基于DEM高程的天目湖流域林地動態(tài)變化研究

胡義濤，朱 穎，趙 越，莫曉琪，陳德超，呂寅超

（1.蘇州科技大學 建筑與城市規(guī)劃學院，江蘇 蘇州 215011；2.蘇州科技大學 環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

基于DEM高程的天目湖流域林地動態(tài)變化研究

胡義濤1，朱 穎1，趙 越1，莫曉琪1，陳德超2，呂寅超1

（1.蘇州科技大學 建筑與城市規(guī)劃學院，江蘇 蘇州 215011；2.蘇州科技大學 環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

在GIS技術(shù)支持下，以天目湖流域多時序遙感數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)以及DEM數(shù)據(jù)為本底，對天目湖流域1995-2015年的林地在不同高程范圍的動態(tài)變化進行定量分析。結(jié)果表明：（1）20年間，天目湖流域林地類型面積在不同高程范圍呈現(xiàn)不同的發(fā)展趨勢，有林地在小于190 m的海拔范圍變化劇烈；疏林地以及灌木林地主要分布在小于120 m的海拔范圍內(nèi)，且灌木林地在小于30 m的高程范圍內(nèi)增長迅速；其他林地分布面積隨海拔的降低而變大，在小于30 m海拔范圍內(nèi)達到最大，成為分布面積最大的林地結(jié)構(gòu)類型。（2）林地類型之間轉(zhuǎn)化頻繁，且與海拔變化存在一定的相關(guān)性，在相對較低的海拔范圍內(nèi)，在人為干擾下，有林地主要轉(zhuǎn)化為其他林地和建設(shè)用地；在相對較高的海拔范圍內(nèi)，自然因素是其轉(zhuǎn)化的主要因素。

DEM；林地；天目湖流域

林地，作為維系生態(tài)健康發(fā)展的重要組成部分，其研究對林地生態(tài)及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，也是當前林地科學與景觀生態(tài)學研究的熱點[1-9]。高程，作為影響林地空間分布重要的自然因素，對其開展林地自相關(guān)研究，可以更好地了解林地及其結(jié)構(gòu)類型在不同高程下的分布特點，有助于深化理解林地整體及局部空間的變化規(guī)律，為林地的生態(tài)恢復及物種保護研究提供依據(jù)。

天目湖流域是溧陽市重要的生態(tài)屏障和生物棲息地，流域內(nèi)地形復雜，但隨著流域內(nèi)城鎮(zhèn)化的發(fā)展以及土地的無序開發(fā)，天目湖流域自然林地資源逐漸減少，給林地生態(tài)造成了一定的影響。當前，針對天目湖流域林地的相關(guān)研究主要集中在土地利用[10]、茶園的空間分布及變化[11]以及濕地景觀格局的動態(tài)變化[12]等方面，而從時間序列上基于高程變化的研究相對較少。該研究基于DEM高程數(shù)據(jù)，運用GIS技術(shù)，對天目湖流域1995年、2005年、2015年的林地變化進行定量分析，揭示其在不同高程上時空變化的演變過程，為天目湖流域林地保護及生態(tài)可持續(xù)提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

天目湖流域位于溧陽市南部，天目山余脈西部（如圖1），地處東經(jīng) 119°21′～119°29′，北緯 31°7′～31°20′之間，流域面積約249 km2，流域內(nèi)最高海拔為407.130 m，有沙河、大溪等兩個國家級大型水庫。流域內(nèi)物種資源豐富，森林覆蓋率達59.4%[13]，受地形影響，植物群落垂直分布具有一定的層次。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

研究數(shù)據(jù)采用天目湖流域1995年、2005年、2015年的遙感影像以及天目湖流域土地利用數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和實地調(diào)查數(shù)據(jù)。利用ERDAS軟件對3期遙感影像進行幾何校正等預處理，結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)以及實地調(diào)研數(shù)據(jù)，在GIS軟件中對天目湖流域3期遙感數(shù)據(jù)進行解譯，并對解譯結(jié)果進行解譯精度評價，確定最終林地資源分布數(shù)據(jù)。通過GIS空間分析模塊對流域DEM數(shù)據(jù)進行重分類，將天目湖流域高程分為五個等級范圍，即小于 30 m、30～70 m、70～120 m、120～190 m、大于 190 m（見圖2），并將分類數(shù)據(jù)分別與 3 期林地資源分布數(shù)據(jù)進行疊加分析，得出天目湖流域1995年、2005年、2015年3年林地景觀中各種林地類型在不同高程上的相對變化量。

圖1 溧陽天目湖流域位置示意圖

圖2 天目湖流域海拔分級圖

2.2 研究區(qū)林地景觀分類

林地分類是進行林地變化研究的基礎(chǔ)，依據(jù)中國科學院KZCX1-Y-02項目采用的土地利用分類體系和國家林業(yè)局（2003）制定的《森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀，建立天目湖流域林地分類體系。該分類體系將天目湖流域林地分為林地和非林地，其中林地分為有林地、疏林地、灌木林地和其他林地共4種類型（見表1），非林地包括耕地、水域、建設(shè)用地和其他用地共4種類型。

表1 天目湖流域林地分類系統(tǒng)

3 結(jié)果與分析

3.1 天目湖流域不同海拔范圍對有林地的變化影響

表2 天目湖流域1995-2015年有林地在不同海拔分級分布hm2

由表2可知，有林地面積主要分布在30～190 m高程范圍內(nèi)，其中70～120 m范圍面積最大，其次為30～70 m和120～190 m高程范圍，面積最少為大于190 m高程范圍，數(shù)據(jù)表明低海拔區(qū)有林地的分布面積較大。

在研究時段內(nèi)，有林地在不同的高程范圍內(nèi)，均呈下降趨勢，且在2005-2015年時段內(nèi)面積減少迅速。在城鎮(zhèn)化背景下，開山采石、經(jīng)濟林建設(shè)等為主要的經(jīng)濟開發(fā)模式一定程度上侵占了有林地面積，促進了有林地與其他土地利用類型之間的流轉(zhuǎn)。但在不同的高程范圍內(nèi)，面積減少的速度不同，其中，30～70 m高程范圍內(nèi)面積減少最快，面積減少率達19.78%，低海拔區(qū)頻繁的人為開發(fā)活動是影響其面積快速減少的主要原因；其次，隨著海拔的升高，有林地減少的速度逐漸下降，人為改變林地的動力及強度的降低是其產(chǎn)生變化的主導因素，且自然因素如林地病蟲害[14-15]、冰雪災(zāi)害[16]、自然更替[17]等隨海拔的升高逐漸成為有林地面積減少的主要因子。

3.2 天目湖流域不同海拔范圍對疏林地的變化影響

表3 天目湖流域1995-2015年疏林地在不同海拔分級分布hm2

由表3可知，疏林地面積主要分布在小于120 m高程范圍內(nèi)，其中小于30 m范圍面積最大，其次為30～70 m和120～190 m高程范圍，面積最少為大于190 m高程范圍，數(shù)據(jù)表明天目湖流域在相對低海拔區(qū)有疏林地的分布，高海拔區(qū)分布較少。

疏林地在不同的海拔范圍的面積均快速增加，其中，在30～70 m范圍內(nèi)，面積增加了3.3倍，自然災(zāi)害影響下有林地的逆向轉(zhuǎn)化、以及政府出臺的林地恢復政策促進了其他類型林地向疏林地面積的轉(zhuǎn)化；在2005-2015年時段內(nèi)，疏林地面積在小于70 m高程范圍內(nèi)呈現(xiàn)下降趨勢，說明在相對低海拔區(qū)域內(nèi)，天目湖流域?qū)嵭薪?jīng)濟林發(fā)展的政策對其影響程度較大。

3.3 天目湖流域不同海拔范圍對灌木林地的變化影響

表4 天目湖流域1995-2015年灌木林地在不同海拔分級分布hm2

由表4可知，疏林地主要分布在30～190 m高程范圍內(nèi)，其中30～70 m、70～120 m高程區(qū)間面積最大，其次為120～190 m和小于30 m的高程區(qū)間，大于190 m高程面積最少。數(shù)據(jù)表明低海拔區(qū)灌木林地的分布面積相對較大，大于190 m的高海拔區(qū)灌木林地的分布較少。

在研究時段內(nèi)，灌木林地面積在小于190 m的高程范圍迅速增長，其中小于30 m的高程范圍增長最快，低海拔頻繁的人為活動如樵采、墾荒等導致有林地、疏林地遭到破壞，造成生境旱化，形成逆性演替，促進了灌木林地面積的增長。說明，在人為干擾的影響下，低海拔區(qū)有助于灌木林地的分布，且越低的海拔范圍，灌木林地的增長速度越快。

3.4 天目湖流域不同海拔范圍對其他林地的變化影響

表5 天目湖流域1995-2015年其他林地在不同海拔分級分布hm2

由表5可知，其他林地面積主要分布在小于190 m高程范圍內(nèi)，其中越低的海拔范圍，其他林地分布的面積越大，在﹤30 m的海拔范圍內(nèi)，其他林地的面積達到最大，數(shù)據(jù)表明在交通及生產(chǎn)設(shè)施等限制下，以經(jīng)濟林為主的其他林地主要分布在較低的海拔范圍內(nèi)。

在1995-2005年時段內(nèi)，其他林地面積在小于30 m、30～70 m的海拔范圍內(nèi)呈減少趨勢，在2005-2015年時段內(nèi)，兩個海拔范圍的其他林地面積回升，且在30～70 m的海拔范圍內(nèi)面積超過了前時段內(nèi)面積的減少量。隨著天目湖流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及多種經(jīng)營方式的開展，特別是林地恢復政策的實施，以茶林、板栗林為主的人工經(jīng)濟林成為改善生態(tài)環(huán)境、提高經(jīng)濟收入的主要手段，同時也促進了其他林地面積的分布。

4 結(jié)論與討論

該研究是基于1995年、2005年、2015年的3期遙感影像以及流域土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS空間分析軟件，分析了天目湖流域20年的林地景觀在高程分布上的變化特征及其規(guī)律。

（1）在研究時段內(nèi)，天目湖流域基于高程的林地面積變化明顯，其中低海拔區(qū)的林地面積減少嚴重。從天目湖流域20年的經(jīng)濟發(fā)展來看，人為活動對天目湖流域林地的開發(fā)強度仍在不斷加大，且隨著海拔的降低而升高，林地與非林地之間的轉(zhuǎn)換劇烈，林地面積的不斷減少表明林地的保護與開發(fā)之間的矛盾日益凸顯，雖然溧陽市近年來實施退耕還林、設(shè)立生態(tài)保護區(qū)等相關(guān)措施，在一定程度上減緩了林地面積的減少，但天目湖流域整體的林地面積減少依然程度較高。

（2）通過研究分析可知，天目湖流域林地類型基于高程變化的分布復雜，有林地作為主導類型結(jié)構(gòu)主要分布在小于190 m的高程范圍內(nèi)，這與天目湖流域地處亞熱帶氣候環(huán)境有關(guān)；疏林地和灌木林地作為自然與人文因子共同影響較大的林地類型結(jié)構(gòu)，主要分布在小于120 m的相對較低海拔范圍內(nèi)，且灌木林地在20年間均呈增長趨勢；其他林地作為人為影響最大的林地類型，主要分布在小于70 m的高程范圍內(nèi)，且總體呈現(xiàn)隨海拔的降低，面積逐漸增大的趨勢，人工種植的茶林、板栗林等經(jīng)濟林的增加是其他林地面積變化的主要原因，合理協(xié)調(diào)其他林地的開發(fā)是穩(wěn)定林地結(jié)構(gòu)、保障區(qū)域林地生態(tài)健康發(fā)展的重要途徑。

（3）近20年間，天目湖流域林地與其他用地類型以及林地內(nèi)部之間轉(zhuǎn)化劇烈，且與高程變化有一定的相關(guān)性。在相對較低的海拔范圍內(nèi)，城鎮(zhèn)化是導致土地利用類型向多種要素的密集格局轉(zhuǎn)化的主導因素，有林地在政府宏觀經(jīng)濟政策引導下，向其他類型林地以及建設(shè)用地轉(zhuǎn)化迅速，以經(jīng)濟林為主體的其他林地面積逐漸成為流域內(nèi)林地類型的主體。在相對較高的海拔范圍內(nèi)，有林地與疏林地、灌木林地的轉(zhuǎn)化主要受自然環(huán)境的驅(qū)動。其他林地、疏林地和灌木林地面積的增加與有林地面積的大幅度減少存在一定的相關(guān)性，但其不足以彌補有林地的損失。

（4）由于遙感影像獲取年限的限制，該研究只選取了1995年、2005年以及2015年三年的遙感影像，時間跨度大，且DEM影像分辨率僅為30 m，分析結(jié)果只能體現(xiàn)林地在高程上的大致變化趨勢，無法詳盡的對其變化特征進行定量分析，因此，在后續(xù)的研究中有待今后進一步完善。

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Dynamic change of woodland in Tianmu Lake Basin based on DEM elevation

HU Yitao1,ZHU Ying1,ZHAO Yue1,MO Xiaoqi1,CHEN Dechao2,LV Yinchao1
（1.School of Architecture and Urban Planning,SUST,Suzhou 215011,China;2.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China）

The woodland changes in Tianmu Lake Basin from 1995 to 2015 were dynamically analyzed based on the multiple timing remote sensing data,the land use data of the basin and DEM data,under the support of GIS technology.The results show that in 20 years the area of woodland type in Tianmu Lake Basin had different development trends,the woodland changed severely in the<190 m altitude range;the sparse woodland and shrub land were mainly distributed in the<120 m altitude range,and the shrub land increased rapidly in the<30 m altitude range;the other woodland increased with the decrease of elevation,and became the largest land area in the<30 m altitude range.And the area of woodland type in Tianmu Lake Basin was translated frequently,and there was a certain correlation with elevation changes.In the relatively low altitude range,the woodland is mainly transformed into land of other wood and of construction under the human disturbance;in the relatively high altitude range,the natural factor was the main factor of the transformation.

DEM;woodland;the Tianmu Lake Basin

盧文君）

P901

A

2096-3270（2017）04-0057-05

2017-03-24

江蘇省高校社會哲學基金項目（2013SJB790052）；江蘇省住建廳科技項目（2016ZD71）；蘇州科技大學風景園林學學科建設(shè)項目

胡義濤（1989-），男，江蘇沭陽人，碩士研究生。

朱 穎（1973-），女，副教授，博士，從事風景園林規(guī)劃設(shè)計理論與實踐的研究，Email：zhuying@mail.usts.edu.cn。