金溝嶺林場森林多功能評價指標體系構建

劉波云，趙 靜，劉東蘭，鄭小賢

(1.北京林業大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083；2.遼寧省林業職業技術學院，遼寧 沈陽 110101 )

金溝嶺林場森林多功能評價指標體系構建

劉波云1，趙 靜2，劉東蘭1，鄭小賢1

(1.北京林業大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083；2.遼寧省林業職業技術學院，遼寧 沈陽 110101 )

以吉林省汪清林業局金溝嶺實驗林場為研究對象，在ArcGIS平臺下，根據社會需求和研究區森林調查數據，采用層次分析法構建基于GIS的森林多功能評價指標體系。利用GIS的空間分析功能評價母樹保護、木材生產、水土保持和護路4個主要森林功能并制作森林功能區劃圖。結果表明：評價結果符合林場經營目標，也符合用材林、母樹林成面，護路林成線和水土保持林點狀分布的特點。

森林多功能評價；評價指標；GIS；金溝嶺林場

研究森林在經營單位層次上功能和結構的關系，可以提高森林經營的水平，滿足人類的生產生活需要，推進森林的可持續經營[1]。現階段對森林多功能的評價是以定性評價的方法為主，但該方法工作周期較長而且會產生定性判讀誤差。因此為了更加快速準確的進行森林多功能的評價，應采用定量評價的方法[2-5]。尤其使用GIS手段構建的含空間信息的森林多功能評價指標體系，已成為森林多功能評價中不可或缺的重要技術手段。

1 研究區域概況及研究方法

1.1 研究區域概況

研究區位于吉林省汪清林業局金溝嶺林場，地理位置為 130°05′～ 130°20′E， 43°17′～43°25′N。屬長白山系，海拔為550～1 100 m。多年平均降水量600～700 mm；1月份最低氣溫在－32 ℃左右，7月氣溫最高在32 ℃左右，全年平均氣溫為3.9 ℃左右。研究區地貌屬低山丘陵，坡度一般處于5°～25°，少數陡坡在35°以上。森林植被的垂直分布特征明顯，紅松闊葉林主要分布在海拔400～600 m，以紅松為主的針闊混交林分布在600～800 m，以云、冷杉為主的針葉林分布在800～1 000 m。林場經營面積16 286 hm2。

1.2 研究方法

1.2.1 技術路線

（1）分析研究區的森林需求和森林資源特點；

（2）確定林場森林的主要功能；

（3）構建基于ArcGIS的森林多功能的評價指標體系；

（4）確定評價指標的分級和權重；

（5）小班各項功能評價得分，確定小班的主導功能；

（6）制作林場森林功能區劃圖。

1.2.2 數據及其處理

本研究收集了2007年森林資源二類調查數據、1∶1萬林相圖、1∶5萬地形圖等。

在ArcGIS平臺上。首先對金溝嶺林場林相圖中的道路、小班和林班邊界進行數字化，從而得到道路、小班和林班3個矢量圖層。其次在小班圖層屬性表中，添加坡度、生長量、林班和小班編號以及距道路和山脊線距離等屬性字段，然后對新添加的屬性字段進行設置并輸入屬性數據值，從而完成小班屬性數據庫的創建。最后掃描地形圖將等高線數字化，獲取等高線矢量圖，并以此建立數字高程模型（DEM），在此基礎上分別提取山脊線、山谷線以及矢量河流網[6-8]。

2 多功能評價指標體系的構建

2.1 需求分析

根據數據顯示，在本研究區內坡度大于25°及土層比較瘠薄的有林地、未成林地小班和其它灌木林地小班容易造成水土流失。可見，森林在水土保持方面需要發揮著重要作用。隨著東北地區經濟、社會發展、人口增長及居民生活水平的提高，東北地區對林產品的需求呈不斷增長趨勢，木材供需存在較大缺口。因此該研究區森林以木材生產功能為主。林場交通便利，林區公路和鄉（鎮）村公路已連成網絡，給林區經營生產和經濟建設提供了良好的條件。但林場現有道路的修建打破了原有的森林景觀結構，使森林景觀斑塊破碎化，隔斷了各斑塊的物種和能量的交流，而護路林的建設可以在最大程度上減少道路修建對森林景觀的影響，有利于道路兩側物種的交流和遷徙，因此應加強對護路林的建設。最終，林場的云杉和長白落葉松母樹林可以為社會提供優良種源。

由此可見，金溝嶺林場森林主要功能是水土保持、木材生產、護路功能和母樹保護。

2.2 評價指標體系構成與指標分級

根據科學性、相對獨立性和可操作性的原則。在研究區森林需求、功能結構研究基礎上[9-17]，為研究區森林的主要功能選取基于ArcGIS的評價指標，并對評價指標進行分級（見表1）。

表1 金溝嶺林場多功能評價指標體系Table 1 Multi-function evaluation factors of Jingouling Forest Farm

2.3 指標權重

根據技術規程[18]：當某地塊同時滿足不同需求時，應該以先公益林后商品林的原則進行劃分。因此在本研究區內林種的重要性從高到低依次為：母樹林、護路林、水土保持林、一般用材林。通過層次分析法，計算研究區的森林多功能的評價指標的權重（見表2）。

表2 林場森林多功能評價指標權重?Table 2 Weight of multi-function evaluation indexes for Jingouling Forest Farm

2.4 指標標準化

首先通過下式確定各小班的各項功能得分；

式（1）中：i代表小班編號，j代表森林功能評價指標編號，r代表森林主要功能編號，表示小班的功能得分，表示小班功能評價指標得分，Wj為評價指標的權重。

然后利用公式對各小班的評價得分進行標準化：

式（2）中：表示標準化后的各小班功能得分，表示各小班各項功能得分的平均值，為各小班功能評價值的標準差。

3 結果與分析

在ArcGIS平臺下，將標準化后得到的小班主要功能評價得分，分別添加到屬性列“母樹保護分值”、“護路功能分值”、“木材生產分值”和“水土保持分值”中。通過比較確定小班的主導功能。然后以各小班的主導功能為劃分依據，制作林場的多功能分布圖(見圖1)。對林場的1 403個小班進行評價得到評價結果(見表3)。

圖1 新的林場森林多功能分布Fig. 1 Multi-function distribution of new regionalized forest farm

表3 小班功能評價得分Table 3 Scores of small forest plot function

與林場原森林功能分布相比(見圖2)，原有的87個用材林小班被分別調整為護路林、母樹林和水土保持林。原主導功能為水土保持功能的小班中有6個坡度小于25°，4個距山脊線距離大于300 m，將其調整為用材林。原主導功能為護路功能的52個護路林小班由于距道路距離大于50 m且呈不規則線狀分布，所以將其調整為用材林和母樹林；同時將分布于道路兩側50 m范圍內的，符合條件的小班調整為護路林。

重新劃分后各功能區面積統計結果為：一般用材林面積為11 325.3 hm2，占總面積的70.03%；母樹林面積為1 920.8 hm2，占總面積的11.86%；護路林面積為1 350.4 hm2，占總面積的7.35%；水土保持林面積為780.6 hm2，占總面積的4.9%；其他用地面積為908.9 hm2，占研究區總面積的5.86%。與原森林區劃相比，用材林面積減少了1 691.4 hm2；母樹林面積增加了151.8 hm2；護路林面積增加了349 hm2；水土保持林面積增加了298.9 hm2。

4 結論與討論

圖2 原有林場森林功能分布Fig. 2 Function regionalization of original forest farm

（1）從評價結果可以看出，運用GIS手段進行森林多功能的評價是切實可行的，同時該方法也為森林多功能的評價研究提供了新的方法和思路。

（2）森林多功能的評價指標因子，并沒有統一的選取標準，在本研究中由于作者專業知識水平的限制，選取的森林多功能評價指標可能不夠全面，今后仍需進一步完善。

（3）森林功能的定量化評價目前還處于發展階段，首先，本研究結合研究區的實際情況，只對金溝嶺林場的功能進行了評價研究，今后還需加強對森林其他功能的評價研究；其次在本研究中僅使用了地理信息系統的空間分析功能，今后能否將地理信息系統和全球定位系統，遙感技術結合起來綜合評價研究森林的多功能是值得去探索的。

[1] 李寶俊.中國自然災害應急管理研究進展與對策[J].自然災害學報,2004,13(3):18-23.

[2] 郭 浩,步兆東,陳國山,等.遼西地區水保林樹種結構的調整及其效益的研究[J].防護林科技,2004,58(1):1-3.

[3] 王繼興,姚永剛.3S技術在八達嶺林場森林資源管理中的應用[J].北京林業大學學報,2003,25(12):15-18.

[4] 曠建軍,謝振華,彭珍寶,等.2種森林價值估算方法的對比分析——以湖南省南岳樹木園為例[J].中南林業科技大學學報,2010,30(5):29-34.

[5] 張秋良,春 蘭,吳 彤,等.內蒙古蠻漢山森林生態系統服務功能的評估[J].中南林業科技大學學報,2011,31(12):43-48.

[6] 靳海亮,康建榮,高井祥.利用等高線數據提取山脊(谷)線算法研究[J].武漢大學學報(信息科學版), 2005(9):809-811.

[7] 劉澤慧,黃培之.DEM數據輔助的山脊線和山谷線提取方法的研究[J].測繪科學,2003(4):33-36.

[8] 楊騰鋒,王國輝,高北晨,等.模糊綜合評判在提取特征線上的應用[J].鐵路航測,1999(2):9-11.

[9] 劉東蘭,鄭小賢,李金良.森林經營環境影響評價的探討[J].北京林業大學學報,2004,26(2):16-20.

[10] 洪 軍,蔡體久.基于GIS的森林分類經營區劃[J].東北林業大學學報,2002(4):15-18.

[11] 胡 陽,劉東蘭,鄭小賢.基于WebGIS的森林健康評價與區劃專家支持系統的設計與實現[J].林業調查規劃,2011,36(4):1-4.

[12] 李金良,鄭小賢.北京地區水源涵養林健康評價指標體系的探討[J].林業資源管理,2004,2(1):31-34.

[13] 蔣桂娟,鄭小賢,寧楊翠.林分結構與水源涵養功能耦合關系研究——以北京八達嶺林場為例[J].西北林學院學報,2012,27(2): 175-179.

[14] 趙 靜,劉東蘭,鄭小賢,等.GIS在金溝嶺林場森林多功能評價中的應用[J].西北林學院學報,2010,25(6):207-209.

[15] 趙學明,劉東蘭,鄭小賢.北京八達嶺林場森林多功能評價指標體系探討[J].林業資源管理,2010(10):3～5.

[16] 王 威,鄭小賢,寧楊翠.北京山區水源涵養林典型森林類型結構特征研究[J].北京林業大學學報,2011,33(1):60-63.

[17] 胡 陽,劉東蘭,鄭小賢.基于GIS和RS的八達嶺林場森林健康評價[J].林業科技開發,2011,25(5):58-61.

[18] 國家林業局主編.森林資源規劃設計調查主要技術規定[M].北京:中國標準出版社,2003:8-11.

Construction of multi-functional evaluation system for Jingouling Forest Farm

LIU Bo-yun1, ZHAO Jing2, LIU Dong-lan1, ZHENG Xiao-xian1(1. Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083,China ;2.Liaoning Forestry Vocation-Technical College, Shenyang 110101, Liaoning, China)

According to the social requirements and forest resources survey data, by taking the Jingouling Forest Farm of Wangqing Forestry Bureau in Jilin Province as an example, the forest multi-function evaluation system was established with ArcGIS platform and using Analytic Hierarchy Process.The impact extent of different evaluation factors on sub-lots with the application of ArcGIS spatial was analyzed. The multi-functions of the Nature Reserve, etc. seed tree protection, wood production, road maintenance, soil and water conservation were evaluated and the forest farm’s forest function regionalization map was drawn. The results show that the evaluation results are consistent with the forest management goals, while also meet the distribution features that Nature Reserve forest, timber forest and seed tree production forest are in planar shape, soil and water conservation forest is in point shape and road protective forest is in linear shape.

forest multi-function evaluation; evaluation indicator; GIS; Jingouling Forest Farm

S718.5

A

1673-923X(2012)12-0158-04

2012-10-03

林業公益性行業科研專項《我國典型森林類型健康經營關鍵技術研究》（20100400203）

劉波云（1989-），男，內蒙古人，碩士，主要研究方向為3S技術集成及系統開發；E-mail：liuboyun0216@126.com

鄭小賢（1956-），男，上海人，教授，博士生導師,主要研究方向為森林可持續經營理論與技術；

E-mail：zheng8355@bjfu.edu.cn

[本文編校：文鳳鳴]