基于DEM高程的天目湖流域林地动态变化研究

胡义涛，朱 颖，赵 越，莫晓琪，陈德超，吕寅超

（1.苏州科技大学 建筑与城市规划学院，江苏 苏州 215011；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009）

基于DEM高程的天目湖流域林地动态变化研究

胡义涛1，朱 颖1，赵 越1，莫晓琪1，陈德超2，吕寅超1

（1.苏州科技大学 建筑与城市规划学院，江苏 苏州 215011；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009）

在GIS技术支持下，以天目湖流域多时序遥感数据、土地利用数据以及DEM数据为本底，对天目湖流域1995-2015年的林地在不同高程范围的动态变化进行定量分析。结果表明：（1）20年间，天目湖流域林地类型面积在不同高程范围呈现不同的发展趋势，有林地在小于190 m的海拔范围变化剧烈；疏林地以及灌木林地主要分布在小于120 m的海拔范围内，且灌木林地在小于30 m的高程范围内增长迅速；其他林地分布面积随海拔的降低而变大，在小于30 m海拔范围内达到最大，成为分布面积最大的林地结构类型。（2）林地类型之间转化频繁，且与海拔变化存在一定的相关性，在相对较低的海拔范围内，在人为干扰下，有林地主要转化为其他林地和建设用地；在相对较高的海拔范围内，自然因素是其转化的主要因素。

DEM；林地；天目湖流域

林地，作为维系生态健康发展的重要组成部分，其研究对林地生态及可持续发展具有重要意义，也是当前林地科学与景观生态学研究的热点[1-9]。高程，作为影响林地空间分布重要的自然因素，对其开展林地自相关研究，可以更好地了解林地及其结构类型在不同高程下的分布特点，有助于深化理解林地整体及局部空间的变化规律，为林地的生态恢复及物种保护研究提供依据。

天目湖流域是溧阳市重要的生态屏障和生物栖息地，流域内地形复杂，但随着流域内城镇化的发展以及土地的无序开发，天目湖流域自然林地资源逐渐减少，给林地生态造成了一定的影响。当前，针对天目湖流域林地的相关研究主要集中在土地利用[10]、茶园的空间分布及变化[11]以及湿地景观格局的动态变化[12]等方面，而从时间序列上基于高程变化的研究相对较少。该研究基于DEM高程数据，运用GIS技术，对天目湖流域1995年、2005年、2015年的林地变化进行定量分析，揭示其在不同高程上时空变化的演变过程，为天目湖流域林地保护及生态可持续提供理论基础。

1 研究区概况

天目湖流域位于溧阳市南部，天目山余脉西部（如图1），地处东经 119°21′～119°29′，北纬 31°7′～31°20′之间，流域面积约249 km2，流域内最高海拔为407.130 m，有沙河、大溪等两个国家级大型水库。流域内物种资源丰富，森林覆盖率达59.4%[13]，受地形影响，植物群落垂直分布具有一定的层次。

2 材料与方法

2.1 数据来源及处理

研究数据采用天目湖流域1995年、2005年、2015年的遥感影像以及天目湖流域土地利用数据、DEM数据和实地调查数据。利用ERDAS软件对3期遥感影像进行几何校正等预处理，结合土地利用数据以及实地调研数据，在GIS软件中对天目湖流域3期遥感数据进行解译，并对解译结果进行解译精度评价，确定最终林地资源分布数据。通过GIS空间分析模块对流域DEM数据进行重分类，将天目湖流域高程分为五个等级范围，即小于 30 m、30～70 m、70～120 m、120～190 m、大于 190 m（见图2），并将分类数据分别与 3 期林地资源分布数据进行叠加分析，得出天目湖流域1995年、2005年、2015年3年林地景观中各种林地类型在不同高程上的相对变化量。

图1 溧阳天目湖流域位置示意图

图2 天目湖流域海拔分级图

2.2 研究区林地景观分类

林地分类是进行林地变化研究的基础，依据中国科学院KZCX1-Y-02项目采用的土地利用分类体系和国家林业局（2003）制定的《森林资源规划设计调查主要技术规定》，结合土地利用现状，建立天目湖流域林地分类体系。该分类体系将天目湖流域林地分为林地和非林地，其中林地分为有林地、疏林地、灌木林地和其他林地共4种类型（见表1），非林地包括耕地、水域、建设用地和其他用地共4种类型。

表1 天目湖流域林地分类系统

3 结果与分析

3.1 天目湖流域不同海拔范围对有林地的变化影响

表2 天目湖流域1995-2015年有林地在不同海拔分级分布hm2

由表2可知，有林地面积主要分布在30～190 m高程范围内，其中70～120 m范围面积最大，其次为30～70 m和120～190 m高程范围，面积最少为大于190 m高程范围，数据表明低海拔区有林地的分布面积较大。

在研究时段内，有林地在不同的高程范围内，均呈下降趋势，且在2005-2015年时段内面积减少迅速。在城镇化背景下，开山采石、经济林建设等为主要的经济开发模式一定程度上侵占了有林地面积，促进了有林地与其他土地利用类型之间的流转。但在不同的高程范围内，面积减少的速度不同，其中，30～70 m高程范围内面积减少最快，面积减少率达19.78%，低海拔区频繁的人为开发活动是影响其面积快速减少的主要原因；其次，随着海拔的升高，有林地减少的速度逐渐下降，人为改变林地的动力及强度的降低是其产生变化的主导因素，且自然因素如林地病虫害[14-15]、冰雪灾害[16]、自然更替[17]等随海拔的升高逐渐成为有林地面积减少的主要因子。

3.2 天目湖流域不同海拔范围对疏林地的变化影响

表3 天目湖流域1995-2015年疏林地在不同海拔分级分布hm2

由表3可知，疏林地面积主要分布在小于120 m高程范围内，其中小于30 m范围面积最大，其次为30～70 m和120～190 m高程范围，面积最少为大于190 m高程范围，数据表明天目湖流域在相对低海拔区有疏林地的分布，高海拔区分布较少。

疏林地在不同的海拔范围的面积均快速增加，其中，在30～70 m范围内，面积增加了3.3倍，自然灾害影响下有林地的逆向转化、以及政府出台的林地恢复政策促进了其他类型林地向疏林地面积的转化；在2005-2015年时段内，疏林地面积在小于70 m高程范围内呈现下降趋势，说明在相对低海拔区域内，天目湖流域实行经济林发展的政策对其影响程度较大。

3.3 天目湖流域不同海拔范围对灌木林地的变化影响

表4 天目湖流域1995-2015年灌木林地在不同海拔分级分布hm2

由表4可知，疏林地主要分布在30～190 m高程范围内，其中30～70 m、70～120 m高程区间面积最大，其次为120～190 m和小于30 m的高程区间，大于190 m高程面积最少。数据表明低海拔区灌木林地的分布面积相对较大，大于190 m的高海拔区灌木林地的分布较少。

在研究时段内，灌木林地面积在小于190 m的高程范围迅速增长，其中小于30 m的高程范围增长最快，低海拔频繁的人为活动如樵采、垦荒等导致有林地、疏林地遭到破坏，造成生境旱化，形成逆性演替，促进了灌木林地面积的增长。说明，在人为干扰的影响下，低海拔区有助于灌木林地的分布，且越低的海拔范围，灌木林地的增长速度越快。

3.4 天目湖流域不同海拔范围对其他林地的变化影响

表5 天目湖流域1995-2015年其他林地在不同海拔分级分布hm2

由表5可知，其他林地面积主要分布在小于190 m高程范围内，其中越低的海拔范围，其他林地分布的面积越大，在﹤30 m的海拔范围内，其他林地的面积达到最大，数据表明在交通及生产设施等限制下，以经济林为主的其他林地主要分布在较低的海拔范围内。

在1995-2005年时段内，其他林地面积在小于30 m、30～70 m的海拔范围内呈减少趋势，在2005-2015年时段内，两个海拔范围的其他林地面积回升，且在30～70 m的海拔范围内面积超过了前时段内面积的减少量。随着天目湖流域产业结构的调整以及多种经营方式的开展，特别是林地恢复政策的实施，以茶林、板栗林为主的人工经济林成为改善生态环境、提高经济收入的主要手段，同时也促进了其他林地面积的分布。

4 结论与讨论

该研究是基于1995年、2005年、2015年的3期遥感影像以及流域土地利用数据和DEM数据，结合GIS空间分析软件，分析了天目湖流域20年的林地景观在高程分布上的变化特征及其规律。

（1）在研究时段内，天目湖流域基于高程的林地面积变化明显，其中低海拔区的林地面积减少严重。从天目湖流域20年的经济发展来看，人为活动对天目湖流域林地的开发强度仍在不断加大，且随着海拔的降低而升高，林地与非林地之间的转换剧烈，林地面积的不断减少表明林地的保护与开发之间的矛盾日益凸显，虽然溧阳市近年来实施退耕还林、设立生态保护区等相关措施，在一定程度上减缓了林地面积的减少，但天目湖流域整体的林地面积减少依然程度较高。

（2）通过研究分析可知，天目湖流域林地类型基于高程变化的分布复杂，有林地作为主导类型结构主要分布在小于190 m的高程范围内，这与天目湖流域地处亚热带气候环境有关；疏林地和灌木林地作为自然与人文因子共同影响较大的林地类型结构，主要分布在小于120 m的相对较低海拔范围内，且灌木林地在20年间均呈增长趋势；其他林地作为人为影响最大的林地类型，主要分布在小于70 m的高程范围内，且总体呈现随海拔的降低，面积逐渐增大的趋势，人工种植的茶林、板栗林等经济林的增加是其他林地面积变化的主要原因，合理协调其他林地的开发是稳定林地结构、保障区域林地生态健康发展的重要途径。

（3）近20年间，天目湖流域林地与其他用地类型以及林地内部之间转化剧烈，且与高程变化有一定的相关性。在相对较低的海拔范围内，城镇化是导致土地利用类型向多种要素的密集格局转化的主导因素，有林地在政府宏观经济政策引导下，向其他类型林地以及建设用地转化迅速，以经济林为主体的其他林地面积逐渐成为流域内林地类型的主体。在相对较高的海拔范围内，有林地与疏林地、灌木林地的转化主要受自然环境的驱动。其他林地、疏林地和灌木林地面积的增加与有林地面积的大幅度减少存在一定的相关性，但其不足以弥补有林地的损失。

（4）由于遥感影像获取年限的限制，该研究只选取了1995年、2005年以及2015年三年的遥感影像，时间跨度大，且DEM影像分辨率仅为30 m，分析结果只能体现林地在高程上的大致变化趋势，无法详尽的对其变化特征进行定量分析，因此，在后续的研究中有待今后进一步完善。

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Dynamic change of woodland in Tianmu Lake Basin based on DEM elevation

HU Yitao1,ZHU Ying1,ZHAO Yue1,MO Xiaoqi1,CHEN Dechao2,LV Yinchao1
（1.School of Architecture and Urban Planning,SUST,Suzhou 215011,China;2.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China）

The woodland changes in Tianmu Lake Basin from 1995 to 2015 were dynamically analyzed based on the multiple timing remote sensing data,the land use data of the basin and DEM data,under the support of GIS technology.The results show that in 20 years the area of woodland type in Tianmu Lake Basin had different development trends,the woodland changed severely in the<190 m altitude range;the sparse woodland and shrub land were mainly distributed in the<120 m altitude range,and the shrub land increased rapidly in the<30 m altitude range;the other woodland increased with the decrease of elevation,and became the largest land area in the<30 m altitude range.And the area of woodland type in Tianmu Lake Basin was translated frequently,and there was a certain correlation with elevation changes.In the relatively low altitude range,the woodland is mainly transformed into land of other wood and of construction under the human disturbance;in the relatively high altitude range,the natural factor was the main factor of the transformation.

DEM;woodland;the Tianmu Lake Basin

卢文君）

P901

A

2096-3270（2017）04-0057-05

2017-03-24

江苏省高校社会哲学基金项目（2013SJB790052）；江苏省住建厅科技项目（2016ZD71）；苏州科技大学风景园林学学科建设项目

胡义涛（1989-），男，江苏沭阳人，硕士研究生。

朱 颖（1973-），女，副教授，博士，从事风景园林规划设计理论与实践的研究，Email：zhuying@mail.usts.edu.cn。