基于GIS的林地郁闭度测定方法研究

刘 菊

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)



基于GIS的林地郁闭度测定方法研究

刘 菊

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

为了探究一种精度高、成本低的林地郁闭度测定方法，笔者提出了基于GIS的树冠投影法，从测定方法的精准度和测定时间2个方面对传统树冠投影法和基于GIS的树冠投影法进行了比较。结果表明：将GIS系统与树冠投影郁闭度测量方法相结合，既保证了郁闭度的测量精度，又提高了工作效率。关键词： 树冠投影法； 郁闭度； GIS

郁闭度是描述森林系统状态与环境指标的重要特征之一，指森林中乔木树冠遮蔽天空的程度，即单位面积上立木树冠投影面积之和与该林地面积之比。其常被作为控制择伐和间伐强度以及富裕采伐强度的指标，也是区分未成林造林地、有林地和疏林地的指标之一，在森林经营中具有极其重要的作用。近年来，郁闭度的测定方法随着应用研究的逐渐深入而得到了完善和发展。赵彤堂等在研究郁闭度的测定方法时，通过对3种测定方法进行比较，最终确定以郁闭度测定器法为最优方法，其结果的相对误差较小；样点抬头观测法和树冠投影法的结果误差与郁闭度测定器法相比有±3%的误差。李永宁等在郁闭度测定相关研究中综述了约14种不同的郁闭度测量与计算方法。吴宇昕在郁闭度的调查方法研究中总结出了树冠投影法、测线法、统计法、目测法和比较法等5种方法，其中树冠投影法、测线法和统计法合称为实测法，目测法和比较法合称为目测法。在诸多郁闭度调查方法中，树冠投影法计算郁闭度比较准确，步骤为：选择待测林木，将林木定位；然后测量其冠幅(即树冠边缘到树干的水平距离)，为保证测量的精确度，要求分别从几个不同的方位进行测量；在图纸上标绘树冠投影(按照一定的比例)；最后，计算出林冠投影的总面积(去除相邻树冠互相遮蔽部分的影响)，其与整块林地面积的比值，即为郁闭度。

随着RS，GIS，GPS技术迅速发展，3S技术在森林郁闭度测定中得到了广泛的应用。笔者在实际工作中，将实地调查的数据导入GIS系统，利用其空间分析功能，将每木位置进行定位，并计算每木投影面积，使传统的树冠投影法得到改进，进而实现了森林郁闭度的简洁快速测算。

1 数据与方法

1.1 数据来源

试验数据来源于2014年山西省森林生态监测网络调查结果。调查样方位于太原市森林公园西山林场，地理坐标为 35°51′10″ N， 112°17′3″ E. 样方面积1 hm2，划分为25个20 m×20 m的标准样地。随机抽取其中1个标准样地的林木调查数据作为分析材料。

1.2 研究方法

在野外标准地(20 m×20 m)内先将林木定位，用皮尺和罗盘仪测定东西方向、南北方向的冠幅值，并记录数据；将数据录入计算机，保存为 Excel文件；将Excel数据导入GIS 10.0软件；在空间分析模块下，计算出标准地林冠的投影面积。该投影面积与标准地的面积之比，即为该林地的准确郁闭度。

2 操作流程分析

在GIS平台下的树冠投影法测定林分郁闭度，操作步骤较为简单，主要是：

1) 将调查的每木位置及冠幅数据输入计算机，数据内容增加"冠幅半径"并计算出相应结果，保存为Excel表格文件。调查的每木位置及冠幅数据，见表1.

表1 标准地内每木调查数据

2) 根据坐标数据X，Y字段，将Excel表格导入GIS系统，保存为shp点文件，生成相对于原点(0，0)的每木位置图。标准地每木位置图，见图1.

图1 标准地每木位置

图2 标准地林冠的投影面积

3) 在ArcMap操作下，利用其缓冲功能，以每木位置为圆心，以冠幅为半径做缓冲(见图2)，并保存为shp面文件。然后打开shp面文件属性表，添加字段“投影面积”，并自动计算面积，统计面积之和为缓冲区面积，即林冠投影面积，用Sc表示。林冠投影面积统计结果，见表2.

表2 标准地内每木树冠投影面积自动计算 m2

4) 郁闭度计算

郁闭度的计算公式为：

Pc=Sc/Sr.

式中:Pc——标准地的郁闭度；Sc——林冠投影面积,m2；Sr——标准地总面积,m2.

本研究中标准地总面积为400.00 m2，林冠投影面积为132.40 m2.经计算，此标准地林分郁闭度为0.33.由每木调查结果可知，树冠投影面积为157.90 m2，则可进一步计算出标准地的树冠重叠度为1.19，即林分中树冠投影面积之和与林冠投影面积(去除重叠部分)的比值。

3 与传统树冠投影法的比较

基于GIS的树冠投影法与传统树冠投影法的野外工作内容相同，郁闭度的计算方法不同，通过对2种郁闭度测定方法的精度和测定时间进行比较，结果见表3.

表3 树冠投影法测定结果比较

由表3可以看出，基于GIS的树冠投影法其测定结果精准度较高，通过计算机软件自动计算树冠投影面积是提高精准度的关键。相反，传统树冠投影法在实施过程中，受人为因素影响较多，测定者的经验等对研究结果影响较大，很难满足精度上的要求。同时，基于GIS的树冠投影法使工作效率得到了明显提高，传统树冠投影法的测定时间是基于GIS的树冠投影法的10倍以上。可见，将GIS与树冠投影相结合测定林地的郁闭度，既保证了测量的精度，又提高了工作效率。

4 结论与讨论

4.1 结论

由于林木在自然生长时冠幅多呈现不规则的几何形状，且存在着不同程度的树冠重叠和空隙，导致冠幅难以测定。传统冠幅测量依靠人眼来判断，人为主观性造成的测量误差较大。通过对基于GIS的树冠投影法与传统树冠投影法进行比较，结果表明，基于GIS的树冠投影法，不仅明显提高了测定林地郁闭度的效率，也提高了郁闭度测量的精准度。同时，基于GIS的树冠投影法也可用于盖度的测定和植物叶面积的精确测定。

4.2 讨论

基于GIS的树冠投影法计算时没有去除林冠超出地界线部分的面积，因为相邻标准地内的林冠层同样也有可能会延伸到本标准地，笔者认为两部分的影响互相抵消。

郁闭度的测定方法没有绝对最准确的，基于GIS的树冠投影法也只是准确度相对较高。因此，为了减少观测误差，测量者应选择最佳观测点并保持视线垂直向上，尽量选择多处典型位置的冠幅进行测量。测量点越多测量结果越接近真实冠幅，也可多次测量以均值作为测定结果，测量误差明显降低。但在实际调查中，由于调查方法不同、林分类型不同，导致郁闭度的计算精度有所差异。所以，选择适合的方法是郁闭度精准调查的前提。对于林分密度和林木高度对郁闭度测量结果的影响以及如何降低这种影响，仍需进行更深入的研究和探讨。

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Measurement Method of Forest Land Canopy Density Based on GIS

Liu Ju

(ShanxiAcademyofforestrySciences，Taiyuan030012，China)

This study provided a new method to measure the canopy density, which was high accuracy and low cost. It presented the crown projection method based on GIS, and compared crown projection and crown projection based on GIS from accuracy and measuring time. The results showed that combining the method of measuring crown projection canopy density with GIS, both to ensure the measurement accuracy, and improve work efficiency.

Crown projection method; Canopy density; GIS

2015-03-21

山西省煤炭可持续发展基金(GHY-2013-J68)

刘 菊(1982— )，女，山东成武人，2009年毕业于山西大学，工程师。

S758.58

A

1007-726X(2015)02-0033-03