基于地理遙感技術(shù)分析山東黃河流域森林資源狀況

王志燕

(太原市森林資源監(jiān)測中心，山西 太原 030012)

目前，區(qū)域森林資源的定量研究和動態(tài)監(jiān)測仍是相對孤立的，還沒有從整體上利用廣義3S技術(shù)對森林資源的數(shù)量、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析。許多地區(qū)的森林資源管理仍停留在紙質(zhì)圖形的基礎(chǔ)上，森林資源一旦發(fā)生變化，就不能及時地進(jìn)行更新和管理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以地理遙感信息技術(shù)為基礎(chǔ)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)等與少量森林資源野外調(diào)查資料相結(jié)合，對區(qū)域的森林資源進(jìn)行動態(tài)分析和監(jiān)測，是今后森林資源經(jīng)營和管理的重要研究內(nèi)容之一。

1 研究區(qū)概況

山東黃河流域是黃河的下游地區(qū)，位于東經(jīng)114°48'～119°19'，北緯 34°58'～ 38°09'.黃河在山東省境內(nèi)全長約628 km，按照山東省第七次森林資源連續(xù)清查細(xì)則，該流域包括10個地級市中的30個縣、市，具體包括濟(jì)南、泰安、萊蕪、東營市和淄博、德州、濟(jì)寧、菏澤、聊城、濱州的部分縣市區(qū)，2006年其總面積約385×104hm2.

該流域地處溫帶落葉闊葉林區(qū)，楊樹純林面積超過50%，其次為刺槐、泡桐等硬闊葉類純林。針葉林中，側(cè)柏和油松純林占絕大多數(shù)。混交林的面積較小。流域?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，干旱和風(fēng)沙是制約林業(yè)生產(chǎn)的主要因子。山地和丘陵占流域總面積的35%，平原、洼地和灘地占65%.流域內(nèi)的最高點(diǎn)泰山海拔約1 536 m，土壤類型主要有潮土、棕壤、褐土和鹽堿土。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)選取

選取2000年、2006年兩期(研究時間相對集中于5月至9月)各10景的TM遙感數(shù)據(jù)。同時選用流域相近時期的森林資源分布圖、土地利用矢量和柵格圖，1∶1 000 000的土壤類型圖、土壤侵蝕圖和行政區(qū)劃圖及交通道路圖、水系圖等。

2.2 遙感影像預(yù)處理與信息提取

首先對兩期遙感影像進(jìn)行拼接，根據(jù)研究區(qū)地形圖對影像進(jìn)行幾何校正，再進(jìn)行圖像增強(qiáng)、543波段組合，最后利用流域的邊界線對影像進(jìn)行裁剪。采用監(jiān)督分類法將遙感影像分為林地和非林地，再將林地分為有林地、疏林地、灌木林地、其它林地和宜林荒山荒地，最后利用專家分類器結(jié)合流域2000年、2006年土地利用矢量圖和森林資源分布圖將有林地分為針葉林、闊葉林、混交林和經(jīng)濟(jì)林。最后，通過人工解譯，形成森林資源分類專題圖。

2.3 實(shí)地驗(yàn)證

外業(yè)抽樣調(diào)查的地類點(diǎn)包括有林地、灌木林地、草地、疏林地、農(nóng)田、村莊、水域、未利用地等。角規(guī)樣點(diǎn)選取有代表性的森林地段，GPS測定經(jīng)緯度、坐標(biāo)和高程，詳細(xì)記錄相關(guān)調(diào)查因子，計(jì)算每個樣地的森林蓄積量。在室內(nèi)將GPS測量點(diǎn)按照其坐標(biāo)利用ArcGIS軟件導(dǎo)入形成外業(yè)點(diǎn)層，選用與底圖相關(guān)的投影后，即可將外業(yè)點(diǎn)與影像圖疊加。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林資源空間分布

根據(jù)山東黃河流域森林資源、森林植被的特點(diǎn)和流域地形、地貌特征，利用監(jiān)督分類法將流域的森林資源進(jìn)行分類。

利用ArcGIS軟件的統(tǒng)計(jì)功能對2000年、2006年的森林資源分布圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，山東黃河流域的森林覆蓋率在 2000年、2006年分別為21.40%，25.60%，流域的森林覆蓋率呈現(xiàn)緩慢增長的態(tài)勢。森林主要分布于魯中南山地及丘陵地區(qū)，尤其是泰安、萊蕪、濟(jì)南的森林資源空間分布較多，其它地區(qū)都是零星分布。

3.2 森林資源地帶性分析

山東黃河流域的地帶性闊葉林是落葉闊葉林，主要建群種是殼斗科、樺木科、楊柳科、榆科等的樹種。山地和丘陵地區(qū)以麻櫟、栓皮櫟為主，平原地區(qū)主要是楊、柳、泡桐等。

原生落葉闊葉林已不存在，目前都是次生天然林和人工林。次生天然林多為雜木林，面積很小，多分布于魯中南山地、丘陵的山谷。闊葉林中楊樹、刺槐的面積最大，占闊葉林總面積60%以上。

麻櫟林在櫟林中所占面積最大，主要分布于魯中南山地及丘陵地區(qū)。針葉林主要分布于魯中南的丘陵區(qū)，是天然和半天然的次生林。地帶性針葉林屬溫性常綠針葉林，主要建群種是油松和側(cè)柏等，其集中分布于魯中南山地及丘陵地區(qū)，在黃河三角洲有部分分布。其它還有黑松、日本落葉松、日本花柏、火炬松、濕地松和馬尾松、杉木、水杉等。

混交林主要分布于魯中南山地及丘陵地區(qū)，大多為人工栽植的次生混交林，天然混交林較少。由于竹林的種類和面積都很少，故在林種分類中沒有考慮。山東省是經(jīng)濟(jì)林強(qiáng)省，經(jīng)濟(jì)林分布范圍非常廣泛。其中，以魯中南地區(qū)分布較為集中。

3.3 林分調(diào)查樣地分析

2007年8月，采用典型、隨機(jī)抽樣方法共調(diào)查了山東黃河流域378個外業(yè)調(diào)查樣點(diǎn)，其中森林資源的樣點(diǎn)270個，非林地樣點(diǎn)108個。

山東黃河流域林分樣地的樹種組成比較單一。其中，楊樹占樹種的比例高達(dá)58.52%;其次是側(cè)柏，占17.41%;天然林和混交林的比例非常小。在林木平均胸徑方面，小徑階木占32.53%，中徑階木占62.65%，大徑階木占4.82%.平均樹高小于12 m的樹木占68.67%;超過18 m的大樹只占5.42%.顯然，流域的森林資源以中幼齡林居多。

3.4 森林資源垂直分布

山東黃河流域中的一些南方樹種主要分布于魯中南，向北逐漸減少，如魯西南平原常見的苦楝、梧桐在魯北地區(qū)很難見到。變化最明顯的是赤松和油松，前者分布于水分條件較好的膠東半島，后者則存在于水分條件較差的魯中以南流域的大部分區(qū)域。

在垂直分布上，海拔對樹木的分布也有明顯的影響，刺槐多見于500 m以下，側(cè)柏適生于700 m以下，日本落葉松在海拔600 m以下就生長不良。灌木類在低海拔處以檉柳、荊條、酸棗等占優(yōu)勢，而海拔高處則以紫穗槐、胡枝子、絨菊等最為常見。

3.5 森林蓄積量空間分布

隨著3 S技術(shù)的發(fā)展，在大區(qū)域森林蓄積量的遙感估測方面應(yīng)用較多。森林蓄積量是一切生長因子對林木綜合作用的結(jié)果，當(dāng)以TM為信息源時，眾多學(xué)者對森林蓄積量作了大量的研究。

根據(jù)蓄積量與遙感影像各波段值，建立了蓄積量遙感定量估測模型。通過ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)山東黃河流域森林蓄積量的空間分布圖，得出:2000年的林分蓄積量集中分布于泰安、濟(jì)南和萊蕪及菏澤的部分山區(qū)，到2006年發(fā)生了變化。其中，泰安、濟(jì)南和萊蕪的林分蓄積量下降比例較大，這主要是由于這3個地區(qū)的宜林荒山荒地比例較大，水土流失嚴(yán)重，從而造成林分蓄積量的劇烈下降。其它地市林分蓄積量的增加幅度較大，2006年的林分蓄積量分布范圍更廣。

3.6 蓄積量水平分布

利用ArcGIS中的柵格統(tǒng)計(jì)、分析功能對山東黃河流域2000年、2006年的林分蓄積量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。整個流域的林分蓄積量由2000年的12 774 249.2 m3增加到2006年的13255546.0 m3，增加了3.77%.2000年的蓄積量水平分布中，蓄積等級為60 m3/hm2＜M ≤ 90 m3/hm2，90 m3/hm2＜M≤120 m3/hm2的蓄積量占82.60%(M為蓄積量)，蓄積量分布比較集中。這主要是由于國家采取退耕還林、還草政策，大量的農(nóng)田、未利用地、宜林荒山荒地等轉(zhuǎn)化為有林地，并且所栽植的樹種大部分為速生楊樹，6 a間，其蓄積量很快達(dá)到0 m3/hm2～60 m3/hm2的等級。總之，2006年的森林蓄積量的水平分布比2000年的相對均勻。

4 結(jié)論與討論

國家的退耕還林、還草政策在近幾年開始起到明顯的成效。6年間，山東黃河流域的森林蓄積量增加了481 296.8 m3.2000年，中齡林和中幼齡林的蓄積量分別占82.60%，7.08%.到2006年，由于大量的人工植樹造林，尤其是大面積的種植楊樹純林，中幼齡林的蓄積量迅速增加，達(dá)到34.98%;中齡林的蓄積量只占51.56%.2000年，海拔大于200 m的林分蓄積量僅占18.37%，平原的林分蓄積量高達(dá)81.63%.經(jīng)過6年，蓄積量隨海拔梯度變化不大。

流域的森林蓄積量主要集中分布于濟(jì)南市、泰安市和萊蕪市，其它地市的相對較少。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，森林資源分布極不均勻，濟(jì)南、泰安、萊蕪的森林覆蓋率較高，但三者宜林荒山荒地的比例較大，流域森林資源具有林種單一、林相單一、樹種結(jié)構(gòu)不合理、四旁樹多、混交林少、純林多等特點(diǎn)。有些山區(qū)的宜林荒山荒地幾乎就是雜草和灌草叢。

山東黃河流域是黃河入海最后區(qū)域，該地區(qū)森林資源的空間格局及其動態(tài)變化對于黃河流域森林資源經(jīng)營和管理、永續(xù)利用、黃河生態(tài)治理具有重要的意義。

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