GIS在森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的應(yīng)用要要要以大連市區(qū)為例

都本緒

（大連市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 大連 116023）

GIS在森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的應(yīng)用要要要以大連市區(qū)為例

都本緒

（大連市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 大連 116023）

地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）是20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的進(jìn)行地理科學(xué)研究的新技術(shù)，它具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理與空間分析功能。在森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中引入GIS技術(shù)將大大提高森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的合理性，提升森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的水平。該文結(jié)合遼寧省大連市市區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的實(shí)踐，首先通過對(duì)市區(qū)林分因子的調(diào)查，遙感圖片的校正，評(píng)估因子的選取，空間模型的建立，最后計(jì)算出選取的林分因子的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)市區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，在空間上有一個(gè)直觀的展現(xiàn)，為以后進(jìn)一步評(píng)估和領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)。

GIS；森林生態(tài)系統(tǒng)；空間分析

本文的研究對(duì)象為大連市主城區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估，重點(diǎn)分析探討了以下問題：淤如何根據(jù)研究區(qū)域尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際情況，來確定其服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行測算和評(píng)估的遙感技術(shù)方法及數(shù)學(xué)模型。于分析大連市主城區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估因子，即小班林分因子空間分布規(guī)律中的決定性因子，包括小班林分因子的樹高、胸徑、小班株數(shù)及郁閉度。③從研究區(qū)域尺度對(duì)大連市主城區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值在地域上的分布規(guī)律做出描述和總結(jié)。

1 研究區(qū)域森林植被分布情況

研究區(qū)域內(nèi)林業(yè)用地共3296hm2，其中有林地面積3110hm2，占94.4%；疏林地及其他灌木林地面積49hm2，占1.4%；其他林業(yè)用地137hm2，占4.2%。活立木蓄積182946m3，其中林分蓄積182455 m3，占99.7%；疏林地及其他灌木林地蓄積491m3，占0.3%。

研究區(qū)域按地類分，闊葉林地面積742hm2，蓄積42002m3；針闊混交林397hm2，蓄積20587m3；針葉林地1971hm2，蓄積119866m3；疏林地及灌木林地面積49hm2，蓄積491m3；其他林地137hm2。項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)，主要分布樹種為：側(cè)柏、赤松、臭椿、刺槐、燈臺(tái)樹、楓楊、黑松、花曲柳、小葉楊、油松、圓柏、柞樹、樟子松、紫穗槐等，其中分布最廣的3種樹木為：黑松、刺槐、柞樹。黑松林面積為2189hm2，刺槐林面積為483hm2，柞樹林面積為370hm2，合計(jì)占林業(yè)用地面積92.3%。

2 研究區(qū)域數(shù)據(jù)來源及處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

大連市市區(qū)森林資源二類調(diào)查以小班為單位，每個(gè)小班共分90個(gè)林分因子進(jìn)行調(diào)查，包括了森林資源的生長情況、立地情況、樹種起源、林地林木權(quán)屬、小班所在地土壤類型、土層厚度、小班坡向等。研究區(qū)域內(nèi)共有1108個(gè)小班。

研究通過選取能反映植物生長情況的樹高、胸徑、郁閉度及株數(shù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合土壤、水系、坡向、土層薄厚、優(yōu)勢樹種等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來評(píng)估研究區(qū)域不同樹種的生態(tài)效益。

2.2 遙感數(shù)據(jù)獲取及基礎(chǔ)處理

本次研究區(qū)域遙感數(shù)據(jù)選取的為ETM+多波段衛(wèi)片，分辨率為30m×30m，本文內(nèi)所有空間數(shù)據(jù)均通過遙感或地理信息軟件將投影系統(tǒng)變換為Albers等積投影，投影參數(shù)如下：

Projection Type：Albers Conical Equal Area；Spheroid Name：Krasovsky；Datum Name：Krasovsky；Latitude of 1st standard parallel：38N；Latitude of 2ndstandardparallel：40NLongitudeofcentral meridian：123E。

基礎(chǔ)處理包括遙感圖像校正、森林植被狀況遙感識(shí)別、小班林分因子修正等。

3 研究區(qū)域內(nèi)GIS數(shù)據(jù)處理

3.1 小班因子指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

通過綜合分析，結(jié)合大連實(shí)際選取林分因子中的樹高、胸徑、郁閉度及每公頃株數(shù)4個(gè)因子來評(píng)價(jià)該小班的生態(tài)效益和價(jià)值。其中樹高、胸徑、郁閉度及每公頃株數(shù)能代表該小班的長勢，通過對(duì)比能比較出該小班在整個(gè)區(qū)域中的生態(tài)地位。

通過對(duì)二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫的校正得出的小班林分因子表，以選出的4個(gè)測算指標(biāo)為依據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，即分別選取4個(gè)測算指標(biāo)中每個(gè)指標(biāo)的最大值為基準(zhǔn)值，用各小班的該測算值除以該因子的最大值，得出標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，并對(duì)每個(gè)小班的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)值求和。

公式如下：

式中Dj為每個(gè)小班的各林分因子指標(biāo)得分總和，Li為單一林分因子指標(biāo)得分，i取值為1～4，Gj為各小班的單項(xiàng)林分因子數(shù)值，Gmax為各小班單項(xiàng)林分因子中最大值，j=1，2，3…1108。

在對(duì)小班林分因子數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化求和后，可以根據(jù)每個(gè)小班的得分高低對(duì)小班在研究區(qū)內(nèi)林分狀況進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

3.2 植被指數(shù)的計(jì)算

大連是丘陵地帶，陰影比較大，在大面積的山體陰影區(qū)內(nèi)，雖然植被長勢良好，其的NDVI值通常比裸地還低，因而NDVI受山體陰影影響很大，本次研究主要受ITTO組織（International Tropical Tim-ber Organization）提出的FCD模型（Forest Canopy Density Model）方法的影響，綜合了NDVI和SI（陰影指數(shù)）構(gòu)建出一個(gè)可以削弱山體陰影影響的復(fù)合型植被指數(shù)（VSI）。其計(jì)算公式表述如下：

山區(qū)陰影對(duì)植被反射光譜的影響不可小看，陰影指數(shù)SI是通過提取遙感影像中可見光波段內(nèi)的低輻射信息而形成的。當(dāng)SI較低時(shí)，植被的陰影值也相對(duì)較低；反過來，當(dāng)SI值比較高時(shí)，陰影值也相對(duì)變高。遙感影像中的紅波段和綠波段對(duì)水體和裸地的反射值都比較大，所以水體和裸地的SI值相對(duì)就比較低，這種情況并不會(huì)影響最后的NDVI指數(shù)和VSI指數(shù)的相關(guān)性。其計(jì)算公式表述如下：

式中Bg為遙感反射光譜中綠波段，在TM影像中指第二（綠）波段，MSS影像中指第一（綠）波段；Br為遙感反射光譜中的紅波段，在TM和MSS影像中均指第三（紅）波段。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能計(jì)算模型的建立

利用遙感（RS）技術(shù)方法測算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值的數(shù)學(xué)建模為：在一定區(qū)域內(nèi)（研究區(qū)內(nèi)）的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值可表示為V，可通過測算選取的用來計(jì)算研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的測算因子，即第c種生態(tài)系統(tǒng)類型因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值，求得整個(gè)研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總量。

式中c越1，2，…，n，表示選取的計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能值的生態(tài)系統(tǒng)中的各分因子。

式中i=1、2、…、n，表示選取的測算因子中第c種生態(tài)系統(tǒng)的第i種生態(tài)服務(wù)功能；Vci表示第c種生態(tài)系統(tǒng)的第i種生態(tài)服務(wù)功能類型的單位面積上所產(chǎn)生的價(jià)值；j=1、2、…、m表示在一定研究區(qū)域內(nèi)Vci在空間上分布的小班斑塊數(shù)量，Sij表示各個(gè)選取的小班斑塊因子的面積大小，Rij表示為Vci在不同的小班斑塊因子中的調(diào)整系數(shù)，它取決于不同森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的質(zhì)量狀況。

Rij=F（A1，A2，…，An）A1，A2，…An是表示選取的小班斑塊林分因子不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下的質(zhì)量狀況的生態(tài)系數(shù)，雖然在同一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下，但是不同質(zhì)量狀況的Vci是不同的，這個(gè)需要由Rij值來調(diào)整Vci的值。

本文選取植被覆蓋度（f）和小班林分因子得分求和（D）作為表征當(dāng)年生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量狀況的生態(tài)參數(shù)來調(diào)整Rij。Dj和fj為j像元的小班林分因子得分求和和植被覆蓋度，Dmean和fmean為研究區(qū)域內(nèi)選取的小班斑塊因子中第C種生態(tài)系統(tǒng)功能值中，選取的小班林分因子得分求和的均值和植被覆蓋度的均值。

4 結(jié)果分析

本文選取小班林分因子中能代表大連市區(qū)樹木生長水平，能體現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的4個(gè)主要因子：樹高、胸徑、郁閉度、小班株數(shù)，來進(jìn)行空間建模分析。通過GIS空間建模，來展現(xiàn)出市區(qū)內(nèi)不同區(qū)域，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的好與壞，最后為決策者提供以后大連市區(qū)內(nèi)需要重點(diǎn)改善的營造林區(qū)域，使森林生態(tài)系統(tǒng)最大限度的服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們的生產(chǎn)生活。

以小班林分因子求和評(píng)估為例，將選取的4個(gè)林分因子指標(biāo)得分進(jìn)行求和運(yùn)算，得出每個(gè)小班的總林分因子得分，用該指標(biāo)衡量該小班在研究區(qū)內(nèi)林分的自然生態(tài)地位，將各小班得分由低到高分為5級(jí)，并繪制分級(jí)圖如圖1。

圖1 小班林分因子求和評(píng)估等級(jí)分布

計(jì)算因子是將樹高、胸徑、郁閉度及每公頃株數(shù)4種林分因子求和后得出，反應(yīng)了4種林分因子，即小班因子中最能夠體現(xiàn)林分生長狀況的4種因子的綜合狀況，是構(gòu)成森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間調(diào)整系數(shù)的重要參數(shù)，對(duì)于衡量研究區(qū)內(nèi)林分自然生態(tài)狀況是一個(gè)較為重要且完整的因素。

通過對(duì)等級(jí)圖進(jìn)行分析，我們可以看出：研究區(qū)中部及東部的斑塊破碎度較低的林分狀況較好，而中北部較為細(xì)碎的林地區(qū)域，其林分因子狀況較差。

［1］陳晉，陳云浩，何春陽，等.基于土地覆蓋分類的植被覆蓋率估算亞像元模型與應(yīng)用［允］.遙感學(xué)報(bào)，2001，5（6）：416-423.

［2］陸貴巧.大連城市森林生態(tài)效益評(píng)價(jià)及動(dòng)態(tài)仿真研究［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，2006.

［3］陳云浩，李曉兵，史培軍，等.北京海淀區(qū)植被覆蓋的遙感動(dòng)態(tài)研究［允］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，25（2）：588-593.

［4］江洪，汪小欽，陳星.一種以FCD模型從SPOT影像提取植被覆蓋率的方法［允］.地球信息科學(xué)，2005，7（4）：113-116.

［5］靳芳，魯紹偉，余新曉.中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)價(jià)［允］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16（8）：1531-1536.

The Application of GIS in Forest Ecosystem Service

DU Ben-xu
（Forestry Investigation and Planning Institute of Dalian,Dalian，Liaoning 116023）

Geographic Information System（GIS）is In 1960s,it began to develop rapidly in the new technology,which has powerful spatial data processing and spatial analysis function.The introduction of GIS technology in forest ecosystem service function will greatly improve the rationality of forest ecosystem service function evaluation,and improve the level of forest e-cosystem service function evaluation.Combining with the practice of Liaoning Province Dalian city urban forest ecosystem ser-vice function evaluation.First of all,through the investigation of urban forest factors,correction of remote sensing images,selec-tion of evaluation factor,the establishment of model space.Finally,calculate the stand factors selected indicators,on urban forest ecosystem service function,in space have an intuitive show.Provide a basis for further evaluation and leadership decision.

GIS;Forest ecosystem service；Spatial analysis

P208

A

1002-3356（2016）04-0059-03

2016-07-22

都本緒（1983-），學(xué)士，工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作。E-mail：dubenxu1116@163.com。