基于GIS的将乐林场森林经营类型的划分

侯绍梅，刘东兰，郑小贤

（北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京100083）

基于GIS的将乐林场森林经营类型的划分

侯绍梅，刘东兰，郑小贤

（北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京100083）

以福建三明将乐林场为研究对象，研究基于空间数据的森林经营类型的划分方法和技术。首先分析研究地区对将乐县森林的功能需求，根据分类经营的要求提出9种森林经营类型；其次在定性与定量化结合的基础上提出基于ArcGIS平台的划分指标及阈值；最终确定各小班主导功能，组织森林经营类型。GIS技术善于处理复杂的空间信息因子并能得出可视化的结果，使森林经营类型划分变得更科学、高效和直观。

森林经营类型；GIS；主导功能；林场森林经营; 福建三明

将乐林场森林一直存在林分质量偏低、营林技术含量不高的情况，近20年的营林措施未充分考虑到县内地形地貌特点，虽大幅扩大了造林面积，却加重了林地的水土肥流失和物种多样性的降低[1-2]。随着研究的不断深入，健康经营逐渐成为林场经营的趋势，已有部分研究者开始关注生态林的保护[3-4]，探讨了部分森林的主导功能[5]，有关系统地划分森林经营类型的研究还没有开展。合理的经营类型划分是森林健康经营的必要前提，不同区域由于功能需求及地形地貌不同而森林经营类型呈现多变化，本文以将乐国有林场森林为研究对象进行森林经营类型的划分，旨在为后续森林健康经营对策的制定提供依据和技术支撑。

在森林经营类型的研究中有关划分方法及技术的研究不多，多数是基于小班调查因子进行的[6-13]，指标量化程度不高且野外工作量大。随着GIS技术的成熟及应用范围的扩大，已出现利用GIS技术进行与森林经营类型划分相关的初步研究[14-17]，在指标的获取及处理上GIS的应用还有待深入。GIS的典型特征就是将属性数据和图形数据结为一体，具有强大的空间数据处理和分析功能，将逐渐成为森林经营类型划分的基本技术。本文以将乐县功能需求分析及《森林资源规划设计调查主要技术规定》[18]为依据，利用GIS技术对将乐国有林场森林经营类型进行划分，深化GIS的应用。

1 研究区概况

将乐县下属于三明市，位于福建省西北部，地 理 坐 标 117°05′4″～ 117°40′2″E， 26°26′～27°04′06″N，地处武夷山脉东南面、闽江支流金溪中下游。将乐县山多地少，水系发达，是个“九山半水半分田”的山区县，属亚热带季风气候，雨量充沛，气候温和，年均气温18.7℃，年均降水量1 676.3 mm，无霜期298 d。全县经济以电力、电子、林产、矿产机械为支柱产业，穿城境内93 km的金溪河水电资源十分丰富，理论水能蕴藏量33.31万kw，可开发的为21.85万kw，已建成范厝、孔头两级电站，三个中型水电站在建。将乐县是我国南方重点林业县之一，森林覆盖率84.5%，有林地面积19.6万hm2，森林蓄积1437.74万m3，其中毛竹林2.9万hm2，立竹量6450多万根，被国务院特产办授予“中国毛竹之乡”。

将乐国有林场场部设在水南镇，现有经营面积7 186.67 hm2，经营区跨9个乡镇的24个行政村，分布如图1所示。海拔平均在400 m～800 m左右，最高1 203 m，最低140 m。林地主要分布在省道延泰公路两侧和金溪河两岸，林区内有公路和便道分布，水陆交通发达。全场森林覆盖率达93.76%，总蓄积量为114.3万m3，用材林面积5 800 hm2，年木材生产量达1.5万m3，年收入达1 000多万元。林场下辖4个森林资源保护站，经营宗旨为“以林为本、生态优先、科学经营、可持续发展”，是福建省林科院 “林木种苗繁育推广示范和科研中试基地”。

图1 将乐国有林场分布Fig.1 Distribution of Jiangle State-owned Forest Farms

2 森林功能需求分析

2.1 护岸林与水源涵养林

将乐县境内有50余条河流，金溪是主干流，境内水域面积约2 246 km2。据县水文站统计，全县径流总量22.85亿m3，年径流深1 017.4 mm，多年平均年径流系数为0.59。金溪流域形成的网状水系纵横交错,有利于农田灌溉，但对引洪排涝不利[2]。据统计金溪河发生洪水的可能性每年都有，一般较大洪水3～5年一次，大洪水10年左右一次。因而需要两岸的林木护岸，防止河岸冲刷崩塌、固定河床，并在防汛抗洪期间作为抢险物料。再者，金溪水电资源丰富，为作为县支柱产业之一的电力行业提供了源源不断的动力，对县内经济发展有至关重要的作用，因此需要周围的森林涵养水源，保护以金溪为主的河流，同时减小水、旱灾害的发生率。

2.2 水土保持林

将乐县境内山地面积大且沟壑纵横，林地的坡度相对较高，又长期栽植杉木等纯林，致使土壤中硅、钙、镁、钾、钠盐基淋失严重，水土流失程度加剧；加上县内雨量充沛，土壤抗侵蚀力弱，金溪河发生洪涝的频率较高，容易发生滑坡、崩塌、泥石流等灾害，需要部分森林、林木或灌木发挥水土保持的功效，蓄水保土，尽可能减轻自然灾害、减小水土流失的程度。

2.3 护路林

将乐县内交通便利，福银、向莆高速铁路经过县城，省道204、304贯穿全县，县道直通各乡镇[19]，林区内也有公路和便道分布。公路的运输作用（包括林产品）很重要，因此需要周围的森林、林木或灌木林来保护公路等免受风、沙、水、雪的侵害，同时减小运输工具造成的空气污染。

2.4 商品林

将乐县森林覆盖率为84.5%，林业自然而然成为县内的一个支柱产业，主要以天然次生林及人工松、杉、毛竹林为主，仅将乐国有林场年收入就可达1000多万元，可见林业在将乐经济中地位的重要。

2.5 特种用途林

依据将乐国有林场二调数据，有少数小班是进行科学实验的实验林和培育优良种子的母树林。当某地块同时满足一个以上林种划分条件时，应根据先生态公益林、后商品林的原则区划，商品林按适地适树原则确定，公益林按以下优先顺序

确定：国防林、自然保护区林、名胜古迹和革命纪念林、风景林、环境保护林、母树林、实验林、护岸林、护路林、防火林、水土保持林、水源涵养林、防风固沙林、农田牧场防护林[18]。按照规定，实验林和母树林优先于护路、水土保持等森林类型，因此本研究沿用二调数据中的实验林和母树林。

3 材料与方法

3.1 数据来源与预处理

数据来源有图形数据和属性数据两部分：图形数据主要有将乐县2007年小班矢量图，将乐国有林场1∶1万地形图，将乐县1∶5万地形图和30 m分辨率DEM数字高程数据[20]；属性数据主要有将乐国有林场2007年小班二调数据，将乐县自然地理、人文经济等统计数据[21]，将乐国有林场有关森林的统计数据，相关技术规定、政策、报告等资料。

获取图形数据时往往存在部分数据无坐标投影或各图形因投影不统一而无法吻合的情况，而投影的准确定义与统一关系到后续缓冲区处理及距离等丈量是否能够进行。我国的地形图是基于北京54坐标系的高斯克吕格投影：其中1∶5万的为6°分带，1∶1万的为3°分带。扫描后的地形图，无坐标参考，需根据其经度范围计算出所属投影并进行投影定义、根据其公里网格进行坐标配准；各图形投影不统一时需对其进行投影转换。本研究具体预处理流程如图2所示：

图2 图形数据预处理流程Fig.2 Flow of pre-treating graph data

3.2 建立空间数据库

森林经营类型划分数据库除了数据来源之外，主要有河流、道路、坡度、山脊线、缓冲区及分析结果图形数据和相应的属性数据。

首先需要为各指标提取所需的数据。在ArcGIS 10平台上，新建地理数据库，在数据库中分别建立道路与河流2个数据集，赋投影后，以1∶1万地形图为主、1∶5万地形图为辅对道路河流矢量化。加载将乐县DEM数据，利用ArcToolbox里的slope工具生成坡度图。基于“正地形上平面曲率（以坡向变率表征）的大值即为山脊”的原理，先用 DEM数据提取坡向变率及地面的正负地形信息，再用栅格计算器Raster Calculator等计算[22]，过程中需多次调整坡向变率范围，以便提取出的山脊线效果最好。

其次是根据各指标的阈值进行空间分析。由于林种优先级的限定，针对（表1中）a～i各指标进行数据处理时须按顺序依次进行，其中的a、b、g、h、i指标利用ArcGIS对属性数据的筛选分析功能即可完成。获取e1坡度指标时，需对坡度图用区域统计分析功能将坡度值生成表格，依据小班编号连接到小班属性字段中，并进行坡度分级（如图3）。 而处理其它指标时需要对矢量图层进行缓冲区分析得到相应的缓冲带（如图4～6），综合运用合并分析、相交分析、属性表连接等功能得到具有目标功能的小班图层，并对小班中目标功能的面积进行统计分析。

图3 坡度分级Fig.3 Slope classif i cation

图5 山脊线缓冲区Fig.5 Main ridge line buffer zone

4 结果与分析

4.1 小班主导功能确定

图4 河流缓冲区Fig.4 River buffer zones

图6 道路缓冲区Fig.6 Road buffer zone

本研究以科学性、可行性、因地制宜性为原则，从地理信息系统学和森林经理学科交叉的角度，综合考虑各种森林类型的特点、将乐县森林功能需求以及将乐国有林场森林资源具体情况，以《森林资源规划设计调查主要技术规定》为参考，确定森林经营类型划分的指标并进行具体的量化，量化后指标及阈值如表1，其中的功能需求按林种优先级排列：

表1 将乐林场森林经营类型划分指标及阈值Table 1 Divided indicators and thresholds of forest management type in Jiangle Forest Farm

为处理方便，令表1中森林经营类型A～I得分依次为9～1。在进行各功能得分的筛选分析时，由于护路林具有特殊性，主要在有雨雪风霜或洪水等自然灾害时主要发挥护路功能，所需护路面积少且不影响小班发挥例如水源涵养或用材等功能，考虑到小班的整体不分割特性，仅去除噪声小班，令有效小班（护路面积率≥0.1）护路林得分为6；而对护岸、水土保持和水源涵养功能得分的筛选都以其主导功能为主，即令有效面积率≥0.5的小班获取得分。最后生成有得分的小班必有重叠的，新建“功能得分”字段，获取各功能得分的最大值。

本文所研究的是“地类≠非林地”的1264个各种林地类型的小班，通过数据处理分析，小班森林经营类型得分情况如表2所示，并获取小班的主导功能得分：

表2 小班森林经营类型得分Table 2 Scores of small classes’ forest management types

4.2 组织森林经营类型

将属性字段“功能得分”的值一一对应生成10种（包括其它林地）森林经营类型，根据“森林将经营类型”进行分类并选择相应的颜色，就得到了将乐国有林场的森林经营类型区划图（图7）。

图7 将乐国有林场森林经营类型区划Fig.7 Division of forest management type in Jiangle Forest Farm

针对各森林经营类型进行小班个数和面积的统计分析，可以得知，将乐国有林场林地主要以用材林、水土保持林、水源涵养林和护岸林为主。其中用材林面积最大，有37021661.74 m2，占林地总面积的51.69%；其次是面积为13233457.87㎡的水土保持林，占林场总面积的18.48%。总的从生态公益林来看，包含A～F6种森林经营类型，总面积为32 078 251.91 m2，占林地总面积的44.78%；商品林包含G～I3种森林经营类型 ，总面积为37 996 649.75 m2，占林地总面的53.05%。具体小班个数和面积统计结果如表3。

5 结 论

（1）总体来看划分结果，生态公益林的比重较大，这主要与将乐县地形破碎、林地总体坡度较高且将乐林场主要分布于河流及道路两侧有关。

表3 各森林经营类型汇总Table 3 Summary of forest management types

一味的大规模发展商品林会使将乐县水土流失现象和洪涝危害更加严重、土壤肥力持续降低，因此，在将乐林场的经营上应充分考虑到：对森林经营类型不同的林地采取不同的经营方式，实行健康经营，以实现林地的可持续发展。

（2）GIS技术非常擅于处理数据量庞大、过程复杂的各种空间信息因子，利用GIS技术量化各种指标[24]，使森林经营类型的划分变得更加便捷、准确，且能方便地进行图文结合的面积等计算及图形输出，可使外业调查工作量大大减少，提高工作效率。

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Division of forest management types based on GIS in Jiangle Forest Farm

HOU Shao-mei, LIU Dong-lan, ZHENG Xiao-xian
(Key Lab. of State Forestry Administration for Forest Resources and Environmental Management,Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

Using Jiangle Forest Farm of Sanming City in Fujian Province as the research object，the methods and techniques based on spatial data in dividing forest management types were studied. Firstly, the functional requirements of the study area to the forests in Jiangle County were analyzed，and according to the classif i cation management requirements 9 forest management types were proposed.Then on the basis of the combination of qualitative and quantitative, the indicators and threshold of division based on the ArcGIS platform were proposed. Finally the dominant functions of each small class, organize forest management types were determined. The results show that GIS is good at dealing with complex spatial information factors and can draw to visualize the results, thus the division of forest management types becomes more scientif i c, eff i cient and intuitive.

forest management types; GIS; dominant function; forest farm management; Sanming city of Fujian province

S757.9

A

1673-923X(2014)02-0066-06

2013-05-06

“十二五”国家科技支撑计划“南方集体林区生态公益林可持续经营技术研究与示范”（2012BAD22B05）

侯绍梅（1989-），女，硕士研究生，主要从事3S技术及在资源环境中的应用；E-mail：hshm0127@126.com

郑小贤（1956-），男，教授，博导，主要从事森林可续续经营研究；E-mail：zheng8355@bjfu.edu.cn

[本文编校：吴 彬]