基于柵格單元的林地質量等級評價研究

李 滿，潘姿妮，韋建波

(廣西壯族自治區林業勘測設計院，廣西南寧 530011)

林地是國民經濟發展的基礎性自然資源，是林業發展最重要的生產資料，林地保護事關國土生態安全和人類共同危機[1]。林地為人類存在提供了良好的環境，同時，又為人類提供了木材和其他林、副、特產品等必需的生活資料。隨著生態建設越來越受到重視，林業發展迎來了很大的發展機遇，適地適樹、精準造林，最大限度地提高造林成活率，做大做強精準林業是林業順利發展的重要前提，而立地條件的精準評價成為精準林業的前提條件。林地質量等級劃分不僅能夠為科學確定林地的生產能力提供基礎數據，而且通過研究林地的質量及其分布狀況，能夠為林地保護利用規劃提供依據。目前，國內外林地質量評價方法很多，主要有立地指數導向曲線法、專家打分法等，也有部分研究應用3S技術進行林地質量評價，但相關研究比較少，研究方法的應用仍不廣泛[1-2]。應用3S技術進行林地質量評價能夠減少前期工作量，提高立地評價效率，是立地評價的主要方法之一。林地質量等級的科學評定有利于合理地進行林地利用規劃，科學地進行林地結構的改造，對于林業生產發展具有十分重要的作用和意義[3]。

在通常的林業生產工作中，林地質量評價的方法主要有2種：一種是以森林資源規劃設計調查結果中的小班數據為評價的統計單位，也就是基于小班矢量數據的林地質量評價方法；另一種是從優勢樹種的生長狀況研究林地質量。其中以小班為評價單位的評價方法具有以下缺點：①評價的統計精度過大。以廣西百色市右江區為例，該區共有林地371 964.2 hm2，小班總數量為98 481個，平均每個小班面積3.8 hm2，相當于30 m分辨率的柵格數據的42個像元。過粗的統計精度對于林地質量的評價結果會產生一定的影響。②依據森林資源調查劃分的小班并不適合進行林地質量評價。森林資源規劃設計調查中的小班劃分條件是以森林資源調查與經營管理的需要為主要依據，并未考慮林地質量評價中的立地條件因素，如坡度、坡向、坡位以及交通區位等。結果劃分的小班中每一個小班不管其面積多大，覆蓋范圍多廣，形狀各異，立地條件如何，其小班的立地屬性均取唯一值，基于小班而進行的林地質量評價就會與林地的實際立地條件產生很大的誤差。③小班劃分的精度難以保證。在通常的林業調查規劃設計中，記錄每一小班的屬性時大多以人眼所見為準，從而造成比較大的誤差，比如立地主要影響因素的坡度、坡向、交通區位等不能夠精確得到，一般都是估計值，人為因素影響了立地質量的評價結果。而以優勢樹種的生長狀況研究林地質量也有其不足之處：①該方法往往需要數十年的時間才能得到優勢樹種的相關數據；②某區域的優勢樹種生長情況并不能反映林地的立地條件；③從優勢樹種生長狀況研究林地質量，增加了質量評定的復雜性與不可比性，評定過程也比較費時。綜合考慮以上2種方法的缺點，筆者以右江區為例，研究如何利用柵格像元數據方法快速科學地評價林地質量，為林業生產發展提供科學依據。

1 研究區概況

右江區位于廣西壯族自治區西部，地處106°07′～106°56′E，23°33′～24°18′N，東南接田陽，西南鄰德保、靖西，西與云南毗鄰，西北與田林接壤，東北是巴馬，北部與凌云縣交界。東西最大橫距84 km，南北最大縱距82 km，右江區土地總面積3 713 km2，城區有右江與澄碧河穿城而過。

2 數據來源與研究方法

2.1數據來源研究所用數據為2009年右江區森林資源調查結果數據、2009年土壤調查成果數據和右江區30 m分辨率的DEM數據。

2.2研究方法

2.2.1評價指標。林地質量受到自然環境條件和社會條件的雙重影響，在此，綜合考慮了兩方面的相關因素，為快速評價林地質量，筆者選取土層厚度、土壤類型、坡度、坡向、坡位和交通區位六大因素作為林地質量評價指標[4-8]。

2.2.2評價方法。根據前述林地質量評定因子，按公式(1)計算林地質量綜合評分值。

(1)

式中，EEQ為林地質量綜合評分值；Vi為各項指標評分值；Wi為因子的權重。各項指標評分按Ⅰ級賦值為1，Ⅱ級賦值為2，Ⅲ級賦值為3，Ⅳ級賦值為4，Ⅴ級賦值為5來進行。

根據林地質量綜合評分值，將林地劃分為5個等級，即Ⅰ級(1≤分值<2)、Ⅱ級(2≤分值<3)、Ⅲ級(3≤分值<4)、Ⅳ級(4≤分值<5)和Ⅴ級(分值≥5)，詳見表1。

表1 相關因子數量化等級值

2.2.3數據處理流程。基于柵格單元林地質量評價的核心是評價指數的柵格化數據的獲取。首先以DEM柵格數據為基礎，分別通過水文分析和坡度坡向分析獲取研究區坡度、坡向柵格數據，山脊、山谷與平地矢量數據，并以山脊、山谷與平地矢量數據為基礎數據，通過距離分析獲取坡位柵格數據；其次，以DEM為基礎數據，分別通過坡度分析、坡向分析和高程分級，獲得區域的坡度、坡向和海拔分級因子；再次，以土壤類型圖調查數據為基礎數據，如為矢量數據則柵格化，分別獲取土壤土層厚度柵格數據和土壤腐殖質層厚度柵格數據；最后，依據公式(1)獲得林地質量評價結果圖，數據處理流程見圖1。

2.2.4研究方法。首先，根據2009年右江區森林資源調查結果數據和2009年土壤調查成果數據，獲取每個小班的評價指標，并依據評價方法計算每一小班的林地質量等級。其次，以2009年土壤調查成果數據和右江區30 m分辨率的DEM數據為基礎數據源，利用GIS技術中的空間分析方法，以圖1所示流程分別獲取每一柵格單元的評價指標，并依據上述評價方法評定每一柵格單元的質量等級。最后，通過空間對比和統計分析，研究2種評定方法的優缺點。

3 結果與分析

圖1 數據處理流程Fig.1 Data processing flow

3.1基于柵格單元的林地質量等級分布由表2可知，右江區 Ⅰ 級林地9 143.6 hm2，占2.46%；Ⅱ 級林地203 878.7 hm2，占54.88%；Ⅲ 級林地126 000.6 hm2，占33.92%；Ⅳ 級林地32 418.0 hm2,占8.73%，呈現出林地質量主要分布在 Ⅱ、Ⅲ 級的近正態分布。在空間分布上，Ⅰ 級林地主要分布在交通條件較好的平地、谷地兩側和下坡林地，呈塊狀、條帶狀分布；Ⅱ 級林地主要分布在交通條件比較差的谷地、下坡林地和交通條件較好的中、上坡林地；Ⅲ 級林地主要分布在交通條件較差的中、上坡林地，以及距離交通道路和居民點較近的脊部林地；Ⅳ 級林地主要分布在地勢陡峭的林地、交通條件較差的脊部林地，與實際情況比較接近(圖2)。

表2 右江區基于柵格單元的林地質量等級分布

圖2 右江區基于柵格單元的林地質量等級分布Fig.2 Grade distribution of woodland quality based on raster cells in Youjiang Region

3.2基于小班矢量數據評價的林地質量等級分布為了比較基于柵格單元評價方法與基于小班矢量數據評價方法的優劣性，筆者也以相同的評價指標對以小班為調查單元的矢量數據進行林地質量評價，結果見表3和圖3。結果表明，Ⅰ級林地減少許多，平地、谷地兩側的林地質量評價等級明顯偏低，不再呈現出實際情況的沿河谷平原呈帶狀分布；小班矢量數據評價結果Ⅲ級林地相對柵格單元評價結果Ⅲ級林地范圍更大。

圖3 右江區基于小班矢量數據評價的林地質量等級分布Fig.3 Grade distribution of woodland quality based on vector plaques data in Youjiang Region

統計單位StatisticalAunit合計Totalhm2Ⅰ級面積Areahm2比例Propor?tion∥%Ⅱ級面積Areahm2比例Propor?tion∥%Ⅲ級面積Areahm2比例Propor?tion∥%Ⅳ級面積Areahm2比例Propor?tion∥%龍景街道LongjingStreet29284．03197．910．9226054．788．9731．40．1100永樂鄉YongleTownship32830．03785．211．5328994．088．3244．60．146．20．02汪甸鄉WangdianTownship54105．62436．04．5049262．491．052378．74．4028．40．05陽圩鎮YangweiTown63675．54464．47．0156842．989．272339．03．6729．20．05大楞鄉DalengTownship63238．65079．08．0354278．685．833763．75．95117．40．19泮水鄉PanshuiTownship24551．51114．04．5421061．485．782360．79．6215．40．06四塘鎮SitangTown36745．35583．615．2030991．284．34160．10．4410．40．03龍川鎮LongchuanTown40328．72745．76．8136586．190．72943．22．3453．70．13百城街道BaichengStreet4679．4519．211．104003．885．56149．93．206．40．14百林林場BailinForestFarm11409．1640．35．619654．884．621114．09．7600林科所InstituteofForestryScience2083．2104．45．011721．482．63253．412．164．10．19陽圩農場YangweiFarm5555．3268．34．835060．891．10226．34．0700百色監獄BaisePrison3475．9293．98．452525．372．65656．718．8900合計Total371962．130231．88．13327037．487．9214421．83．88271．10．07

4 討論

通過比較，發現2種評價結果存在比較大的差異。與柵格單元方法相比，小班矢量數據評價方法評定結果與實際相比偏差比較大。通過比較評價因子，發現人為目視調查的坡度、坡向、坡位與通過GIS空間分析的結果相差較大，究其原因，一是認為目視調查對坡度、坡向的判斷具有相對隨意性，精確性較差，二是評價單元大小精度不一樣，小班矢量數據相對柵格像元而言經過了一定程度的概括，精度相對降低；而坡位數據的差異主要是由于有部分小班跨越不同的坡位，在坡位的取舍上存在不確定因素，降低了評價因子的精度，因而造成了坡位評價因子在2種方法上的不同；而在交通區位上認為判斷也存在一定程度的誤差。

總之，基于柵格單元的林地質量評定方法比基于小班矢量數據的評定方法更加科學、準確、精確、高效，統計結果更加接近正態分布，而且減少了許多外業工作量，但其在數據

處理上，尤其是在坡位數據的提取上計算數據量更大，耗時相對較多，而且對計算機的要求也相對更高。

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