基于GIS的山美水庫水源涵養(yǎng)林區(qū)立地類型分類制圖

尤龍輝，樂通潮，聶森，梁國清，陳金章

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2. 南安五臺山國有林場，福建 南安 362322；3.泉州市林業(yè)科技推廣中心，福建 泉州 362000)

立地類型劃分是研究森林生長環(huán)境與森林類型及其生產(chǎn)力之間作用關(guān)系的重要手段之一，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)造林、營林和對森林資源科學(xué)管理的基礎(chǔ)[1-3]。隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，3S技術(shù)的逐漸成熟，通過GIS實(shí)現(xiàn)立地類型的統(tǒng)計分類及其直觀的圖形表達(dá)，促進(jìn)了現(xiàn)代林業(yè)的集約經(jīng)營和可持續(xù)發(fā)展[4]。文章以南安五臺山國有林場山美水庫庫周水源涵養(yǎng)林為研究對象，利用GIS軟件對山美工區(qū)水源涵養(yǎng)林立地類型進(jìn)行分類，以期為庫周低質(zhì)低效水源涵養(yǎng)林分改造，構(gòu)建樹種配置合理的異齡復(fù)層混交水涵林提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于南安山美水庫五臺山林場，地理位置為118°24′20″ E，25°16′45″ N，與永春交界，海拔80～1 000 m。屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為19.5～21.0 ℃，最熱月平均氣溫達(dá)26～29 ℃；年降雨量為1 000～1 800 mm，3—9月降水量占全年的80%，無霜期350 d。土壤為沙頁巖發(fā)育的赤紅壤，pH值4.65，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量16.71 g·kg-1，全氮1.01 g·kg-1，全磷0.41 g·kg-1，全鉀14.25 g·kg-1，水解性氮100.14 mg·kg-1，有效磷6.08 mg·kg-1，速效鉀80.45 mg·kg-1。

1.2 數(shù)據(jù)資料

遙感數(shù)據(jù)來源為利用91衛(wèi)圖助手下載的成像日期為2014年3月、影像和高程的空間分辨率分別為1 m·piexl-1和1 m·piexl-1的Google Earth歷史影像庫，另外還有來源于南安五臺山國有林場的山美工區(qū)二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)和1∶1萬地形圖。

1.3 立地類型分類原則與方法

1.3.1 分類原則

(1)科學(xué)性與實(shí)用性原則。立地分類所依據(jù)的因素和分類結(jié)果，以堅持科學(xué)性和實(shí)用性為原則，既能反映山美水庫庫周水源涵養(yǎng)林的立地特征，又能做出切合實(shí)際對立地質(zhì)量評價和生產(chǎn)力預(yù)估的要求，對合理配置和經(jīng)營水源涵養(yǎng)林起到指導(dǎo)作用。

(2)綜合分析兼主導(dǎo)因素原則。影響森林立地質(zhì)量的因素繁多，單純?nèi)孢x取所有影響因素或只片面考慮某幾個因素，都很難對立地做出科學(xué)分類，因此，在綜合分析的基礎(chǔ)上，找出影響符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的主導(dǎo)因素及劃分標(biāo)準(zhǔn)，可以較有效對立地進(jìn)行科學(xué)分類。

1.3.2 分類方法 結(jié)合山美水庫地貌類型和氣候以及對林分生長的影響，參照《中國森林立地分類》的劃分方法[5]，選取海拔、坡向、坡度等立地因子作為該區(qū)各立地分類單位的劃分因子。其中海拔影響適生樹種分布；坡向影響光照，濕度；坡度影響土壤養(yǎng)分和水分的分配。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，南安五臺山林場山美工區(qū)海拔區(qū)間在0～450 m范圍，工區(qū)內(nèi)主要營林樹種濕地松和桉樹主要分布于海拔300 m以下，因此將海拔0～300 m劃分為低山，高于300 m劃分為高山；坡度區(qū)間在0～46.45°范圍，其中0～23.23°、土層厚度≥51 cm，劃分為緩斜坡，23.23～46.45°、土層厚度<50 cm，劃分為陡急坡；將東、東北、北、西北劃分為陰坡，西、西南、南、東南劃分為陽坡。詳見表1。

表1 立地分類方法

2 結(jié)果與分析

2.1 立地影響因子劃分結(jié)果

2.1.1 林分類型空間分布 表2中，山美工區(qū)優(yōu)勢樹種為濕地松和巨尾桉的林分面積分別為73.06 hm2和64.67 hm2，所占比重較大，分別占總面積的33.81%和29.93%；其次為相思樹，林分面積為38.73 hm2，所占比重為17.93%；福建柏、果樹、木荷和其他闊葉樹所占比重較小，面積總和為39.62 hm2，僅占總面積的18.34%。

2.1.2 林業(yè)用地空間分布 根據(jù)國家有關(guān)技術(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)，將林業(yè)用地劃分為有林地、疏林地、灌木林地、未成林地、苗圃地、無立木林地、宜林地、林業(yè)輔助用地等。表2中，山美工區(qū)有林地面積為164.89 hm2，占總面積的76.31%；其次為未成造林，面積為41.21 hm2，占總面積的19.07%；經(jīng)濟(jì)林、灌木林、宜林地和非林地面積較小，總和為9.97 hm2，占總面積的4.61%。

表2 林業(yè)用地及林分類型空間分布

注：“—”表示數(shù)據(jù)缺失

表3 坡向、坡度、海拔空間分布

2.1.3 海拔空間分布 由表3可知，山美工區(qū)海拔高度隨著距水庫距離的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，其中，海拔0～200 m面積為86.24 hm2，占總面積的39.91%；海拔200～300 m面積為84.93 hm2，占總面積的39.31%；海拔300 m以上面積為44.90 hm2，占總面積的20.78%。

2.1.4 坡向空間分布 依據(jù)林地坡向分類標(biāo)準(zhǔn)，北、西北、東北、東坡向?qū)訇幤?，南、西南、東南和西坡屬陽坡。表3中，山美工區(qū)陰坡面積為119.34 hm2，占總面積55.23%，陽坡面積為94.59 hm2，占總面積的43.78%，平面面積較小，為2.15 hm2，僅占總面積0.99%。

2.1.5 坡度空間分布 根據(jù)林地坡度分級標(biāo)準(zhǔn)，將山美工區(qū)坡度分為7級，其中0～5.81°為平坡，面積為8.86 hm2，占總面積4.10%；5.81～17.42°為緩坡，面積為8.76 hm2，占40.55%；17.42～23.23°為斜坡，面積為65.03 hm2，占30.09%；23.23～34.84°為陡坡，面積為53.17 hm2，占24.61%；34.84～40.65°為極陡坡，面積為1.39 hm2，占0.64%；40.65°以上為急坡或險坡，面積較小(見表3)。

2.2 立地類型分類及其查詢統(tǒng)計分析

2.2.1 立地類型分類 通過立地類型分類原則與方法，將南安五臺山林場山美工區(qū)劃分成2個立地類型小區(qū)(高山和低山)、4個立地類型組(低山陽坡、低山陰坡、高山陽坡、高山陰坡)和8個立地類型(低山緩斜陽坡、低山緩斜陰坡、低山陡急陽坡、低山陡急陰坡、高山緩斜陽坡、高山緩斜陰坡、高山陡急陽坡、高山陡急陰坡)。利用ARCINFO，制作山美工區(qū)水源涵養(yǎng)林立地類型分類圖。

表4 立地類型分類

2.2.2 立地類型查詢統(tǒng)計分析 通過對立地類型進(jìn)行統(tǒng)計分析可知(表5)，濕地松主要分布于低山緩斜陽坡，面積為39.29 hm2，占總面積的53.78%；尾巨桉主要分布于低山緩斜陰坡，面積為28.69 hm2，占總面積的44.37%；福建柏主要分布于低山緩斜陽坡，面積為9.44 hm2，占總面積的56.52%；木荷主要分布于低山緩斜陰坡，面積為0.58 hm2，占總面積的34.41%；相思樹在低山緩斜陰坡和高山緩斜陽坡均有分布，面積之和為17.91 hm2，占總面積的46.23%；其他闊葉樹主要分布于低山緩斜陽坡，面積為6.35 hm2，占總面積的43.47%；果樹主要分布于高山緩斜陰坡，面積為4.55 hm2，占總面積的68.65%。

表5 山美工區(qū)水源涵養(yǎng)林立地類型面積和蓄積量

通過山美工區(qū)二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)的單位面積林分蓄積字段與相應(yīng)的林分類型面積字段相乘計算不同立地類型林分蓄積量可知，濕地松林分單位面積最大蓄積量主要分布于高山陡急陽坡，為129.78 m3·hm-2，最大蓄積量分布于低山緩斜陽坡，為3 969.28 m3，占總蓄積量的52.57%；巨尾桉林分單位面積最大蓄積量主要分布于低山緩斜陽坡，為76.35 m3·hm-2，最大蓄積量分布于低山緩斜陰坡，為2 165.76 m3，占總蓄積量的46.70%；福建柏林分單位面積最大蓄積量主要分布于低山陡急陰坡，為48.69 m3·hm-2，最大蓄積量分布于低山緩斜陰坡，為315.44 m3，占總蓄積量的39.88%；木荷林分單位面積蓄積量為65.43 m3·hm-2，最大蓄積量分布于低山緩斜陰坡，為37.91 m3，占總蓄積量的34.41%；相思林分單位面積最大蓄積量主要分布于高山緩斜陽坡，為7.23 m3·hm-2，最大蓄積量也分布于高山緩斜陽坡，為59.21 m3，占總蓄積量的37.80%；其他闊葉樹林分單位面積最大蓄積量主要分布于高山陡急陽坡，為65.43 m3·hm-2，最大蓄積量分布于低山陡急陽坡，為272.22 m3，占總蓄積量的51.43%；果樹沒有林分蓄積量的相關(guān)數(shù)據(jù)，不納入統(tǒng)計。

3 結(jié)論與討論

對立地類型進(jìn)行科學(xué)分類，可為林業(yè)造林、營林規(guī)劃提供決策依據(jù)，精準(zhǔn)提升營造林分質(zhì)量，做到適地適樹及合理樹種配置。本研究以立地分類主導(dǎo)因子和科學(xué)實(shí)用為原則，選取海拔、坡向和坡度為主導(dǎo)因子，將山美水庫山美工區(qū)水源涵養(yǎng)林立地類型劃分為2個立地類型小區(qū)，4個立地類型組，8個立地類型。初步的查詢統(tǒng)計分析表明，山美工區(qū)主要營林樹種濕地松、巨尾桉、木荷、相思和其他闊葉樹種主要分布在低山緩斜坡，林分蓄積量也主要集中于低山緩斜坡。而蔣航[6]研究發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)低效林分蓄積量越低，其涵養(yǎng)水源的功能越差。因此，山美工區(qū)發(fā)揮主要水源涵養(yǎng)功能的水源林主要集中分布于距水庫周邊較近的低山緩斜坡，如何精準(zhǔn)提升該區(qū)林分質(zhì)量，是提升山美水庫集水區(qū)水質(zhì)的關(guān)鍵。

通過計算求得南安五臺山林場山美工區(qū)平均蓄積量為50.75 m3·hm-2，與歐美發(fā)達(dá)國家還有相當(dāng)大的差距(每公頃達(dá)百立方米以上)[7]，說明提升該區(qū)林分質(zhì)量還有較大空間。立地類型分類結(jié)果表明，濕地松和尾巨桉人工林在該區(qū)的種植面積和蓄積量均較大，可通過疏伐低效能濕地松或桉樹人工林套種鄉(xiāng)土闊葉樹種，構(gòu)建異齡復(fù)層混交水源林體系，以進(jìn)一步提高庫周水源林涵養(yǎng)水源的生態(tài)功能。