基于3S技術(shù)的吉林省靖宇縣林下人參自然生境分析

杜會(huì)石，相恒星，楊越

（1.吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林四平136000 2.河北民族師范學(xué)院物理系，河北承德067000）

基于3S技術(shù)的吉林省靖宇縣林下人參自然生境分析

杜會(huì)石1*，相恒星1，楊越2

（1.吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林四平136000 2.河北民族師范學(xué)院物理系，河北承德067000）

為研究林下人參的自然生境，本文基于3S技術(shù)，利用ERDAS、ArcGIS等軟件對(duì)Landsat8遙感影像進(jìn)行解譯分析處理，并提取坡度、坡向、海拔等地形因子參數(shù)，進(jìn)行林下人參適宜生長(zhǎng)環(huán)境因子分析。結(jié)果表明，林下人參適宜生長(zhǎng)的坡度范圍是6～24°，坡向?yàn)镹坡、NE坡，海拔高度為506～767m。3S技術(shù)的應(yīng)用，為林下人參自然生境分析提供了定量的研究方法，林下人參的自然生境研究對(duì)吉林省人參主產(chǎn)地區(qū)靖宇縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。

3S技術(shù)；林下人參；自然生境；靖宇縣

林下人參是指在林下人工播種山參種子，經(jīng)人工模擬山參環(huán)境，不使用人工管理，并經(jīng)多年自然生長(zhǎng)的人參[1]。人參是百草之王，屬東北名貴藥材之一，很多年以前人們就用它來(lái)治療和預(yù)防疾病[2]。人參含多種養(yǎng)分，可促進(jìn)血液循環(huán)、擴(kuò)張毛細(xì)血管、使皮膚潤(rùn)白、加強(qiáng)頭發(fā)韌性[3]?！渡褶r(nóng)本草經(jīng)》也曾記載了人參的功效，人參較高的藥用價(jià)值帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)收益。林下人參種植業(yè)的發(fā)展不但能滿足市場(chǎng)的需求，而且對(duì)保護(hù)森林資源和生態(tài)環(huán)境也起到重要作用[4]。因而，探究林下人參的自然生境具有重要科學(xué)價(jià)值。

靖宇縣地處長(zhǎng)白山西麓，臨近松花江上游左岸，作為人參種植的特殊地區(qū)，應(yīng)提高人參種植的科學(xué)性，發(fā)揮人參的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展[5]。該區(qū)適宜的氣候和土壤條件，使這里享有豐富的森林資源，森林覆蓋率高達(dá)76.8%。但由于野生人參生長(zhǎng)緩慢且所需生長(zhǎng)條件苛刻，使得東北野生人參面臨消失的危險(xiǎn)情況[6]。因此，依托靖宇縣優(yōu)良的資源環(huán)境，大力發(fā)展林下人參，合理培植，不僅能夠有效的利用資源，而且為該縣人民開辟了一條致富的新途徑，加快實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的步伐。目前，關(guān)于林下人參生長(zhǎng)環(huán)境的研究，主要是以適應(yīng)園參栽培的理論需求為宗旨[7]，而研究林下人參的自然生境可為科學(xué)的選擇林地，促進(jìn)人參種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System簡(jiǎn)稱GIS)、遙感(Remote Sensing System簡(jiǎn)稱RS)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，通常簡(jiǎn)稱GPS）的統(tǒng)稱[8]。以往林下人參的栽培需要大量的人力去監(jiān)測(cè)、觀察，而且多得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差也較大，若有效的利用3S技術(shù)不但節(jié)省人力物力，所得結(jié)果也更加精確。在3S技術(shù)的支持下使研究林下人參自然生境更加系統(tǒng)化，定量化，科學(xué)化。GIS是20世紀(jì)60年代開始逐漸發(fā)展起來(lái)的一門綜合性的空間數(shù)據(jù)處理技術(shù)[9]，可以利用GIS平臺(tái)獲取林下人參地的高程，坡度、坡向等地形因子，RS是地學(xué)分析的重要數(shù)據(jù)源，而GPS測(cè)量技術(shù)具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等特點(diǎn)[10]。GPS可以確定林下人參地的精確位置，為RS和GIS提供準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)，而GIS強(qiáng)大的空間分析功能更為GPS和RS提供了有效的技術(shù)支撐。3S技術(shù)對(duì)研究林下人參自然生境起到了非常重要的作用，可為定量分析提供科學(xué)的理論依據(jù)，進(jìn)而能模擬出較好的野山參生長(zhǎng)環(huán)境，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。而加強(qiáng)對(duì)該區(qū)人參產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的研究具有十分重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。

1　數(shù)據(jù)源與處理方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用的數(shù)據(jù)包括，2010年靖宇縣人參地GPS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、靖宇縣ASTER GDEM（V.1）數(shù)據(jù)、2013年靖宇縣Landsat8遙感影像、靖宇縣行政區(qū)劃圖等。

1.2數(shù)據(jù)處理

1.2.1人參地的分析

DEM數(shù)據(jù)的處理包括數(shù)據(jù)輸入和拼接。采用計(jì)算AOI(Automatic Optic Inspection)的拼接方式和羽化的邊界處理方法，拼接后的圖像覆蓋靖宇全縣。信息提取利用ERDAS軟件將兩幅地形圖像進(jìn)行拼接，后在ArcGIS中加入人參地遙感圖像，并對(duì)人參地遙感圖像進(jìn)行數(shù)字化，最后在ArcGIS中，按1: 5000米的比例尺，輸出成圖。

1.2.2坡度、坡向分析

基于ArcGIS平臺(tái)，運(yùn)行Spatial analyze，設(shè)置分析參數(shù)，生成坡度圖、坡向圖。表1為人參地坡度分級(jí)及代碼，小于3.11°可視為平地。

表1　坡度分級(jí)表

1.2.3高程分析

利用ArcGIS軟件，對(duì)人參地高程進(jìn)行掩膜處理。在ArcToolbox中運(yùn)行Spatial Analyst Tools，執(zhí)行Extract by Mask生成研究區(qū)高程圖。

2　結(jié)果與分析

2.1靖宇縣林下人參用地概況

對(duì)靖宇縣人參地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，并對(duì)校正后的人參地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，再基于ArcGIS軟件對(duì)人參地的分布進(jìn)行提取說(shuō)明（圖1）。

圖1　靖宇縣林下人參分布圖

藍(lán)色區(qū)域?yàn)榫赣羁h人參地典型分布區(qū)，其分布范圍多分散在研究區(qū)周邊，西北方向比較集中。人參是草本植物，多生長(zhǎng)在陰暗、濕潤(rùn)的條件下。因而人參地多分布在避免陽(yáng)光直射的地方。人參地土壤含腐殖質(zhì)多對(duì)人參自身生長(zhǎng)有很大的益處，人參地多選肥沃疏松的土壤區(qū)域，并且多處于動(dòng)物活動(dòng)范圍較少的地方，同時(shí)要對(duì)影響人參生長(zhǎng)的雜草、植物適當(dāng)清除，當(dāng)然也要保證植物對(duì)人參的遮光效果。

2.2靖宇縣林下人參坡度分析

坡度作為對(duì)土壤影響最大的地形因子，是人參栽培過(guò)程中首要考慮的因素。坡度對(duì)水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)具有決定性的作用[11]，正確的分析坡度能達(dá)到規(guī)劃土地利用，合理配置措施的目的。因而研究林下人參的自然生境，更準(zhǔn)確的控制水土因素，解決坡度問(wèn)題是至關(guān)重要的。古老的坡度計(jì)算方法，效率低，精度低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)成本。本文對(duì)研究區(qū)進(jìn)行坡度分析，采用ArcGIS軟件的空間分析功能，不但能減少人為的主觀因素，而且具有較高的精度和效率。對(duì)靖宇縣林下人參地提取坡度，生成研究區(qū)的坡度圖（圖2）。

圖2　林下人參坡度分布圖

將坡度劃分為四個(gè)等級(jí)，0～3.11°為Ⅰ類，其區(qū)域呈淡粉色；3.11～6.34°為Ⅱ類，呈淺褐色；6.34～10.80°為Ⅲ類，呈褐色；10.80～23.88°為Ⅳ類，呈深褐色。靖宇縣林下人參多集中在6～24°褐色區(qū)域的范圍內(nèi)，表明此坡度范圍比較適宜人參的生長(zhǎng)。處于這樣的坡度，晝夜溫差小，易于形成排水溝，疏通水道，可以避免積水。人參也可以生長(zhǎng)在少量孤石，溝棱的地方，對(duì)其自身生長(zhǎng)不會(huì)造成太大影響。而陡峭的山頂和平坦的地帶就過(guò)于極端，不利用人參的生長(zhǎng)。

2.3靖宇縣林下人參坡向分析

坡向定義為在一個(gè)水平面上的投影面法線方向（也可以通俗的理解為從高和低的方向），其對(duì)山地生態(tài)產(chǎn)生較大的影響。山地的位置決定了太陽(yáng)光照時(shí)數(shù)和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。南坡?lián)碛凶畲蟮妮椛涫杖肓?，東南坡和西南坡時(shí)間相對(duì)次之，再少之為東坡與西坡，或者是東北坡和西北坡，最少為北坡。對(duì)靖宇縣林下人參地提取坡向，在DEM數(shù)據(jù)層面上，可以計(jì)算坡向?qū)用妫▓D3）。

圖3　林下人參坡向分布圖

紅色為平原，深藍(lán)色為正北方向，橘黃色為東北方向，淺黃色為正東方向，湖水藍(lán)為正南方向，藍(lán)色區(qū)域?yàn)檎鞣较?。人參多分布在北坡、東坡、東北坡、西南坡方向。人參之所以生長(zhǎng)在陰坡為多，是因?yàn)檫@樣人參發(fā)芽快，出苗齊，保苗率會(huì)增大。生長(zhǎng)在陽(yáng)坡，會(huì)出現(xiàn)保苗率低，生長(zhǎng)過(guò)于緩慢的現(xiàn)象，對(duì)人參本身易產(chǎn)生凍害等結(jié)果。

2.4靖宇縣林下人參高程分析

高程是某點(diǎn)沿鉛垂線方向到絕對(duì)基面的垂直距離，叫做絕對(duì)高程，簡(jiǎn)稱為高程。靖宇縣的山勢(shì)海拔較高，林下人參地的高程自然而然也隨之變高，況且林下人參地只有處于恰當(dāng)?shù)母叨?，才?huì)形成適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。對(duì)靖宇縣人參地海拔高程進(jìn)行提取，結(jié)果見圖4。

林下人參的高程一般分布在506～767m間，圖例中顏色由綠到紅，表示海拔逐漸增大。林下人參生長(zhǎng)在此區(qū)間范圍內(nèi)，達(dá)到了生態(tài)氣候的環(huán)境指標(biāo)，處于山中腹地適合人參既怕高溫又怕積水的特性，加上降水量適中，氣候條件適宜，蔭蔽度合理，濕度得當(dāng)，使林下人參更自然健康的生長(zhǎng)。

3　結(jié)論與討論

本文利用3S技術(shù)，對(duì)靖宇縣林下人參的適宜生長(zhǎng)環(huán)境條件進(jìn)行了定量分析，所得結(jié)論如下：

3S技術(shù)在林下人參的研究應(yīng)用中具有廣闊的前景，利用GPS進(jìn)行定位，對(duì)已獲得的遙感影像進(jìn)行遙感圖像處理，在ArcGIS提取地形因素基礎(chǔ)之上，進(jìn)行空間分析，制圖繪圖等操作。為人參用地的開發(fā)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

圖4　林下人參高程分布圖

林下人參地培植坡度集中在6～24°間，坡向通常為北坡、東坡、東北坡、西南坡，海拔在506～767m間。坡度太小不利于土壤中水分的疏通，坡度太大又不利于水分和養(yǎng)料的保持，并且為除草等工作帶來(lái)較大麻煩；人參屬陰性，耐寒，喜冷涼，故其生長(zhǎng)在陰坡為宜，在陽(yáng)坡生長(zhǎng)遭受陽(yáng)光直射，對(duì)其生長(zhǎng)速度和形態(tài)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響；海拔高度在506～767m間，參農(nóng)對(duì)林下人參管理方便，同時(shí)也是人參對(duì)環(huán)境養(yǎng)料吸收最適宜的高度范圍。

[1]仲偉同,曹志強(qiáng),馮家等.移山參鑒定及分等質(zhì)量[J].人參研究,2007，(3)：27-31.

[2]Sabry A.A.El-Sayed,Sarah Y.A.A hmed,etal.Immunomodulatory and G row th Performance Effects of G inseng Extracts as a N aturalG row th Promoterin Comparison w ith O xytetracycline in the D iets of N ile Tilapia[J].International Journal ofLivestock Research,2014,4(1)：130-142.

[3]H ong-Y an Pan,Y ang Q u,et al.A ntioxidant activity of ginsengcultivatedundermountainousforestw ith different grow ing years[J].Journal of G inseng Research,2013,37(3)：355-360.

[4]韋鵬.林下參栽培技術(shù)[J].吉林農(nóng)業(yè),2012，(11)：208-209.

[5]徐華.吉林地區(qū)林下人參種植技術(shù)分析[J].綠色科枝,2013，(3)：59-60.

[6]李林,李農(nóng),徐輝.林下參栽培技術(shù)[J].綠色科技,2010,(12)：59-60.

[7]李樹人,趙勇,閻志平.日本落葉松林冠層光生態(tài)場(chǎng)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),1997,8(2)：123-126.

[8]王金亮,陳姚.3S技術(shù)在野生動(dòng)物生境研究中的應(yīng)用[J].地理與地理信息科學(xué),2004,(6)：44-47.

[9]陳述彭.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社,2002.

[10]徐紹鈴,張華海,楊志強(qiáng),等.G PS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢大學(xué)出版社,2010.

[11]王勇,鄢鐵平,劉巖松.G IS在水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)水土保持,2005,(10)：35-36.

An Analysis of Natural Habitat of Under-forest Ginseng Based on 3S Technology -A Case Study of Jingyu County in Jilin Province

DU Hui-shi1*,XIANG Heng-xing1,YANG Yue2
（1.College of Tourism and Geographical Science,Jilin Normal University,Siping,Jilin 136000,China；2.Heibei Normal University For Nationalities,Chengde,Hebei 067000,China）

Based on 3S technology platform,this paper makes an analysis of the environment factors on the growth of under-forests Ginseng by interpreting and analyzing the Landsat8 remote sensing image and extracting the topography factors of slope,aspect and altitude with ERDAS and ArcGIS respectively.The results show that a gradient range of 6～24°,slope aspect of north and northeast,and altitude range of 506～767 meters are suitable factors.The application of 3S technology provides a quantitative method.The research has a guiding significance to the economic development of Jingyu County.

3S technology;under-forest ginseng;natural habitats;Jingyu County

S17，P95

A

2095-3763（2015）02-0016-04

2014-11-25

杜會(huì)石（1983-），男，吉林伊通人，吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院講師，博士，主要從事資源環(huán)境遙感研究。

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃（2013BAD07B02）、國(guó)家自然科學(xué)基金（40771020）、大學(xué)生科研基金、承德市財(cái)政局扶持項(xiàng)目（CZ2013011）聯(lián)合資助。