GIS支持下的浠水县林地适宜性评价及林种结构调整研究

马 浩，周志翔，吴昌广，魏合义，刘学全，唐万鹏

(1.华中农业大学园艺林学学院，湖北 武汉 430070;2.湖北省林业科学研究院，湖北 武汉 430079)

土地适宜性评价是根据土地的自然和社会经济属性，研究土地对预定用途的适宜与否、适宜程度及其限制状况，从而为区域土地利用结构和布局的调整、土地利用规划分区等提供科学依据。当前的研究主要是开展土地的农业适宜性评价［1－5］和土地的城市适宜性评价［6－7］，而林地的适宜性评价研究较少［8－9］，且通过林地适宜性评价进行林种结构调整的研究未见报道［10－11］。宜林地的数量及其质量状况对于改善区域生态环境、维护生态系统平衡起着决定性作用。由于构成因素不同，导致自然界中不同区域林地的立地条件、质量、生产力、用途等千差万别，不同的林地资源利用方式各异。为了使林地资源高效持续利用，必须对林地适宜性进行精确的评价。本研究应用GIS技术，在对湖北省浠水县林地进行适宜性评价的基础上，开展浠水县林种结构调整研究，以便为浠水县林地资源的高效利用及可持续发展提供依据。

1 研究区概况

浠水县地处大别山南麓，位于 E115°—115°38'、N30°12'—30°49'之间，南北长约 68.5km，东西宽约 61.3km，总面积1949.3km2。地形自东北向西南倾斜，东北山峦起伏，中部丘壑连绵，西南长江沿岸为冲积平原。该县属典型的亚热带大陆性季风气候，年平均降水量约1400mm，年平均气温16.9℃，无霜期230～258d，四季分明，光照充足，雨量充沛。

根据1999年湖北省森林资源二类调查成果，浠水县林业用地面积64492hm2，占全县土地面积的36.5%，其中有林地52652hm2，占林业用地的81.6%。有林地中:用材林面积32114hm2，占61.0%;防护林面积 4144hm2，占7.9%;经济林面积16180hm2，占30.7%;特用林面积174hm2，占0.3%;薪炭林面积40hm2，占0.1%。

2 研究方法

2.1 评价对象与评价标准

根据《全国1∶100万土地资源图编图制图规范》和全国《县级土地利用总体规划编制要点》中有关土地适宜性评价的要求，结合浠水县土地利用现状和土地类型特点，将有林地、大于25°的坡耕地、荒草地以及未利用土地作为林地适宜性评价对象，共计63054hm2。

根据不同林种的限制因子和对立地条件的要求以及林地生产力的差异，将浠水县林地适宜度划分为四个等级［9］:

Ⅰ等:最适宜林地。立地条件最好，对任何林分的生长发育无限制或极少限制。此种林地最适宜发展经济林或速生丰产林，以提高林地经济价值。

Ⅱ等:适宜林地。立地条件中等，对林业利用有一定限制，但土壤较深厚、坡度较小，可根据需要发展用材林和特用林。

Ⅲ等:勉强适宜林地。林地质量较差，对林业利用有较大限制。立地条件不能满足经济林和用材林的需要，或者种植后达不到预期的收益，可以发展生态防护林。

Ⅳ等:不适宜林地。由于对林业利用有很大限制，以致不能确保对其进行有效而持久的利用。应结合现实条件宜草则草、宜荒则荒。

2.2 评价单元确定

评价单元是进行适宜性评价的最小空间单位。由于栅格数据具有较强的空间叠加能力，且每个栅格只有一个数值，可以方便地进行点对点的数学运算，既节约时间又提高了评价精度，因此本研究以100m×100m的栅格作为基本评价单元，以使评价结果更加科学、合理。

2.3 评价因子选取与处理

地貌类型、气候条件和土壤条件等是林木生长及分布的主要影响因子。由于浠水县气候条件比较一致，因此根据研究区的实际情况，本着可比性、科学性、可操作性、可接受性原则［12］，选取了海拔、坡度、坡向、土层厚度、土壤类型5项指标作为适宜度评价因子［1，4］。

各评价因子数据是在ArcGIS9.2软件中实现的，统一到WGS－1984坐标系，采用的是WGS－84椭球(GPS全球定位系统椭球)和横轴墨卡托投影(Transverse－Mercator)。

海拔主要反映的是热量和水分状况，不同海拔具有不同的水热组合特征，对林木的生长和分布会产生很大影响。坡度对林木生长有直接的影响，因为地面坡度的大小决定着地表侵蚀作用的强度、水土流失的强度、土层厚度、灌溉的难易等。坡向对日照时数、太阳辐射强度、温度及湿度等都有明显影响，从而引起林木和环境的生态关系发生变化。本研究以浠水县1∶10万等高线矢量图为基础，通过ArcGIS9.2中的3DAnalyst模块生成不规则三角网表面模型TIN文件，并将其转化为100m×100m的栅格文件生成DEM(数字高程模型)，获得浠水县海拔分布图。再运用Surface Analysis(表面分析)模块中的Slope和Aspect功能提取出坡度和坡向信息，获得浠水县坡度和坡向分布图。

土层厚度是影响土地生产力的重要因素，同时还直接影响林木根系分布的空间范围和土壤水分、养分贮量及利用率。本研究根据浠水县土壤信息数据，在ArcGIS9.2中利用反距离加权法(Inverse Distance Weighting，IDW)进行插值，获得浠水县土层厚度空间分布栅格数据。反距离加权法以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本点被赋予的权重越大。其计算公式为

式中:z(x0)为x0处的预测值;z(xi)为xi处的测量值;n为预测过程中要使用的预测点周围样点的数量;di0为预测点x0与各已知样点xi之间的距离;p是距离的幂。本次插值p设为2(反距离加权法通常所用的指数值)，样点搜索范围设为临近的n=12个样点。

土壤类型是重要的土壤特征之一，也是影响林业发展的最重要的因素之一，不同的土壤类型，其养分和水分的含量也不同，对林木的生长和分布等都有直接影响。本研究将浠水县土壤类型图(1∶18万)进行扫描，在ArcGIS9.2中输出为img格式的影像图，运用ERDAS9.1对其进行地理坐标配准，再导入到ArcGIS9.2中编辑属性并生成矢量数据，最后转换为100m×100m的栅格数据。

2.4 评价因子分级与评价权重

根据评价标准及各评价因子对区域林地质量的影响，将各评价因子划分为4个等级，拟定出浠水县林地适宜性评价因子分级标准(表1)，并通过分析调查资料和借鉴专家经验分别赋值［3，7－8］。通过问卷调查，采用特尔斐法确定各评价因子的权重［2］。

表1 评价因子分级标准

2.5 林地适宜性评价模型

将各评价因子的权重与其相应的等级分值相乘，获得每个栅格单元中各评价因子的评价值，再通过加权叠加，得出各栅格单元的综合评价值S。其评价模型为［2，5］

式中:S为栅格单元的综合评价值;Ui为评价因子i的分值;Wi为评价因子i的权重;n为评价因子总数。

根据各栅格单元的综合评价值，利用ArcGIS中的nature break工具确定各适宜度等级临界点的分值，并结合浠水县的林地特性及其对林业生产的适宜程度，同时参考相关专家意见，按适宜度值 S≥85、85 ＞S≥77、77 ＞S≥60、S＜60划分林地适宜度等级，并生成浠水县林地适宜度等级布局图。

2.6 林种结构调整方法

根据浠水县森林资源现状以及森林分类经营对立地条件及林地适宜度等级的要求，并结合林地适宜性评价结果，对浠水县林种结构进行调整。对比分析林种结构调整前后的面积变化与比例，生成调整后的各林种布局图，使林种调整落实到具体地块，以便实施。

3 结果与分析

3.1 浠水县林地适宜性评价

根据浠水县林地适宜性评价的指标体系，将评价因子按等级赋值，并通过问卷调查采用特尔斐法确定各评价因子的权重，结果见表2。由表2可知，坡度因子的权重最大，其次为土层厚度，而土壤类型和海拔高度的权重较小。说明在浠水县林业用地范围内坡度和土层厚度的变化大，是影响林地立地条件的主导因子;而土壤类型和海拔的差异较小，对林地立地条件的影响也较小。

表2 林地适宜性评价因子等级赋值及权重

根据评价模型及适宜度等级划分标准，得出浠水县林地适宜性评价结果，见表3。由表3可知，浠水县宜林地资源(最适宜、适宜和勉强适宜)总面积为62553hm2，占参评土地总面积的99.2%。其中，最适宜和适宜林地分别占48.7%和33.0%，而不适宜林地仅占0.8%，且不适宜林地主要为山脊的灌木林地。大于25°的坡耕地总面积为4144hm2，除239hm2勉强适宜外，其他均为适宜和最适宜林地。荒草地和未利用土地共6258hm2，多为适宜和最适宜林地，说明浠水县还有相当数量的宜林地资源尚未开发利用，林业发展还有较大潜力。

表3 浠水县林地适宜性评价结果

利用ArcGIS空间分析功能，生成林地适宜度等级分布图。其结果显示，最适宜林地主要分布在蔡河镇、洗马镇、关口镇等区域。该区域大多为海拔较低的平缓坡，坡度一般≤15°，土层厚度≥60cm，土壤为黄棕壤或水稻土，立地条件好，土地生产力高，是浠水县最适宜造林的地区。

适宜林地主要分布在三角山林场、华桂山林场、天然寺林场、太子山林场和曹家塆、三溪塆、白莲河镇、北家塆、陶家大塆、东家塘、鱼塘角、东树坳等乡镇。该区域海拔一般低于500m，坡度变化较大，土层较厚，对林业利用限制因子较少。

勉强适宜林地主要分布在绿杨镇、曹家塆、三溪塆、洛家塆、六神港、方家塘、三店等乡镇。该区域多分布在海拔较高的半阴坡，土层较薄、土质较差，立地因子对林业的发展有一定的影响。

不适宜林地主要分布在曹家塆、三角山自然风景区的边缘等极少数地区。该区域海拔一般在800m以上，土层厚度不足40cm，坡度大，往往是光照不足的阴坡，这些因子的限制使得该区域不适合林木生长。应减少人为干扰，保护原有的生态环境。

3.2 浠水县林种结构调整

根据浠水县森林二类清查资料，浠水县用材林比例过高，而防护林和特用林等比例相对过低，林木资源大量消耗，严重地降低了森林的生态调节和防护效能，影响了区域生态安全。

本研究根据不同林种对立地条件及林地适宜度等级的要求，结合当地社会经济环境以及林业发展的需要，按照最适宜林地优先发展经济林或速生丰产林，适宜林地发展用材林和特用林，勉强适宜林地发展生态防护林，不适宜林地宜草则草、宜荒则荒的原则，将浠水县林种结构调整为经济林18879hm2、用材林 20317hm2、特用林 6552hm2、防护林17266hm2、薪炭林40hm2(表4)。其中:在现有经济林面积16180hm2的基础上，可在最适宜的坡耕地通过退耕还林营造经济林2520hm2，在最适宜的荒草地营造经济林179hm2，使经济林总面积增加2699 hm2。将现有用材林32114hm2调整为20317hm2，包括最适宜林地区的现有速生丰产林8097hm2，适宜林地区的现有用材林10712hm2，同时在适宜的坡耕地通过退耕还林营造用材林1385hm2以及将适宜的荒草地改造为用材林123hm2;而将现有用材林中的13305hm2调整为特用林和防护林。在现有特用林面积174hm2的基础上，需在三角山自然风景区、斗方寺等适宜林地区增加特用林(风景林)面积6378hm2。勉强适宜林地区主要是位于海拔较高的半阴坡、土层较薄的6927hm2有林地及土层薄、坡度大的239hm2坡耕地，应将其划为防护林区域实行分类经营;此外，在河流和水库附近(如巴河、浠水、白洋河水库等)5956hm2的宜林未利用滩地上，应营造生态防护林，以涵养水源和保持水土，从而使防护林总面积达到17266 hm2。薪炭林面积保持40hm2不变。

表4 浠水县各林种类型调整前后的面积变化

通过林种结构调整，浠水县林地总面积增加10402hm2。其中，经济林面积增加2699hm2，用材林面积减少11797hm2，特用林面积增加6378hm2，防护林面积增加13122hm2，薪炭林面积没变。这样，生态公益林和商品林的面积分别达到23858hm2和39196hm2，生态公益林所占比例由调整前的8.3%提高到37.8%。

4 结论与讨论

在浠水县63054hm2的参评土地中，最适宜林地占48.7%，主要分布在海拔较低的平缓坡、土层深厚的区域，是浠水县最适宜造林的地区;适宜林地占33.0%，主要分布在海拔低于500m、坡度变化较大、土层较厚的区域;勉强适宜林地占17.5%，主要分布在海拔较高的半阴坡、土层较薄的区域;不适宜林地仅占0.8%，主要是海拔800m以上、土层薄、坡度大的山脊地。其中，坡度和土层厚度是影响浠水县林地立地条件的主导因子。

大于25°的坡耕地总面积为4144hm2，除239hm2勉强适宜外，其他3905hm2均为适宜和最适宜林地，退耕还林任务还十分艰巨。未利用土地主要是滩地，面积达5956hm2，除164 hm2勉强适宜外，其他5792hm2均为最适宜和适宜林地。总面积302hm2的荒草地也均为最适宜和适宜林地，应充分利用发展经济林或杨树工业用材林。

根据不同林种对立地条件及林地适宜度等级的要求，浠水县林业用地可增加经济林面积2699hm2，减少用材林面积11797hm2，增加特用林面积6378hm2，增加防护林面积13122 hm2。通过林种结构调整，可使生态公益林所占比例由目前的8.3%提高到37.8%，从而为浠水县建立比较完备的林业生态体系和比较发达的林业产业体系奠定基础。

基于林地适宜性评价的林种结构调整，一方面有利于充分合理地利用林地资源，改善林种结构，提高林地生产力，并为森林的分类经营规划提供理论基础［10－11］;另一方面，可以获得调整的各林种布局图，使得林种结构调整落实到具体地块，既有科学依据，又具有一定的可操作性。

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