阿壩州林地保護(hù)利用規(guī)劃林地落界方法探討

楊代強(qiáng)，賴元長

(四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川成都 610081)

林地落界是指依據(jù)現(xiàn)有森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查和公益林區(qū)劃界定等成果，以DOM為基礎(chǔ)，通過遙感判讀核實，輔以適當(dāng)?shù)默F(xiàn)地調(diào)查，按照林地落界基本條件和精度要求，落實現(xiàn)有林地和依法可用于林業(yè)發(fā)展的其它土地的邊界和圖斑［1］。隨著人類社會的發(fā)展，出現(xiàn)了全球氣候變暖、水土流失加劇、水資源緊缺、資源過度消耗等日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境危機(jī)。而林地作為國家重要的自然資源和戰(zhàn)略資源，是人類賴以生存和發(fā)展的根基，在保障木材及林產(chǎn)品供給、維護(hù)國家生態(tài)安全具有核心地位，在應(yīng)對生態(tài)環(huán)境危機(jī)中具有舉足輕重的地位［2］。而林地落界的成果是高效、合理配置林地資源的基礎(chǔ)，也是制定林地保護(hù)利用規(guī)劃的必要前提。林地落界作為林地保護(hù)利用規(guī)劃中的重要內(nèi)容，通過林地落界可以真實反映林地資源現(xiàn)狀及其空間分布格局，進(jìn)一步建成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的全覆蓋林地“一張圖”和林地管理數(shù)據(jù)庫，形成系統(tǒng)完整的林地保護(hù)利用規(guī)劃檔案［3］。

阿壩州是長江上游重要的水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)區(qū)，同時也是四川省的重要林區(qū)。長期以來，由于人們對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的意識差和木頭經(jīng)濟(jì)的驅(qū)使，導(dǎo)致對該地區(qū)資源利用的不合理，生態(tài)屏障的保護(hù)作用越來越弱［4］，造成阿壩州成為水土流失最嚴(yán)重和生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一。林地保護(hù)利用規(guī)劃實施以來，全國各地區(qū)都積極的編制林地保護(hù)利用規(guī)劃文本和林地落界工作，形成了很多有價值的成果。目前很多學(xué)者對林地保護(hù)利用規(guī)劃和林地檔案數(shù)據(jù)庫的方法進(jìn)行了大量研究［5-7］，然而對林地落界方法的研究還鮮有報道。本文選擇阿壩州作為研究區(qū)，探討林地落界的具體方法，為阿壩州林地保護(hù)利用規(guī)劃的科學(xué)編制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以期促進(jìn)阿壩州森林資源的合理利用，改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識，實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

阿壩州國土總面積8.3×104km2，地處岷江上游，青藏高原東緣的橫斷山地帶，四川省的西北部，介于東經(jīng) 100°30'～104°27'，北緯 30°35'～ 34°19'。氣候類型多樣，西北部的丘狀高原屬大陸高原性氣候，年平均氣溫0.8℃ ～4.3℃，山原地帶為溫涼半濕潤氣候，年平均氣溫5.6℃ ～8.9℃，高山峽谷地帶，氣候垂直分布明顯從亞熱帶到溫帶、寒溫帶、寒帶氣候;水資源豐富，水力資源可開發(fā)量6.36×106kW［8］;海拔820 m ～6 250 m，相對高差大，地形由西北向東南高低梯次變化;地貌以高原和高山峽谷為主，土壤類型以亞高山草甸土為主，地帶性植被以海拔從高到低依次為終年積雪、高山寒凍帶稀疏墊狀草本、高山高原寒溫帶灌叢草甸、高山山原溫帶-寒溫帶暗針葉林、高山暖溫帶針闊葉混交林、山地亞熱帶常綠闊葉林。

2 研究資料

2.1 研究數(shù)據(jù)

1∶10 000比例尺DOM遙感影像數(shù)據(jù);2008年分類區(qū)劃界定成果;森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù);國土二調(diào)數(shù)據(jù)和圖面資料;1∶100 000或1∶50 000比例尺地形圖;土壤類型分布圖;數(shù)字高程模型(DEM);其它專項調(diào)查資料。

2.2 研究軟件

ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，Map2Shp軟件。

3 研究方法

林地落界方法是利用SPOT-5遙感影像采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄌ崛⊙芯繀^(qū)解譯小班，結(jié)合地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將林地及其利用狀況落實到山頭地塊，以期為各級林地保護(hù)利用規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.1 研究區(qū)邊界的確定

利用Map2Shp軟件將國土二調(diào)資料中的XZQ和JHTB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SHP格式數(shù)據(jù)，結(jié)合分類區(qū)劃數(shù)據(jù)，參照分辨率為2.5 m的SPOT-5遙感影像，通過人工矢量化的方式，將界線精確畫到相應(yīng)的山脊、河流、溝谷地區(qū)，從而完成研究區(qū)邊界矢量化工作。

3.2 林班界線的落界

3.2.1 林班界線的矢量化

選取研究區(qū)已進(jìn)行預(yù)處理后的SPOT-5遙感影像及地形圖，作為林班界線提取的圖像資料。運用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件中的簡化(Dissolve)工具提取分類區(qū)劃中的林班界線，基于SPOT-5遙感影像，對照分類區(qū)劃林班界線，采用人工矢量化方式，根據(jù)影像中的山脊、河流、溝谷進(jìn)行研究區(qū)林班界線的勾繪，從而獲得矢量格式的林班界線。對于影像上被雪覆蓋或者可以斷定原界線本來就沒有按山脊河流走的，可以根據(jù)已畫部分與原界線相對位置繼續(xù)畫。也可以將分類區(qū)劃的林班移動到與已畫部分基本重合，然后直接按原界線畫(僅指無法辨識山脊河流部分)。

3.2.2 林班界線的賦值

基于研究區(qū)分類區(qū)劃林班圖層，利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件中的空間連接(Spatial Join)工具，將分類區(qū)劃林班圖層中的屬性賦值到人工勾繪的林班圖層中，并檢查兩個林班圖層的林班個數(shù)，林班屬性值是否匹配。然后按《落界技術(shù)細(xì)則》9.4.3、9.4.4、9.4.5的要求完成鄉(xiāng)鎮(zhèn)場、村作業(yè)區(qū)、林班三級圖層編輯，從而得到準(zhǔn)確的林班界線，林班界線具體屬性字段見表1。

表1 林班屬性字段表

3.3 解譯小班的落界

3.3.1 建立解譯標(biāo)志

建立解譯標(biāo)志就是利用實地調(diào)查，分析各地類的特點。其野外調(diào)查主要以線路調(diào)查為主，結(jié)合GPS定點調(diào)查，點面相結(jié)合進(jìn)行。調(diào)查線路選擇的原則是:根據(jù)影像圖和交通條件選設(shè)調(diào)查路線，線路應(yīng)選擇研究區(qū)不同的地貌、森林類型和土地利用類型。根據(jù)各地類在影像上的色調(diào)、紋理、大小、幾何形狀、地形地貌及地理位置(包括地名)等因素，在野外建立影像與實地的一一對應(yīng)關(guān)系，形成目視解譯標(biāo)志表。

3.3.2 解譯小班的判讀

基于ArcGIS9.3地理信息系統(tǒng)，采用省森林資源和荒漠化監(jiān)測中心自主開發(fā)的“林地落界插件”，結(jié)合目視解譯標(biāo)志表，對解譯小班進(jìn)行判讀，然后利用“林地落界插件”對解譯小班進(jìn)行地類、優(yōu)勢樹種、齡組、郁閉度、平均胸徑、公頃蓄積6個因子屬性的錄入。

3.3.3 解譯小班處理

利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件中的簡化(Dissolve)工具提取林班面中的鄉(xiāng)界，將研究區(qū)按鄉(xiāng)界分為若干塊，按鄉(xiāng)組織解譯圖斑拼接。然后運用ArcGIS軟件的拓?fù)涔ぞ?Topology)對完成拼接的解譯小班進(jìn)行拓?fù)錂z查，進(jìn)一步按照小班面圖層平滑處理要求對通過拓?fù)錂z查的解譯小班進(jìn)行平滑處理。

3.3.4 解譯小班其他屬性因子的提取

3.3.4.1 地形因子的提取

DEM(數(shù)字高程模型)作為對地面形態(tài)的二維表達(dá)，廣泛的應(yīng)用于地形地勢的評價。本次研究采用國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺提供的90m分辨率的DEM［6］數(shù)據(jù)提取研究區(qū)的坡度、坡向。利用 Arc-GIS9.3軟件空間分析模塊(Spatial Analyst)的Aspect工具生成研究區(qū)坡向和坡度圖，生成的坡向圖默認(rèn)是10個坡向類型的柵格圖，坡度圖默認(rèn)是9個坡度類型的柵格圖。然后用空間分析模塊(Spatial Analyst)的Reclassify工具，按照表2將坡向、坡度分別重分類為9類和6類。將重分類的坡向、坡度柵格圖通過轉(zhuǎn)化模塊(Conversion Tools)中的From Raster工具，生成坡向、坡度矢量圖層。

坡位數(shù)據(jù)采用國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺提供的格式為 GeoTiff，分辨率為90m 的坡位數(shù)據(jù)產(chǎn)品［9］，然后用空間分析模塊(Spatial Analyst)的Reclassify工具，參照表2對坡位圖賦上相應(yīng)級別的代碼。將重分類的坡位柵格圖通過轉(zhuǎn)化模塊(Conversion Tools)中的From Raster工具，生成坡位矢量圖層。

阿壩州有高山、中山和山原3種地貌類型，根據(jù)海拔和所處地理位置利用計算機(jī)分區(qū)域分類型統(tǒng)一賦值，生成研究區(qū)地貌矢量圖層。

表2 地形因子代碼表

3.3.4.2 交通區(qū)位因子的提取

利用Map2Shp軟件將國土二調(diào)資料中的DLTB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SHP格式數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用ArcGIS-9.3軟件生成研究區(qū)道路圖層，參照分辨率為2.5 m的SPOT-5遙感影像，對提取的道路圖層校正到影像上相應(yīng)位置。然后采用緩沖(buffer)工具，根據(jù)解譯小班與相關(guān)道路的距離，參照交通區(qū)位代碼表(表3)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對道路圖層依照道路等級從高到低進(jìn)行緩沖，將縣域內(nèi)的林地交通區(qū)位劃分為1、2、3、4、5級，從而獲得具有屬性值的交通區(qū)位圖層。

表3 交通區(qū)位代碼表

3.3.4.3 土壤因子的提取

基于1∶3 000 000比例尺四川農(nóng)業(yè)土壤分布圖，利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，采用人工矢量化的方式，綜合中國土壤數(shù)據(jù)庫［10］有關(guān)資料將研究區(qū)森林土壤類型及厚度確定為山地褐土海拔1 100 m～2 800 m，厚度80 cm;山地棕壤海拔2 800 m～3 800 m，厚度85 cm;山地灰化土海拔3 500 m～4 200 m，厚度80 cm;山地草甸森林土海拔3 500 m～4 200 m，厚度70 cm;沼澤土海拔3 400 m～4 000 m，厚度100 cm;高山草甸土海拔4 000 m，厚度30 cm，參照土壤類型代碼表(表4)生成研究區(qū)土壤類型和土壤厚度矢量圖。

表4 土壤類型代碼表

3.3.4.4 林地質(zhì)量等級的提取

林地質(zhì)量等級劃分是利用地形、土壤、植被因子，結(jié)合交通區(qū)位等指標(biāo)，采用定性和定量評價相結(jié)合的方法，針對林地區(qū)劃小班按照多因子分層次進(jìn)行質(zhì)量評分，劃分相應(yīng)質(zhì)量等級，綜合評定林地生產(chǎn)力等級。林地質(zhì)量等級作為林地落界中的一個重要因子，林地質(zhì)量等級評定的準(zhǔn)確與否，將影響林地保護(hù)利用規(guī)劃的科學(xué)性和合理性［11］。本研究選取土壤類型、土壤厚度、坡度、坡向、坡位和交通區(qū)位等6項因子，采用層次分析法，對研究區(qū)林地質(zhì)量進(jìn)行評價。

林地質(zhì)量計算公式如下:

式中:EEQ——林地質(zhì)量綜合評分值(0-10);

Vi——各項指標(biāo)評分值(0-10);

Wi——因子的權(quán)重(0-1)。

根據(jù)林地質(zhì)量綜合評分值，劃分為Ⅰ級(分值≤2)、Ⅱ級(2～4)、Ⅲ級(4～6)、Ⅳ級(6～8)和Ⅴ級(9～10)5個等級。

根據(jù)交通區(qū)位、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤類型6個因子的林地宜林程度差異，確定各項因子的權(quán)重分別為 0.10、0.20、0.10、0.10、0.30、0.20。

基于ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，將前邊提取的坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤類型等圖層，按照表的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類，并賦予相應(yīng)等級的分值，然后利用ArcGIS-9.3的空間分析模塊(Spatial Analysis)中的柵格計算功能(Raster Calculator)，根據(jù)林地質(zhì)量計算公式，計算出研究區(qū)林地質(zhì)量等級圖層。

3.3.4.5 林地保護(hù)等級的提取

林地保護(hù)等級劃分基于研究區(qū)的實際狀況，在林地利用分類的基礎(chǔ)上，堅持全面保護(hù)與突出重點相結(jié)合的原則，根據(jù)生態(tài)脆弱性、生態(tài)區(qū)位重要性以及林地生產(chǎn)力等指標(biāo)，利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，參照四川省“保護(hù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)”，對研究區(qū)的林地賦予對應(yīng)的保護(hù)等級，生成研究區(qū)林地保護(hù)等級矢量圖層。

3.3.5 解譯小班的賦值

基于ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，采用圖面與屬性交互方式，利用空間連接(Spatial Join)工具將解譯小班與已知屬性圖層進(jìn)行連接，對解譯小班進(jìn)行屬性編輯，完成解譯小班的賦值。

解譯小班中的縣、鄉(xiāng)、村、林業(yè)局、林場、作業(yè)區(qū)、林班、地貌、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤類型、交通區(qū)位、林地質(zhì)量等級、林地保護(hù)等級等屬性的賦值，采用分析工具(Analysis Tools)中的空間連接模塊(Spatial Join)分別將林班圖層、地形因子圖層、土壤因子圖層、交通區(qū)位圖層、林地質(zhì)量等級圖層、林地保護(hù)等級圖層中的屬性因子連接到解譯小班屬性表中。地類、齡組、郁閉度、優(yōu)勢樹種、平均胸徑、公頃蓄積等6個因子在解譯小班判讀過程中已對解譯小班進(jìn)行了屬性錄入。土地權(quán)屬、國家級公益林保護(hù)等級參照分類區(qū)劃，利用空間連接(Spatial Join)工具，將分類區(qū)劃中的屬性賦值到解譯小班中。

解譯小班林種賦值根據(jù)分類區(qū)劃，選一個最多的亞林種，將所有圖斑LIN_ZHONG屬性賦為亞林種代碼，然后根據(jù)分類區(qū)劃的其他林種少量修改;森林類別賦值根據(jù)林種統(tǒng)一賦值，先將防護(hù)和特用統(tǒng)一賦值為代碼11，用材和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一賦值為代碼21，薪炭賦值為代碼22，然后再結(jié)合框架編制時的功能分區(qū)及保護(hù)等級進(jìn)行修改;阿壩州國家級公益林比重很大，先將公益林賦值代碼10，再根據(jù)分類區(qū)劃將地方公益林調(diào)整為代碼20，完成解譯小班事權(quán)等級賦值;工程管理類別賦值先將阿壩州全部林地賦值為天保代碼11，然后分別對退耕代碼30，石漠化治理代碼42，野生動植物保護(hù)及自然保護(hù)區(qū)建設(shè)工程代碼51、52、53、54、速生豐產(chǎn)林基地建設(shè)工程代碼60、全國濕地保護(hù)工程代碼70。阿壩州內(nèi)一般情況是純天然林多，人工林少，先將所有圖斑的QI_YUAN賦值為11，然后根據(jù)其他起源情況進(jìn)行修改，完成解譯小班起源賦值。

利用專業(yè)調(diào)查資料和相關(guān)資料完成解譯小班的濕地類型、土地退化類型、災(zāi)害類型、災(zāi)害等級、是否為補(bǔ)充林地、林地功能分區(qū)、主導(dǎo)功能分區(qū)等7個字段的賦值。

3.4 林地落界數(shù)據(jù)庫的建立

解譯小班賦值完成后，對屬性表進(jìn)行全面檢查，非林地除保留權(quán)屬、地類因子和耕地的坡度值外，不保留其他屬性因子;除有、疏、灌保留林種和起源因子外，其他地類不保留林種和起源因子;除權(quán)屬因子可以保留漢字字段和屬性外，其他一律不得有漢字字段和屬性。檢查完成后對全縣數(shù)據(jù)拼接，計算各類土地面積，與原分類區(qū)劃各類土地面積和省下發(fā)規(guī)劃基期指標(biāo)對照，找出差距原因，待與各方協(xié)調(diào)后，再進(jìn)行驗證修改。進(jìn)一步導(dǎo)入行政界線專題、林地專題、其他專題等相關(guān)數(shù)據(jù)圖層，建立研究區(qū)林地落界矢量數(shù)據(jù)庫。

3.5 技術(shù)路線

林地落界技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 林地落界技術(shù)路線

4 討論

以阿壩州作為案例區(qū)進(jìn)行林地落界方法研究，具有區(qū)域典型性和方法前瞻性。隨著3S技術(shù)的快速發(fā)展以及在林業(yè)中的應(yīng)用［12，13］，通過遙感衛(wèi)星影像獲得準(zhǔn)確的林地信息則是一種新的、經(jīng)濟(jì)有效的手段，利用遙感處理技術(shù)則可以有效地對林地邊界進(jìn)行確定。本次研究基于林地保護(hù)利用規(guī)劃林地落界技術(shù)規(guī)程［1］，結(jié)合3S技術(shù)對林地落界方法進(jìn)行了探討，為阿壩州林地保護(hù)利用規(guī)劃打下了重要基礎(chǔ)，對全面提升林地管理和決策水平具有十分重要的作用。通過實踐表明，林地落界方法切實可行，但也存在一定問題，由于遙感影像存在同物異譜，同譜異物，以及受外界云，雪等因素的干擾，造成林地落界面積與森林分類區(qū)劃界定成果和國土二調(diào)數(shù)據(jù)中的林地面積出現(xiàn)一定程度差異，如何處理這幾種資料的林地面積差異將是下一步工作的重點和難點。

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［9］數(shù)據(jù)來源于全球科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http://datamirror.csdb.cn).

［10］中國土壤數(shù)據(jù)庫(http://www.soil.csdb.cn).

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