基于3S技术的吉林省靖宇县林下人参自然生境分析

杜会石，相恒星，杨越

（1.吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林四平136000 2.河北民族师范学院物理系，河北承德067000）

基于3S技术的吉林省靖宇县林下人参自然生境分析

杜会石1*，相恒星1，杨越2

（1.吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林四平136000 2.河北民族师范学院物理系，河北承德067000）

为研究林下人参的自然生境，本文基于3S技术，利用ERDAS、ArcGIS等软件对Landsat8遥感影像进行解译分析处理，并提取坡度、坡向、海拔等地形因子参数，进行林下人参适宜生长环境因子分析。结果表明，林下人参适宜生长的坡度范围是6～24°，坡向为N坡、NE坡，海拔高度为506～767m。3S技术的应用，为林下人参自然生境分析提供了定量的研究方法，林下人参的自然生境研究对吉林省人参主产地区靖宇县的经济发展具有重要指导意义。

3S技术；林下人参；自然生境；靖宇县

林下人参是指在林下人工播种山参种子，经人工模拟山参环境，不使用人工管理，并经多年自然生长的人参[1]。人参是百草之王，属东北名贵药材之一，很多年以前人们就用它来治疗和预防疾病[2]。人参含多种养分，可促进血液循环、扩张毛细血管、使皮肤润白、加强头发韧性[3]。《神农本草经》也曾记载了人参的功效，人参较高的药用价值带来了较大的经济收益。林下人参种植业的发展不但能满足市场的需求，而且对保护森林资源和生态环境也起到重要作用[4]。因而，探究林下人参的自然生境具有重要科学价值。

靖宇县地处长白山西麓，临近松花江上游左岸，作为人参种植的特殊地区，应提高人参种植的科学性，发挥人参的经济价值，促进当地经济发展[5]。该区适宜的气候和土壤条件，使这里享有丰富的森林资源，森林覆盖率高达76.8%。但由于野生人参生长缓慢且所需生长条件苛刻，使得东北野生人参面临消失的危险情况[6]。因此，依托靖宇县优良的资源环境，大力发展林下人参，合理培植，不仅能够有效的利用资源，而且为该县人民开辟了一条致富的新途径，加快实现全面建设小康社会的步伐。目前，关于林下人参生长环境的研究，主要是以适应园参栽培的理论需求为宗旨[7]，而研究林下人参的自然生境可为科学的选择林地，促进人参种植产业的发展提供科学依据。

3S技术是地理信息系统(Geographic Information System简称GIS)、遥感(Remote Sensing System简称RS)、全球定位系统(Global Positioning System，通常简称GPS）的统称[8]。以往林下人参的栽培需要大量的人力去监测、观察，而且多得到实验结果误差也较大，若有效的利用3S技术不但节省人力物力，所得结果也更加精确。在3S技术的支持下使研究林下人参自然生境更加系统化，定量化，科学化。GIS是20世纪60年代开始逐渐发展起来的一门综合性的空间数据处理技术[9]，可以利用GIS平台获取林下人参地的高程，坡度、坡向等地形因子，RS是地学分析的重要数据源，而GPS测量技术具有全天候、高精度、自动化、高效益等特点[10]。GPS可以确定林下人参地的精确位置，为RS和GIS提供准确的定位数据，而GIS强大的空间分析功能更为GPS和RS提供了有效的技术支撑。3S技术对研究林下人参自然生境起到了非常重要的作用，可为定量分析提供科学的理论依据，进而能模拟出较好的野山参生长环境，指导生产实践。而加强对该区人参产业发展方面的研究具有十分重要的理论意义与实用价值。

1　数据源与处理方法

1.1数据来源

本研究使用的数据包括，2010年靖宇县人参地GPS实测数据、靖宇县ASTER GDEM（V.1）数据、2013年靖宇县Landsat8遥感影像、靖宇县行政区划图等。

1.2数据处理

1.2.1人参地的分析

DEM数据的处理包括数据输入和拼接。采用计算AOI(Automatic Optic Inspection)的拼接方式和羽化的边界处理方法，拼接后的图像覆盖靖宇全县。信息提取利用ERDAS软件将两幅地形图像进行拼接，后在ArcGIS中加入人参地遥感图像，并对人参地遥感图像进行数字化，最后在ArcGIS中，按1: 5000米的比例尺，输出成图。

1.2.2坡度、坡向分析

基于ArcGIS平台，运行Spatial analyze，设置分析参数，生成坡度图、坡向图。表1为人参地坡度分级及代码，小于3.11°可视为平地。

表1　坡度分级表

1.2.3高程分析

利用ArcGIS软件，对人参地高程进行掩膜处理。在ArcToolbox中运行Spatial Analyst Tools，执行Extract by Mask生成研究区高程图。

2　结果与分析

2.1靖宇县林下人参用地概况

对靖宇县人参地数据进行几何校正，并对校正后的人参地数据进行数字化，再基于ArcGIS软件对人参地的分布进行提取说明（图1）。

图1　靖宇县林下人参分布图

蓝色区域为靖宇县人参地典型分布区，其分布范围多分散在研究区周边，西北方向比较集中。人参是草本植物，多生长在阴暗、湿润的条件下。因而人参地多分布在避免阳光直射的地方。人参地土壤含腐殖质多对人参自身生长有很大的益处，人参地多选肥沃疏松的土壤区域，并且多处于动物活动范围较少的地方，同时要对影响人参生长的杂草、植物适当清除，当然也要保证植物对人参的遮光效果。

2.2靖宇县林下人参坡度分析

坡度作为对土壤影响最大的地形因子，是人参栽培过程中首要考虑的因素。坡度对水土保持规划设计具有决定性的作用[11]，正确的分析坡度能达到规划土地利用，合理配置措施的目的。因而研究林下人参的自然生境，更准确的控制水土因素，解决坡度问题是至关重要的。古老的坡度计算方法，效率低，精度低，费时费力费成本。本文对研究区进行坡度分析，采用ArcGIS软件的空间分析功能，不但能减少人为的主观因素，而且具有较高的精度和效率。对靖宇县林下人参地提取坡度，生成研究区的坡度图（图2）。

图2　林下人参坡度分布图

将坡度划分为四个等级，0～3.11°为Ⅰ类，其区域呈淡粉色；3.11～6.34°为Ⅱ类，呈浅褐色；6.34～10.80°为Ⅲ类，呈褐色；10.80～23.88°为Ⅳ类，呈深褐色。靖宇县林下人参多集中在6～24°褐色区域的范围内，表明此坡度范围比较适宜人参的生长。处于这样的坡度，昼夜温差小，易于形成排水沟，疏通水道，可以避免积水。人参也可以生长在少量孤石，沟棱的地方，对其自身生长不会造成太大影响。而陡峭的山顶和平坦的地带就过于极端，不利用人参的生长。

2.3靖宇县林下人参坡向分析

坡向定义为在一个水平面上的投影面法线方向（也可以通俗的理解为从高和低的方向），其对山地生态产生较大的影响。山地的位置决定了太阳光照时数和太阳辐射强度。南坡拥有最大的辐射收入量，东南坡和西南坡时间相对次之，再少之为东坡与西坡，或者是东北坡和西北坡，最少为北坡。对靖宇县林下人参地提取坡向，在DEM数据层面上，可以计算坡向层面（图3）。

图3　林下人参坡向分布图

红色为平原，深蓝色为正北方向，橘黄色为东北方向，浅黄色为正东方向，湖水蓝为正南方向，蓝色区域为正西方向。人参多分布在北坡、东坡、东北坡、西南坡方向。人参之所以生长在阴坡为多，是因为这样人参发芽快，出苗齐，保苗率会增大。生长在阳坡，会出现保苗率低，生长过于缓慢的现象，对人参本身易产生冻害等结果。

2.4靖宇县林下人参高程分析

高程是某点沿铅垂线方向到绝对基面的垂直距离，叫做绝对高程，简称为高程。靖宇县的山势海拔较高，林下人参地的高程自然而然也随之变高，况且林下人参地只有处于恰当的高度，才会形成适宜的生长环境。对靖宇县人参地海拔高程进行提取，结果见图4。

林下人参的高程一般分布在506～767m间，图例中颜色由绿到红，表示海拔逐渐增大。林下人参生长在此区间范围内，达到了生态气候的环境指标，处于山中腹地适合人参既怕高温又怕积水的特性，加上降水量适中，气候条件适宜，荫蔽度合理，湿度得当，使林下人参更自然健康的生长。

3　结论与讨论

本文利用3S技术，对靖宇县林下人参的适宜生长环境条件进行了定量分析，所得结论如下：

3S技术在林下人参的研究应用中具有广阔的前景，利用GPS进行定位，对已获得的遥感影像进行遥感图像处理，在ArcGIS提取地形因素基础之上，进行空间分析，制图绘图等操作。为人参用地的开发和管理提供科学依据。

图4　林下人参高程分布图

林下人参地培植坡度集中在6～24°间，坡向通常为北坡、东坡、东北坡、西南坡，海拔在506～767m间。坡度太小不利于土壤中水分的疏通，坡度太大又不利于水分和养料的保持，并且为除草等工作带来较大麻烦；人参属阴性，耐寒，喜冷凉，故其生长在阴坡为宜，在阳坡生长遭受阳光直射，对其生长速度和形态发育会产生负面影响；海拔高度在506～767m间，参农对林下人参管理方便，同时也是人参对环境养料吸收最适宜的高度范围。

[1]仲伟同,曹志强,冯家等.移山参鉴定及分等质量[J].人参研究,2007，(3)：27-31.

[2]Sabry A.A.El-Sayed,Sarah Y.A.A hmed,etal.Immunomodulatory and G row th Performance Effects of G inseng Extracts as a N aturalG row th Promoterin Comparison w ith O xytetracycline in the D iets of N ile Tilapia[J].International Journal ofLivestock Research,2014,4(1)：130-142.

[3]H ong-Y an Pan,Y ang Q u,et al.A ntioxidant activity of ginsengcultivatedundermountainousforestw ith different grow ing years[J].Journal of G inseng Research,2013,37(3)：355-360.

[4]韦鹏.林下参栽培技术[J].吉林农业,2012，(11)：208-209.

[5]徐华.吉林地区林下人参种植技术分析[J].绿色科枝,2013，(3)：59-60.

[6]李林,李农,徐辉.林下参栽培技术[J].绿色科技,2010,(12)：59-60.

[7]李树人,赵勇,阎志平.日本落叶松林冠层光生态场研究[J].应用生态学报,1997,8(2)：123-126.

[8]王金亮,陈姚.3S技术在野生动物生境研究中的应用[J].地理与地理信息科学,2004,(6)：44-47.

[9]陈述彭.地理信息系统导论[M].北京：科学出版社,2002.

[10]徐绍铃,张华海,杨志强,等.G PS测量原理及应用[M].武汉大学出版社,2010.

[11]王勇,鄢铁平,刘岩松.G IS在水土保持规划设计中的应用[J].中国水土保持,2005,(10)：35-36.

An Analysis of Natural Habitat of Under-forest Ginseng Based on 3S Technology -A Case Study of Jingyu County in Jilin Province

DU Hui-shi1*,XIANG Heng-xing1,YANG Yue2
（1.College of Tourism and Geographical Science,Jilin Normal University,Siping,Jilin 136000,China；2.Heibei Normal University For Nationalities,Chengde,Hebei 067000,China）

Based on 3S technology platform,this paper makes an analysis of the environment factors on the growth of under-forests Ginseng by interpreting and analyzing the Landsat8 remote sensing image and extracting the topography factors of slope,aspect and altitude with ERDAS and ArcGIS respectively.The results show that a gradient range of 6～24°,slope aspect of north and northeast,and altitude range of 506～767 meters are suitable factors.The application of 3S technology provides a quantitative method.The research has a guiding significance to the economic development of Jingyu County.

3S technology;under-forest ginseng;natural habitats;Jingyu County

S17，P95

A

2095-3763（2015）02-0016-04

2014-11-25

杜会石（1983-），男，吉林伊通人，吉林师范大学旅游与地理科学学院讲师，博士，主要从事资源环境遥感研究。

国家“十二五”科技支撑计划（2013BAD07B02）、国家自然科学基金（40771020）、大学生科研基金、承德市财政局扶持项目（CZ2013011）联合资助。