金沟岭林场森林多功能评价指标体系构建

刘波云，赵 静，刘东兰，郑小贤

(1.北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2.辽宁省林业职业技术学院，辽宁 沈阳 110101 )

金沟岭林场森林多功能评价指标体系构建

刘波云1，赵 静2，刘东兰1，郑小贤1

(1.北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2.辽宁省林业职业技术学院，辽宁 沈阳 110101 )

以吉林省汪清林业局金沟岭实验林场为研究对象，在ArcGIS平台下，根据社会需求和研究区森林调查数据，采用层次分析法构建基于GIS的森林多功能评价指标体系。利用GIS的空间分析功能评价母树保护、木材生产、水土保持和护路4个主要森林功能并制作森林功能区划图。结果表明：评价结果符合林场经营目标，也符合用材林、母树林成面，护路林成线和水土保持林点状分布的特点。

森林多功能评价；评价指标；GIS；金沟岭林场

研究森林在经营单位层次上功能和结构的关系，可以提高森林经营的水平，满足人类的生产生活需要，推进森林的可持续经营[1]。现阶段对森林多功能的评价是以定性评价的方法为主，但该方法工作周期较长而且会产生定性判读误差。因此为了更加快速准确的进行森林多功能的评价，应采用定量评价的方法[2-5]。尤其使用GIS手段构建的含空间信息的森林多功能评价指标体系，已成为森林多功能评价中不可或缺的重要技术手段。

1 研究区域概况及研究方法

1.1 研究区域概况

研究区位于吉林省汪清林业局金沟岭林场，地理位置为 130°05′～ 130°20′E， 43°17′～43°25′N。属长白山系，海拔为550～1 100 m。多年平均降水量600～700 mm；1月份最低气温在－32 ℃左右，7月气温最高在32 ℃左右，全年平均气温为3.9 ℃左右。研究区地貌属低山丘陵，坡度一般处于5°～25°，少数陡坡在35°以上。森林植被的垂直分布特征明显，红松阔叶林主要分布在海拔400～600 m，以红松为主的针阔混交林分布在600～800 m，以云、冷杉为主的针叶林分布在800～1 000 m。林场经营面积16 286 hm2。

1.2 研究方法

1.2.1 技术路线

（1）分析研究区的森林需求和森林资源特点；

（2）确定林场森林的主要功能；

（3）构建基于ArcGIS的森林多功能的评价指标体系；

（4）确定评价指标的分级和权重；

（5）小班各项功能评价得分，确定小班的主导功能；

（6）制作林场森林功能区划图。

1.2.2 数据及其处理

本研究收集了2007年森林资源二类调查数据、1∶1万林相图、1∶5万地形图等。

在ArcGIS平台上。首先对金沟岭林场林相图中的道路、小班和林班边界进行数字化，从而得到道路、小班和林班3个矢量图层。其次在小班图层属性表中，添加坡度、生长量、林班和小班编号以及距道路和山脊线距离等属性字段，然后对新添加的属性字段进行设置并输入属性数据值，从而完成小班属性数据库的创建。最后扫描地形图将等高线数字化，获取等高线矢量图，并以此建立数字高程模型（DEM），在此基础上分别提取山脊线、山谷线以及矢量河流网[6-8]。

2 多功能评价指标体系的构建

2.1 需求分析

根据数据显示，在本研究区内坡度大于25°及土层比较瘠薄的有林地、未成林地小班和其它灌木林地小班容易造成水土流失。可见，森林在水土保持方面需要发挥着重要作用。随着东北地区经济、社会发展、人口增长及居民生活水平的提高，东北地区对林产品的需求呈不断增长趋势，木材供需存在较大缺口。因此该研究区森林以木材生产功能为主。林场交通便利，林区公路和乡（镇）村公路已连成网络，给林区经营生产和经济建设提供了良好的条件。但林场现有道路的修建打破了原有的森林景观结构，使森林景观斑块破碎化，隔断了各斑块的物种和能量的交流，而护路林的建设可以在最大程度上减少道路修建对森林景观的影响，有利于道路两侧物种的交流和迁徙，因此应加强对护路林的建设。最终，林场的云杉和长白落叶松母树林可以为社会提供优良种源。

由此可见，金沟岭林场森林主要功能是水土保持、木材生产、护路功能和母树保护。

2.2 评价指标体系构成与指标分级

根据科学性、相对独立性和可操作性的原则。在研究区森林需求、功能结构研究基础上[9-17]，为研究区森林的主要功能选取基于ArcGIS的评价指标，并对评价指标进行分级（见表1）。

表1 金沟岭林场多功能评价指标体系Table 1 Multi-function evaluation factors of Jingouling Forest Farm

2.3 指标权重

根据技术规程[18]：当某地块同时满足不同需求时，应该以先公益林后商品林的原则进行划分。因此在本研究区内林种的重要性从高到低依次为：母树林、护路林、水土保持林、一般用材林。通过层次分析法，计算研究区的森林多功能的评价指标的权重（见表2）。

表2 林场森林多功能评价指标权重†Table 2 Weight of multi-function evaluation indexes for Jingouling Forest Farm

2.4 指标标准化

首先通过下式确定各小班的各项功能得分；

式（1）中：i代表小班编号，j代表森林功能评价指标编号，r代表森林主要功能编号，表示小班的功能得分，表示小班功能评价指标得分，Wj为评价指标的权重。

然后利用公式对各小班的评价得分进行标准化：

式（2）中：表示标准化后的各小班功能得分，表示各小班各项功能得分的平均值，为各小班功能评价值的标准差。

3 结果与分析

在ArcGIS平台下，将标准化后得到的小班主要功能评价得分，分别添加到属性列“母树保护分值”、“护路功能分值”、“木材生产分值”和“水土保持分值”中。通过比较确定小班的主导功能。然后以各小班的主导功能为划分依据，制作林场的多功能分布图(见图1)。对林场的1 403个小班进行评价得到评价结果(见表3)。

图1 新的林场森林多功能分布Fig. 1 Multi-function distribution of new regionalized forest farm

表3 小班功能评价得分Table 3 Scores of small forest plot function

与林场原森林功能分布相比(见图2)，原有的87个用材林小班被分别调整为护路林、母树林和水土保持林。原主导功能为水土保持功能的小班中有6个坡度小于25°，4个距山脊线距离大于300 m，将其调整为用材林。原主导功能为护路功能的52个护路林小班由于距道路距离大于50 m且呈不规则线状分布，所以将其调整为用材林和母树林；同时将分布于道路两侧50 m范围内的，符合条件的小班调整为护路林。

重新划分后各功能区面积统计结果为：一般用材林面积为11 325.3 hm2，占总面积的70.03%；母树林面积为1 920.8 hm2，占总面积的11.86%；护路林面积为1 350.4 hm2，占总面积的7.35%；水土保持林面积为780.6 hm2，占总面积的4.9%；其他用地面积为908.9 hm2，占研究区总面积的5.86%。与原森林区划相比，用材林面积减少了1 691.4 hm2；母树林面积增加了151.8 hm2；护路林面积增加了349 hm2；水土保持林面积增加了298.9 hm2。

4 结论与讨论

图2 原有林场森林功能分布Fig. 2 Function regionalization of original forest farm

（1）从评价结果可以看出，运用GIS手段进行森林多功能的评价是切实可行的，同时该方法也为森林多功能的评价研究提供了新的方法和思路。

（2）森林多功能的评价指标因子，并没有统一的选取标准，在本研究中由于作者专业知识水平的限制，选取的森林多功能评价指标可能不够全面，今后仍需进一步完善。

（3）森林功能的定量化评价目前还处于发展阶段，首先，本研究结合研究区的实际情况，只对金沟岭林场的功能进行了评价研究，今后还需加强对森林其他功能的评价研究；其次在本研究中仅使用了地理信息系统的空间分析功能，今后能否将地理信息系统和全球定位系统，遥感技术结合起来综合评价研究森林的多功能是值得去探索的。

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Construction of multi-functional evaluation system for Jingouling Forest Farm

LIU Bo-yun1, ZHAO Jing2, LIU Dong-lan1, ZHENG Xiao-xian1(1. Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083,China ;2.Liaoning Forestry Vocation-Technical College, Shenyang 110101, Liaoning, China)

According to the social requirements and forest resources survey data, by taking the Jingouling Forest Farm of Wangqing Forestry Bureau in Jilin Province as an example, the forest multi-function evaluation system was established with ArcGIS platform and using Analytic Hierarchy Process.The impact extent of different evaluation factors on sub-lots with the application of ArcGIS spatial was analyzed. The multi-functions of the Nature Reserve, etc. seed tree protection, wood production, road maintenance, soil and water conservation were evaluated and the forest farm’s forest function regionalization map was drawn. The results show that the evaluation results are consistent with the forest management goals, while also meet the distribution features that Nature Reserve forest, timber forest and seed tree production forest are in planar shape, soil and water conservation forest is in point shape and road protective forest is in linear shape.

forest multi-function evaluation; evaluation indicator; GIS; Jingouling Forest Farm

S718.5

A

1673-923X(2012)12-0158-04

2012-10-03

林业公益性行业科研专项《我国典型森林类型健康经营关键技术研究》（20100400203）

刘波云（1989-），男，内蒙古人，硕士，主要研究方向为3S技术集成及系统开发；E-mail：liuboyun0216@126.com

郑小贤（1956-），男，上海人，教授，博士生导师,主要研究方向为森林可持续经营理论与技术；

E-mail：zheng8355@bjfu.edu.cn

[本文编校：文凤鸣]