查以及一類和二類資源調(diào)查體系的耦合技術(shù)提供建設(shè)性的指導(dǎo)。

1 數(shù)據(jù)的獲取與整理

1.1 研究區(qū)域

本研究的試驗地點是中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實驗中心，簡稱“熱林中心”，位于廣西壯族自治區(qū)憑祥市。憑祥市位于中國廣西南端的邊境線上，是一個口岸城市，隸屬于地級崇左市，與越南的諒山接壤。憑祥市地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°41′～106°59′，北緯21°57′～22°16′。屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，雨量充沛，年均氣溫21～23 ℃，年降雨量1 062～1 772 mm，日最大降雨量206.5 mm，年無霜期344 d，平均日照1 614 h。位于憑祥市的熱林中心由青山、伏波、白云、哨平4個實驗分場組成。圖1是熱林中心總的森林經(jīng)營范圍,區(qū)劃面積為22 923.3 hm2，其中經(jīng)營面積18 931.3 hm2，占區(qū)劃總面積的82.59%，集體用地面積3 812.2 hm2，占區(qū)劃總面積的16.63%，在經(jīng)營面積中，有林地 13 317.0 hm2，占70.34%。

1.2 數(shù)據(jù)獲取

1.2.1 系統(tǒng)抽樣設(shè)計 系統(tǒng)抽樣設(shè)計以熱林中心

區(qū)劃面積為限，包括集體林地和國有林地，由青山、白云、伏波、哨平4個實驗分場組成。樣本數(shù)的確定依據(jù)2009年二類調(diào)查數(shù)據(jù)的小班蓄積量，按照全中心所有小班最大和最小每公頃蓄積和平均每公頃蓄積量計算變異系數(shù)，并取可靠性水平為95%和蓄積總量標(biāo)準(zhǔn)誤的±10%等因素來計算，最后確定抽樣樣本數(shù)為238個。238個樣本在系統(tǒng)抽樣設(shè)計中的布設(shè)方法是，首先在1∶1萬km網(wǎng)圖上，以1 km×1 km網(wǎng)交叉點布點，即1 km×1 km網(wǎng)交叉點位于熱林中心區(qū)劃面積內(nèi)確定為系統(tǒng)抽樣設(shè)計樣地的中心點。按照上述抽樣設(shè)計方式，熱林中心總共布設(shè)238個樣地點，如圖2所示。238個樣點數(shù)編號分別按照從左至右和從上到下標(biāo)記為1到238號，其中青山實驗分場81個樣地，伏波實驗分場61個樣地，白云實驗分場60個樣地，哨平實驗分場36個樣地。包括集體林地46個和國有林地14個，實際有效的調(diào)查樣地是178塊。

1.2.2 群團樣地設(shè)計 目前國際上普遍采用系統(tǒng)抽樣的群團樣地或樣地群團設(shè)計技術(shù)，樣地形狀普遍采用圓形，其優(yōu)點是容易控制樣地邊界和節(jié)約樣地布設(shè)時間以及樣地容易隱蔽[11-13]。本研究主要參考美國的國家森林資源監(jiān)測二階和三階地面樣地設(shè)計方式，設(shè)計了如圖3的星形群團樣地。

群團樣地的具體設(shè)計方法是:每個樣地總面積為400 m2，樣地中心點O是系統(tǒng)抽樣設(shè)計的公里網(wǎng)的交叉點，每個樣地內(nèi)下設(shè)3個半徑R=6.51 m的子樣圓A、B、C，3個子樣圓心與中心點O正北方向分別成0°、120°和240°方位角，在每個子樣圓內(nèi)分別設(shè)4 m×4 m的幼樹灌木樣方和1 m×1 m的幼苗草本樣方。土壤剖面在樣地中心點O附近8.49 m2范圍內(nèi)選取。星形群團樣地的優(yōu)點是：(1)代表面積大，在實際調(diào)查400 m2的條件下，獲取的數(shù)據(jù)代表了一個1 453.6 m2的圓形或一個1 385.3 m2的方形面積；(2)調(diào)查活動對樣地產(chǎn)生的干擾破壞強度大大減少，有利樣地盡快恢復(fù)到應(yīng)有的自然狀態(tài)；(3)分解為3個子樣圓的測量避免了隨半徑增加而對距離方位角測定難度急速增大的不足，每木測量相對容易，提高了調(diào)查效率。這種設(shè)計的不足是樣地設(shè)計的復(fù)雜性和精確性要求高，樣地復(fù)測復(fù)位的技術(shù)要求也較高。

1.2.3 樣地數(shù)據(jù)調(diào)查和整理 樣地調(diào)查數(shù)據(jù)包括樣地概況、星形群團樣地每木檢尺、灌木幼樹、幼苗草本、枯落物和土壤調(diào)查等數(shù)據(jù)。其中星形群團樣地每木檢尺調(diào)查的起測胸徑為5 cm，主要調(diào)查內(nèi)容是樹種名、胸徑、樹高、損傷、干形質(zhì)量等13個因子，同時測量林木與子樣圓中心點的距離和方位角，便于復(fù)測。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中對每木檢尺的調(diào)查數(shù)據(jù)進行整理匯總，238個樣地總共測量5 677棵單株木，每棵單株木都用關(guān)鍵字作惟一標(biāo)識。關(guān)鍵字表示為“樣地號_樣圓號_樣木號”，如1_A_1表示第1個樣地樣圓A的第1株單木。首先根據(jù)廣西主要樹種組劃分及主要樹種二元材積式計算單株樹蓄積量[14](如表1(只列出部分材積式))，其中非主要樹種按照軟闊和硬闊二元材積表計算蓄積量。然后將每個樣地內(nèi)3個樣圓單株木的蓄積累加，除以3個子樣圓的面積和，得到每個樣地的單位面積蓄積量，記為“Xi”，其中i為樣地號。再根據(jù)熱林中心主要樹種確定標(biāo)準(zhǔn)，確定出每個樣地主要樹種的計算參數(shù)，結(jié)果如表2(只列出部分樣地)所示。

2 研究方法

以1 km×1 km系統(tǒng)布設(shè)的樣地數(shù)據(jù)為本底數(shù)據(jù)，本研究設(shè)計模擬4種不同尺度系統(tǒng)布設(shè)樣地方式，對4種樣地布設(shè)方式的調(diào)查數(shù)據(jù)進行模擬計算和對比分析，主要從樣地布設(shè)、調(diào)查成本、森林蓄積量、地類面積、方差、標(biāo)準(zhǔn)差估計量幾個方面進行計算和分析。

2.1 樣地布設(shè)模擬

4種樣地布設(shè)方式都采用系統(tǒng)抽樣方式，分別記為“1 km×1 km”、“1 km×2 km”、“2 km×1 km”、“2 km×2 km”網(wǎng)格, 4種網(wǎng)格布設(shè)的樣地形狀都采用星形群團樣地。例如,“1 km×1 km”樣地布點方式是在1∶1 萬km網(wǎng)格交叉點上布設(shè)樣點；同樣,“1 km×2 km”樣地布點方式是以1∶1萬km網(wǎng)格橫向1 km縱向2 km的交叉點為樣地的中心點O；“2 km×1 km”樣地布點方式是以1∶1萬km網(wǎng)格橫向2 km縱向1 km的交叉點為樣地的中心點O；“2 km×2 km”樣地布點方式是以1∶1萬km網(wǎng)格橫向2 km縱向2 km的交叉點為樣地的中心點O。在4種系統(tǒng)樣地布設(shè)模擬中，每種樣地的3個子樣圓A、B、C的布設(shè)方式一致，即子樣圓分別與中心點O正北方向成0°、120°和240°方位角，樣地調(diào)查內(nèi)容也一致。4種模擬抽樣樣點布設(shè)如圖4所示。4種抽樣樣地在研究區(qū)域的樣地布點數(shù)見表3。

由圖4和表3可知，4種樣地布設(shè)得到的樣地總數(shù)不同，每個實驗分場的樣地總數(shù)也不同，但是每個樣地中心點O都在1∶1萬km網(wǎng)的交叉點，4種樣地布設(shè)方式有些樣地點是重復(fù)的，“1 km×1 km”樣地布設(shè)的樣地數(shù)最多，其余3種樣地布設(shè)的樣地點都是“1 km×1 km”樣地的子集。以“1 km×1 km”樣地布設(shè)的調(diào)查數(shù)據(jù)為本底，就可以獲得其他3種樣地布設(shè)的調(diào)查數(shù)據(jù)，然后對4種樣地布設(shè)方式進行模擬計算，并對4種樣地布設(shè)的數(shù)據(jù)進行分析和計算，以探索在一定總體中合適的樣地布設(shè)方式。

2.2 森林蓄積估算

(1)

(2)

第1種情況不分樹種估算蓄積時，n表示熱林中心或?qū)嶒灧謭鰳拥乜倲?shù)，S表示熱林中心或?qū)嶒灧謭龅目偯娣e，直接由表3計算可得。

第2種情況分樹種估算蓄積時，n表示該樹種的樣地總數(shù)，S表示該樹種所占面積，不能直接由表3形式得到，需要先計算出該樹種的樣地數(shù)n，S等于該樹種樣地數(shù)在樣本總體中所占比例乘以熱林中心或?qū)嶒灧謭龅目偯娣e。

第3種情況按齡組和樹種估算蓄積時，n表示該齡組該樹種的樣地總數(shù)，S表示該齡組該樹種所占面積，也不能直接由表3得到。

2.3 地類面積估算

(3)

式中：pi為類型i的面積比例估計值，mi為類型i的樣地數(shù)，n為總樣地數(shù)。類型i的面積估計值計算方法為：

Ai=A×pi。

(4)

式中：Ai為類型i的面積估計值,A為總體面積，由表3可得。

2.4 方差估計量

蓄積、地類面積抽樣方差和標(biāo)準(zhǔn)差估計量計算公式如下：

(5)

(6)

(7)

2.5 精度估計

依據(jù)國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定，抽樣精度的計算公式[15]如下：

(8)

2.6 評價指標(biāo)

本研究用調(diào)查成本、方差和標(biāo)準(zhǔn)差估計量等指標(biāo)對4種樣地布設(shè)方式進行評價分析。

調(diào)查成本決定于樣本容量，容量越大，調(diào)查費用越高，調(diào)查成本可以用線性函數(shù)表示為：C=C0+C1×n；其中，C0是與樣本容量n無關(guān)的固定成本，包括組織、宣傳、抽樣框的準(zhǔn)備等，而C1是每個樣地的平均費用，包括調(diào)查本身的費用、差旅費以及數(shù)據(jù)處理費等。

抽樣誤差完全來自于同一水平下不同單元的隨機抽樣誤差。要比較不同樣本之間離散程度的大小，一般直接比較標(biāo)準(zhǔn)差或方差的大小即系統(tǒng)方差估計量，標(biāo)準(zhǔn)差的值大說明該組數(shù)據(jù)較分散，標(biāo)準(zhǔn)差小，說明該組數(shù)據(jù)較集中，標(biāo)準(zhǔn)差的單位與原始數(shù)據(jù)單位相同。

3 結(jié)果與分析

3.1 4種樣地布設(shè)方式調(diào)查成本的比較

由于調(diào)查成本只與樣本的容量有關(guān)，根據(jù)調(diào)查成本與樣本容量的線性關(guān)系可知，如果將熱林中心“1 km×1 km”布設(shè)方式的調(diào)查成本量化為1(表4)，那么其他幾種樣地布設(shè)方式的調(diào)查成本依次是0.49，0.52，0.26。調(diào)查成本由高至低的順序是：“1 km×1 km”、“2 km×1 km”、“1 km×2 km”、“2 km×2 km”，“2 km×1 km”比“1 km×2 km”增加了8塊樣地的調(diào)查成本。

3.2 4種樣地布設(shè)方式下蓄積量的估計

3.2.1 不分樹種時的蓄積量 在模擬的4種樣地布設(shè)方式下，按照公式(1)、(2)計算熱林中心和實驗分場的活立木單位面積蓄積，按照公式(5)、(6)計算方差、標(biāo)準(zhǔn)差。如在按照 1 km×1 km布設(shè)樣地條件下，計算熱林中心的單位面積蓄積、總蓄積等時，先從表2得到熱林中心每個樣地的單位面積蓄積Xi，再從表3得到n為238，S為22 923.3 hm2。單位面積平均蓄積按照公式(1)得到：

由表5可知，就熱林中心總體而言，4種樣地布設(shè)方式的方差或標(biāo)準(zhǔn)差由小到大的順序是1 km×1 km、2 km×1 km、1 km×2 km、2 km×2 km。青山和伏波分場也具有這個趨勢。白云分場4種樣地布設(shè)方式的方差或標(biāo)準(zhǔn)差由小到大的順序是1 km×1 km、1 km×2 km、2 km×1 km、2 km×2 km，哨平分場由小到大的順序是：1 km×2 km、1 km×1 km、2 km×2 km、2 km×1 km。

3.2.2 分樹種時的蓄積量 熱林中心以往主要統(tǒng)計的樹種是馬尾松、杉木、桉樹、八角以及混交林。在4種樣地布設(shè)方式下分樹種估計蓄積時，先按照估計公式(1)和(2)計算單位面積蓄積，再按照公式(5)、(6)計算方差、標(biāo)準(zhǔn)差，如在模擬1 km×1 km方式布設(shè)樣地的條件下，在計算熱林中心馬尾松樹種的蓄積等各個估計量時，先統(tǒng)計出馬尾松的樣地數(shù)(114塊)，再從表2查找出對應(yīng)樣地的單位面積蓄積Xi，然后由公式(1)可以得到馬尾松單位面積平均蓄積，即：

由表6可知，熱林中心的主要樹種馬尾松和混交林在4種樣地布設(shè)方式下的估計方差或標(biāo)準(zhǔn)差由小到大的順序為1 km×1 km、2 km×1 km、1 km×2 km、2 km×2 km。在分樹種計算蓄積時，杉木、桉樹和八角的樣地數(shù)量很少(表6)，所以4種抽樣設(shè)計的方差或標(biāo)準(zhǔn)差估計結(jié)果沒有規(guī)律，一般來說，1 km×1 km的樣地布設(shè)方式方差或標(biāo)準(zhǔn)差最小，2 km×2 km的樣地布設(shè)方式最大。

3.2.3 分齡組和樹種時的蓄積量 在4種樣地布設(shè)方式下，按照公式(1)和(2)計算熱林中心主要樹種分齡組的蓄積，公式中的n是指該齡級該樹種的樣地數(shù)，S是指該齡級該樹種的面積。如在按照1 km×1 km方式布設(shè)樣地條件下，計算熱林中心商品林馬尾松樹種幼齡林的蓄積時，先統(tǒng)計出符合條件馬尾松的樣地數(shù)，經(jīng)過統(tǒng)計可知，商品林馬尾松幼齡林的樣地數(shù)是18塊，從表2查找對應(yīng)樣地的單位面積蓄積Xi，然后由公式(1)得到馬尾松單位面積平均蓄積，即：

為了進一步說明4種樣地布設(shè)方式的模擬效果，應(yīng)用2009年熱林中心二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)比較4種不同方式的模擬結(jié)果。表8是熱林中心2009年二類資源調(diào)查主要樹種分齡組的蓄積統(tǒng)計結(jié)果。

表7和表8的計算結(jié)果表明，4種不同抽樣設(shè)計的模擬效果(表7)中，1 km×1 km布設(shè)方式與2009年二類資源調(diào)查結(jié)果(表8)中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較接近，且1 km×1 km布設(shè)的模擬結(jié)果均大于2009年二類調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果，這主要是因為二類數(shù)據(jù)調(diào)查時間是2009年，而1 km×1 km布設(shè)抽樣時間是2011年。其他3種抽樣布設(shè)的結(jié)果與2009年二類數(shù)據(jù)一致性大小的排序分別是2 km×1 km、1 km×2 km和2 km×2 km布設(shè)方式。但這些抽樣布設(shè)方式估計結(jié)果大多也大于二類資源主要樹種各齡組蓄積統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

注：表中的“0”表示對應(yīng)該齡級樹種蓄積為0。

Note:“0” in the table shows the forest volume for main trees species at corresponding age is zero.

3.3 4種樣地布設(shè)方式下各地類面積的估計

在模擬的4種樣地布設(shè)方式下，按照公式(3)和(4)計算各類土地的面積，并以公式(7)計算各類土地面積的標(biāo)準(zhǔn)差估計量。

例如：計算樣地布設(shè)方式為1 km×1 km時熱林中心有林地的面積，首先要計算出有林地的樣地數(shù)mi(經(jīng)過計算mi為160個)，再由公式(3)計算出有林地面積比例估計值pi=mi/n=160/238≈0.672 2，然后按照公式(4)計算有林地面積為：

有林地面積標(biāo)準(zhǔn)差按照公式(7)計算可得：

其他地類面積的計算方法與此相同，最終的計算結(jié)果如表9所示。

注：括號內(nèi)的數(shù)據(jù)表示面積比例估計值的標(biāo)準(zhǔn)差。

Note:The data in brackets is Standard Deviation for estimates of area ratio.

表9顯示，在4種模擬樣地布設(shè)方式下，熱林中心的國有土地面積標(biāo)準(zhǔn)差從小到大依次是 1 km×1 km、1 km×2 km、2 km×1 km、2 km×2 km布設(shè)方式，1 km×1 km樣地布設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)差最小。

4 結(jié) 論

經(jīng)過分析可知，在模擬的4種樣地布設(shè)方式中，以1 km×1 km的調(diào)查成本最高，標(biāo)準(zhǔn)差最小;2 km×2 km的調(diào)查成本最低,標(biāo)準(zhǔn)差最大；2 km×1 km和1 km×2 km布設(shè)方式的調(diào)查成本居中，但是2 km×1 km布設(shè)方式比1 km×2 km布設(shè)方式的調(diào)查成本略高。從計算得到的熱林中心的總蓄積標(biāo)準(zhǔn)差來看，4種模擬樣地布設(shè)方式由小到大的順序為1 km×1 km、2 km×1 km、1 km×2 km、2 km×2 km；從熱林中心分樹種和齡組計算的蓄積來看，與二類資源統(tǒng)計結(jié)果接近的順序為1 km×1 km、2 km×1 km、1 km×2 km、2 km×2 km；采用4種模擬樣地布設(shè)方式時，由各地類面積計算得到的熱林中心總面積一致，分場面積有差異，熱林中心林地面積和集體林地面積標(biāo)準(zhǔn)差最小的是1 km×1 km布設(shè)方式，標(biāo)準(zhǔn)差最大的是2 km×2 km布設(shè)方式，1 km×2 km和2 km×1 km布設(shè)方式的標(biāo)準(zhǔn)差居中，但2 km×1 km布設(shè)方式比1 km×2 km布設(shè)方式標(biāo)準(zhǔn)差略高。因此，考慮4種不同樣地布設(shè)方式的模擬結(jié)果及其調(diào)查成本與調(diào)查誤差等方面的情況，選擇樣地布設(shè)抽樣方案宜為：1)在考慮一類和二類資源調(diào)查體系耦合以及調(diào)查經(jīng)費充足的情況下，選擇1 km×1 km布設(shè)樣地；2)樣地復(fù)查或經(jīng)費不充足的情況下，選擇2 km×1 km 樣地布設(shè)方式或選擇1 km×2 km樣地布設(shè)方式。這一結(jié)論可以為我國森林經(jīng)營單位級森林資源調(diào)查或樣地復(fù)查提供樣地布設(shè)的技術(shù)支撐，也可為經(jīng)營單位級森林資源監(jiān)測體系的建立提供依據(jù)。

[1] 李金昌.應(yīng)用抽樣技術(shù) [M].北京:科學(xué)出版社,2010:168-173.

Li J C.Application of sampling techniques [M].Beijing：Science Press,2010:168-173.(in Chinese)

[2] 孟京輝，陸元昌，柳新紅，等.國家森林資源調(diào)查體系改進探討 [J].浙江林業(yè)科技,2009,29(6):76-79.

Meng J H,Lu Y C,Liu X H,et al.Study on improvement for national forest inventory [J].Jour of Zhejiang For Sci &Tech,2009,29(6):76-79.(in Chinese)

[3] 雷相東，洪玲霞，陸元昌，等.國家級森林資源清查地面樣地設(shè)計 [J].世界林業(yè)研究,2008,21(4):35-40.

Lei X D,Hong L X,Lu Y C,et al.A review on ground plot design for national forest inventory in the world [J].World Forestry Research,2008,21(4):35-40.(in Chinese)

[4] 聶祥永.瑞典國家森林資源清查的經(jīng)驗與借鑒 [J].林業(yè)資源管理,2004(1):65-70.

Nie X Y.Experience and reference of the Swedish national forest inventory [J].Forest Resources Managment,2004(1):65-70.(in Chinese)

[5] Gillis M D,Omule A Y,Brierley.Monitoring Canada’s forests:The National Forest Inventory [J].The Forestry Chronicle,2005,81(2):214-221.

[6] 肖興威.中國森林資源清查 [M].北京：中國林業(yè)出版社，2005:312.

Xiao X W.China’s forest resources inventory [M].Beijing:China Forestry Publishing House,2005:312.(in Chinese)

[7] 史京京，雷淵才，趙天忠.森林資源抽樣調(diào)查技術(shù)方法研究進展 [J].林業(yè)科學(xué)研究，2009，22(1):101-108.

Shi J J,Lei Y C,Zhao T Z.Progress in sampling technology and methodology in forest inventory [J].Forest Research,2009,22(1):101-108.(in Chinese)

[8] 羅仙仙，亢新剛，楊 華.我國森林資源綜合監(jiān)測抽樣理論研究綜述 [J].西北林學(xué)院學(xué)報,2008,23(6):187-193.

Luo X X,Kang X G,Yang H.A review on the sampling theory of forest resources comprehensive monitoring [J].Journal of Northwest Forestry University,2008,23(6):187-193.(in Chinese)

[9] 曾偉生,周佑明.森林資源一類和二類調(diào)查存在的主要問題與對策 [J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2003,22(2):8-11.

Zeng W S,Zhou Y M.Discussion on main problems and countermeasures to continuous forest inventory and forest management inventory [J].Central South Forest Inventory and Planning,2003,22(2):8-11.(in Chinese)

[10] 陸元昌，曾偉生，雷相東，等.森林與濕地資源綜合監(jiān)測指標(biāo)和技術(shù)體系 [M].北京:中國林業(yè)出版社，2011:85-98.

Lu Y C,Zeng W S,Lei X D,et al.Criteria and technology system for comprehensive monitoring of forest and wetland resource [M].Beijing:China Forestry Publishing House,2011:85-98.(in Chinese)

[11] 雷淵才,唐守正.適應(yīng)性群團抽樣技術(shù)方法和應(yīng)用研究進展 [J].林業(yè)科學(xué),2009,45(3):118-127.

Lei Y C,Tang S Z.A review of adaptive cluster sampling in multi-resource inventory [J].Scientia Silvae Sinicae,2009,45(3):118-127.(in Chinese)

[12] 雷淵才,唐守正.適應(yīng)性群團抽樣技術(shù)在森林資源清查中的應(yīng)用 [J].林業(yè)科學(xué),2007,43(11):132-137.

Lei Y C,Tang S Z.Application of adaptive cluster sampling in multi-resource inventory [J].Scientia Silvae Sinicae,2007,43(11):132-137.(in Chinese)

[13] 史京京,雷淵才,趙天忠.適應(yīng)性群團抽樣技術(shù)與傳統(tǒng)簡單隨機抽樣法的比較:以沿海紅樹植物木欖為例 [J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,39(2):104-116.

Shi J J,Lei Y C,Zhao T Z.Comparison between adaptive cluster sampling and simple random sampling:A case study of coastalBruguieragymnorrhiza[J].Journal of Northeast Forestry University,2011,39(2):104-116.(in Chinese)

[14] 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)局.廣西森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)方法 [R].南寧:廣西壯族自治區(qū)林業(yè)局,2008(10):19-21.

The Forestry Bureau in Guangxi Zhuang Autonomous Region.Forest resources planning and design technology and methods in Guangxi [R].Nanning:The Forestry Bureau in Guangxi Zhuang Autonomous Region,2008(10):19-21.(in Chinese)

[15] 國家林業(yè)局.國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定 [R].北京：國家林業(yè)局,2004:73-74.

The State Forestry Administration.National forest inventory (NFI) technical regulations [R].Beijing:The State Forestry,2004:73-74.(in Chinese)

Comparison of cluster systematic sampling at management unit level

PANG Li-feng,LEI Yuan-cai,LU Yuan-chang,HONG Ling-xia,LI Ting-ting

(InstituteofForestResourcesofInformation,ChinaAcademyofForestry,Beijing100091,China)

【Objective】 This paper compared cluster systematic sampling at forest management unit level to provide technical support for survey and monitoring layout of forest resources.【Method】 Based on practical survey data on cluster system sampling design,four circles plots (1 km×1 km,1 km×2 km,2 km×1 km,2 km×2 km) were simulated and compared from the perspective of survey cost,growing stock,area,variance and standard deviation.【Result】 The orders of the four different sampling plots distribution design types were 1 km×1 km>2 km×1 km>1 km×2 km>2 km×2 km by survey cost,1 km×1 km>2 km×1 km>1 km×2 km>2 km×2 km by total stock standard deviation,and 1 km×1 km>1 km×2 km>2 km×1 km>2 km×2 km by land type area standard deviation,respectively.【Conclusion】 “1 km×1 km” plots were best for setting sampling plots with enough fund from system coupling of National Forest Inventory and Forest Resources Survey while “1 km×2 km” or “2 km×1 km” were good for setting sampling plots with insufficient survey fund.

forest resources monitoring;cluster sampling;systematic sampling;sample plot setting

2014-01-01

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項(IFRIT201101)

龐麗峰(1977-)，女，內(nèi)蒙古烏盟人，助理研究員，在讀博士，主要從事信息技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用研究。 E-mail：plf619@caf.ac.cn

雷淵才(1957-)，男，湖南嘉禾人，研究員，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事森林生物量、生長模型模擬和抽樣技術(shù)研究。 E-mail：yclei@caf.ac.cn

時間:2015-05-11 15:03

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.06.014

S757.2+11

A

1671-9387(2015)06-0141-12

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150511.1503.014.html