基于DEM的地形与植被分布关联分析1)

吴 英

(广西大学，南宁，530004)

张万幸

(中国林业科学研究院热带林业实验中心)

张丽琼

(南宁树木园)

伍 静

(广西大学)

森林植被的组成以及空间分布与配置格局是影响生态系统结构和功能的重要因素[1－2]。在景观甚至更小的尺度上，植被类型受非地带性环境因子的主导[3]。地形通过控制光、热、水、土壤养分等资源的再分配而成为影响植被分布的最重要的环境因子[4]。研究植被格局与地形格局的相关关系可以探索森林景观异质性、森林资源的空间格局，为森林资源的经营和管理提供参考[5]。DEM是数字高程模型的一种，描述区域内地形地貌的空间分布[6－7]。利用DEM自动提取地形因子，进行空间分析，具有快速、科学、客观等特点，可以部分取代传统作业中繁杂的野外实地观测，在数字林业建设中有良好的应用前景[8－9]。中国林业科学研究院热带林业实验中心(以下简称热带林业实验中心)是中国林业科学研究院直属副司局级科学事业性质的林业试验示范基地、科技创新基地和科普教育基地，承担我国热带南亚热带林业科学实验。科学的研究该区域的森林资源空间分布格局与海拔、坡度、坡向因子之间的关系和规律，对森林资源的合理经营、科学管理有重要的意义。

1 研究区概况

热带林业实验中心地处广西西南边陲，位于北纬21°57'47″～22°19'27″，东经 106°39'50″～106°59'30″。气候属于南亚热带半湿润—湿润气候，日照充足，雨量充沛，干湿季节明显，光、水、热资源丰富。地貌类型有丘陵、台地、低山、中山和岩溶地貌，最高海拔1045.9 m(北大青山)，最低海拔 130.0 m(平而河)，地势以西北端最高，东南端最低，中部参差起伏，形成山地、丘陵相间而又渐向东倾斜的地貌类型。主要成土母岩为泥岩夹砂岩、砾状灰岩、花岗岩和石灰岩，土壤类型则以砖红性红壤、红壤为主，其次为紫色土，再次是黄壤及少量石灰土。

热带林业实验中心植被属于南亚热带季雨林，原生植被有季雨林和常绿阔叶林。人工植被主要有马尾松林、杉木林、常绿阔叶林。主要乔木树种有马尾松、杉木、湿地松、米老排、西南桦、红椎、石梓等;灌木树种主要有盐肤木、余甘子、桃金娘、野牡丹、牛奶果等;草本主要有黄茅草、青茅草、野古草、纤毛鸭嘴草、五节芒、曼生莠竹等。

2 研究方法

收集热带林业实验中心所在范围内的1∶10000地形图及2009年森林资源二类调查小班数据等相关专题图材料。在地理信息系统软件Arc-GIS 9.2支持下对1∶10000地形图进行等高线矢量化和高程赋值，生成等高线矢量图，通过Arcmap的3D分析模块建立热带林业实验中心数字高程模型(DEM)，并提取海拔、坡度、坡向等相关信息。利用数据管理软件Visual FoxPro将二类调查小班数据按照实际经营管理需求提取桉树、灌木林(含灌木经济林)、马尾松、杉木、湿地松、阔叶林，共6种植被类型。通过Arcmap强大的空间分析功能，叠加分析海拔、坡度、坡向与不同植被类型在空间上相关关系和一般规律。

3 结果与分析

3.1 各植被类型在海拔上的分布特征

海拔每升高100 m，年平均气温约下降0.56℃，雨量和相对湿度在一定的高度上则随海拔升高而增加。同时，辐射强度和光谱中波长成分亦随高度而有所变化，空气流动也发生了显著的涡动现象，土壤的性质也呈现明显的垂直地带性变异，这些都程度不同地影响着植被的类型组成和空间分布。研究区海拔高程为130～1050 m，将研究区划分为130～250、250～500、500～800、800～1050 m 4个高程区，并与植被类型图进行叠加分析。经统计，不同植被类型在不同高程区的分布情况如表1所示。由表1可知，热带林业实验中心81.27%的森林资源主要分布在500 m以下的海拔范围内，随着海拔的升高，森林面积分布逐渐减少，在500～800、800～1050 m海拔范围森林面积仅为17.40%和1.33%。桉树和灌木主要分布在130～250 m海拔范围，所占比例分别为97.78%和88.18%，随着海拔的增加，面积明显减少，在800m以上的海拔范围仅分布着0.02%的桉树和0.93%的灌木。湿地松集中分布在海拔500 m以下，在海拔500 m以上地区没有分布。马尾松、阔叶林在海拔250～500 m范围分布较多，其中马尾松分布在该高程区的比例为61.19%，阔叶林为45.56%。杉木主要分布在250～800 m海拔范围，占71.97%。随着海拔升高，各植被类型面积减少，在海拔800 m以上，马尾松和杉木林的面积与阔叶树相当。桉树主伐年龄为4～5 a，经营强度大，灌木林的经营强度也大，选择低海拔林地进行营造桉树和灌木林便于经营管理。杉木属于阳性树，喜温暖湿润气候，因此在250～800 m海拔范围内更适合其生长。马尾松的适应性较强，适合在不同海拔上生长。阔叶树的树种种类较多，在不同海拔上分布着不同的树种。

表1 不同植被类型在不同海拔上的面积

3.2 各植被类型在坡度上的分布特征

坡度不同将直接影响物质交流与能量转换的方式与程度，以及坡面接受太阳辐射的量值，从而间接地影响该坡面的指标类型与分布态势。从DEM数据获取研究区坡度栅格图，并按照坡度分级标准分为平坡(0 ～5°)、缓坡(6°～15°)、斜坡(16°～25°)、陡坡(26°～35°)、急坡(36°～45°)、险坡( ＞46°)共6级。将坡度图与植被类型图进行叠加分析。不同植被类型在不同坡度上的分布情况如表2所示。由表2可知，热带林业实验中心森林资源集中分布在小于35°坡度范围内，比例达86.77%，其中以斜坡和陡坡面积最多，分别为31.71%、39.70%。桉树与湿地松在坡度级上的分布极相似，均在斜坡上分布最广，分别为46.57%、40.89%。杉木、马尾松、阔叶树主要分布在陡坡上，分别为46.09%、40.51%和42.42%。从面积上看，马尾松在各坡向上的面积均超过杉木和阔叶树。

3.3 各植被类型在坡向上的分布特征

坡面的朝向，决定了该坡面接受太阳辐射以及地面水分的量值与变化程度，因而在很大程度上影响植被的类型与分布，特别在阴阳坡之间出现最为明显的差异。从DEM数据获取研究区坡向栅格图，按照坡向分级标准分为阳坡(S、SW)、阴坡(N、NW)、半阳坡(SE、E)、半阴坡(W、NE)，无坡向 5 个坡向级共5类，并与研究区植被类型图进行叠加分析。不同植被类型随坡向变化统计结果如表3所示。由表3可知，热带林业实验中心的森林资源在各坡向上的分布除平坦地区外相差不明显，灌木是唯一在平坦地带分布超过20%的植被类型，在平坦地区种植灌木经济林便于经营管理。桉树、马尾松在半阳坡和阳坡的分布比在半阴坡和阴坡的分布要多，分别为 48.77%、50.21% 和 35.31%、39.89%。杉木在半阳坡和阳坡的分布比在半阴坡和阴坡的分布略少，分别为44.39%和50.33%。杉木在平坦地区分布最少，杉木虽然适宜生长在山洼、谷地的阴坡地区，但在较低的海拔和坡度上，杉木对坡向的敏感度较弱。阔叶树在各坡向上的分布除平坦地区外相差不明显。

表2 不同植被类型在坡度级上的面积

表3 不同植被类型在各坡向上的面积

4 结束语

在ArcGIS9.2软件的支持下，建立热带林业实验中心数字高程模型，提取海拔、坡度、坡向等地形因子，并与2009年热带林业实验中心森林资源调查数据进行叠加分析，得到以下结论:①热带林业实验中心81.27%的森林资源主要分布在500 m海拔范围以下，随着海拔升高，森林资源分布逐渐减少。桉树、灌木集中分布在130～250 m海拔梯度内，湿地松则主要分布在海拔500 m以下，马尾松、杉木、阔叶树在海拔上的分布规律相似，在250～500 m海拔范围内分布最多。②热带林业实验中心森林资源集中分布在小于35°坡度范围内，占86.77%。桉树、湿地松在斜坡上分布最多，分别为46.57%、40.89%，杉木、马尾松、阔叶树在陡坡上的比例均超过40%。③桉树、马尾松在半阳坡和阳坡的分布比在半阴坡和阴坡的分布要多;杉木在半阳坡和阳坡的分布比在半阴坡和阴坡的分布略少;阔叶树在各坡向上的分布除平坦地区外相差不明显。④桉树、灌木经济林由于经营强度大，应选择海拔低，坡度缓的林地造林;杉木喜温暖湿润气候，半阴坡阴坡更适合其生长;马尾松适应性强，研究区大部份林地均适合造林;阔叶树的树种种类较多，可根据不同树种选择不同的地形条件造林。

本研究仅选取热带林业实验中心的3个地形因子(包括海拔、坡度、坡向)与主要植被类型之间做单一的相关性分析，然而在实际生产中，林木的生长受光照、土地肥力、水分条件、土层厚度和经营措施等诸多因子的共同影响，因此，在下一步研究中，应选取更多的环境因子结合地形因子综合的分析植被类型的空间分布规律，从而为森林资源的合理经营和科学管理提供服务。

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