阿坝州林地保护利用规划林地落界方法探讨

2012-11-28杨代强赖元长

四川林业科技 2012年2期

杨代强，赖元长

(四川省林业调查规划院，四川成都 610081)

林地落界是指依据现有森林资源规划设计调查和公益林区划界定等成果，以DOM为基础，通过遥感判读核实，辅以适当的现地调查，按照林地落界基本条件和精度要求，落实现有林地和依法可用于林业发展的其它土地的边界和图斑［1］。随着人类社会的发展，出现了全球气候变暖、水土流失加剧、水资源紧缺、资源过度消耗等日益严重的生态环境危机。而林地作为国家重要的自然资源和战略资源，是人类赖以生存和发展的根基，在保障木材及林产品供给、维护国家生态安全具有核心地位，在应对生态环境危机中具有举足轻重的地位［2］。而林地落界的成果是高效、合理配置林地资源的基础，也是制定林地保护利用规划的必要前提。林地落界作为林地保护利用规划中的重要内容，通过林地落界可以真实反映林地资源现状及其空间分布格局，进一步建成统一标准的全覆盖林地“一张图”和林地管理数据库，形成系统完整的林地保护利用规划档案［3］。

阿坝州是长江上游重要的水源涵养、生物多样性保护区，同时也是四川省的重要林区。长期以来，由于人们对生态环境保护的意识差和木头经济的驱使，导致对该地区资源利用的不合理，生态屏障的保护作用越来越弱［4］，造成阿坝州成为水土流失最严重和生态环境最为脆弱的地区之一。林地保护利用规划实施以来，全国各地区都积极的编制林地保护利用规划文本和林地落界工作，形成了很多有价值的成果。目前很多学者对林地保护利用规划和林地档案数据库的方法进行了大量研究［5-7］，然而对林地落界方法的研究还鲜有报道。本文选择阿坝州作为研究区，探讨林地落界的具体方法，为阿坝州林地保护利用规划的科学编制提供基础数据，以期促进阿坝州森林资源的合理利用，改善地区生态环境保护意识，实现生态、经济、社会效益的可持续发展。

1 研究区概况

阿坝州国土总面积8.3×104km2，地处岷江上游，青藏高原东缘的横断山地带，四川省的西北部，介于东经 100°30'～104°27'，北纬 30°35'～ 34°19'。气候类型多样，西北部的丘状高原属大陆高原性气候，年平均气温0.8℃ ～4.3℃，山原地带为温凉半湿润气候，年平均气温5.6℃ ～8.9℃，高山峡谷地带，气候垂直分布明显从亚热带到温带、寒温带、寒带气候;水资源丰富，水力资源可开发量6.36×106kW［8］;海拔820 m ～6 250 m，相对高差大，地形由西北向东南高低梯次变化;地貌以高原和高山峡谷为主，土壤类型以亚高山草甸土为主，地带性植被以海拔从高到低依次为终年积雪、高山寒冻带稀疏垫状草本、高山高原寒温带灌丛草甸、高山山原温带-寒温带暗针叶林、高山暖温带针阔叶混交林、山地亚热带常绿阔叶林。

2 研究资料

2.1 研究数据

1∶10 000比例尺DOM遥感影像数据;2008年分类区划界定成果;森林资源二类调查数据;国土二调数据和图面资料;1∶100 000或1∶50 000比例尺地形图;土壤类型分布图;数字高程模型(DEM);其它专项调查资料。

2.2 研究软件

ArcGIS-9.3地理信息系统软件，Map2Shp软件。

3 研究方法

林地落界方法是利用SPOT-5遥感影像采用面向对象的方法提取研究区解译小班，结合地理信息系统、数据库技术，将林地及其利用状况落实到山头地块，以期为各级林地保护利用规划提供基础数据。

3.1 研究区边界的确定

利用Map2Shp软件将国土二调资料中的XZQ和JHTB数据转换为SHP格式数据，结合分类区划数据，参照分辨率为2.5 m的SPOT-5遥感影像，通过人工矢量化的方式，将界线精确画到相应的山脊、河流、沟谷地区，从而完成研究区边界矢量化工作。

3.2 林班界线的落界

3.2.1 林班界线的矢量化

选取研究区已进行预处理后的SPOT-5遥感影像及地形图，作为林班界线提取的图像资料。运用ArcGIS-9.3地理信息系统软件中的简化(Dissolve)工具提取分类区划中的林班界线，基于SPOT-5遥感影像，对照分类区划林班界线，采用人工矢量化方式，根据影像中的山脊、河流、沟谷进行研究区林班界线的勾绘，从而获得矢量格式的林班界线。对于影像上被雪覆盖或者可以断定原界线本来就没有按山脊河流走的，可以根据已画部分与原界线相对位置继续画。也可以将分类区划的林班移动到与已画部分基本重合，然后直接按原界线画(仅指无法辨识山脊河流部分)。

3.2.2 林班界线的赋值

基于研究区分类区划林班图层，利用ArcGIS-9.3地理信息系统软件中的空间连接(Spatial Join)工具，将分类区划林班图层中的属性赋值到人工勾绘的林班图层中，并检查两个林班图层的林班个数，林班属性值是否匹配。然后按《落界技术细则》9.4.3、9.4.4、9.4.5的要求完成乡镇场、村作业区、林班三级图层编辑，从而得到准确的林班界线，林班界线具体属性字段见表1。

表1 林班属性字段表

3.3 解译小班的落界

3.3.1 建立解译标志

建立解译标志就是利用实地调查，分析各地类的特点。其野外调查主要以线路调查为主，结合GPS定点调查，点面相结合进行。调查线路选择的原则是:根据影像图和交通条件选设调查路线，线路应选择研究区不同的地貌、森林类型和土地利用类型。根据各地类在影像上的色调、纹理、大小、几何形状、地形地貌及地理位置(包括地名)等因素，在野外建立影像与实地的一一对应关系，形成目视解译标志表。

3.3.2 解译小班的判读

基于ArcGIS9.3地理信息系统，采用省森林资源和荒漠化监测中心自主开发的“林地落界插件”，结合目视解译标志表，对解译小班进行判读，然后利用“林地落界插件”对解译小班进行地类、优势树种、龄组、郁闭度、平均胸径、公顷蓄积6个因子属性的录入。

3.3.3 解译小班处理

利用ArcGIS-9.3地理信息系统软件中的简化(Dissolve)工具提取林班面中的乡界，将研究区按乡界分为若干块，按乡组织解译图斑拼接。然后运用ArcGIS软件的拓扑工具(Topology)对完成拼接的解译小班进行拓扑检查，进一步按照小班面图层平滑处理要求对通过拓扑检查的解译小班进行平滑处理。

3.3.4 解译小班其他属性因子的提取

3.3.4.1 地形因子的提取

DEM(数字高程模型)作为对地面形态的二维表达，广泛的应用于地形地势的评价。本次研究采用国际科学数据服务平台提供的90m分辨率的DEM［6］数据提取研究区的坡度、坡向。利用 Arc-GIS9.3软件空间分析模块(Spatial Analyst)的Aspect工具生成研究区坡向和坡度图，生成的坡向图默认是10个坡向类型的栅格图，坡度图默认是9个坡度类型的栅格图。然后用空间分析模块(Spatial Analyst)的Reclassify工具，按照表2将坡向、坡度分别重分类为9类和6类。将重分类的坡向、坡度栅格图通过转化模块(Conversion Tools)中的From Raster工具，生成坡向、坡度矢量图层。

坡位数据采用国际科学数据服务平台提供的格式为 GeoTiff，分辨率为90m 的坡位数据产品［9］，然后用空间分析模块(Spatial Analyst)的Reclassify工具，参照表2对坡位图赋上相应级别的代码。将重分类的坡位栅格图通过转化模块(Conversion Tools)中的From Raster工具，生成坡位矢量图层。

阿坝州有高山、中山和山原3种地貌类型，根据海拔和所处地理位置利用计算机分区域分类型统一赋值，生成研究区地貌矢量图层。

表2 地形因子代码表

3.3.4.2 交通区位因子的提取

利用Map2Shp软件将国土二调资料中的DLTB数据转换为SHP格式数据，进一步利用ArcGIS-9.3软件生成研究区道路图层，参照分辨率为2.5 m的SPOT-5遥感影像，对提取的道路图层校正到影像上相应位置。然后采用缓冲(buffer)工具，根据解译小班与相关道路的距离，参照交通区位代码表(表3)的划分标准，对道路图层依照道路等级从高到低进行缓冲，将县域内的林地交通区位划分为1、2、3、4、5级，从而获得具有属性值的交通区位图层。

表3 交通区位代码表

3.3.4.3 土壤因子的提取

基于1∶3 000 000比例尺四川农业土壤分布图，利用ArcGIS-9.3地理信息系统软件，采用人工矢量化的方式，综合中国土壤数据库［10］有关资料将研究区森林土壤类型及厚度确定为山地褐土海拔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;沼泽土海拔3 400 m～4 000 m，厚度100 cm;高山草甸土海拔4 000 m，厚度30 cm，参照土壤类型代码表(表4)生成研究区土壤类型和土壤厚度矢量图。

表4 土壤类型代码表

3.3.4.4 林地质量等级的提取

林地质量等级划分是利用地形、土壤、植被因子，结合交通区位等指标，采用定性和定量评价相结合的方法，针对林地区划小班按照多因子分层次进行质量评分，划分相应质量等级，综合评定林地生产力等级。林地质量等级作为林地落界中的一个重要因子，林地质量等级评定的准确与否，将影响林地保护利用规划的科学性和合理性［11］。本研究选取土壤类型、土壤厚度、坡度、坡向、坡位和交通区位等6项因子，采用层次分析法，对研究区林地质量进行评价。

林地质量计算公式如下:

式中:EEQ——林地质量综合评分值(0-10);

Vi——各项指标评分值(0-10);

Wi——因子的权重(0-1)。

根据林地质量综合评分值，划分为Ⅰ级(分值≤2)、Ⅱ级(2～4)、Ⅲ级(4～6)、Ⅳ级(6～8)和Ⅴ级(9～10)5个等级。

根据交通区位、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤类型6个因子的林地宜林程度差异，确定各项因子的权重分别为 0.10、0.20、0.10、0.10、0.30、0.20。

基于ArcGIS-9.3地理信息系统软件，将前边提取的坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤类型等图层，按照表的标准进行重分类，并赋予相应等级的分值，然后利用ArcGIS-9.3的空间分析模块(Spatial Analysis)中的栅格计算功能(Raster Calculator)，根据林地质量计算公式，计算出研究区林地质量等级图层。

3.3.4.5 林地保护等级的提取

林地保护等级划分基于研究区的实际状况，在林地利用分类的基础上，坚持全面保护与突出重点相结合的原则，根据生态脆弱性、生态区位重要性以及林地生产力等指标，利用ArcGIS-9.3地理信息系统软件，参照四川省“保护等级划分标准”，对研究区的林地赋予对应的保护等级，生成研究区林地保护等级矢量图层。

3.3.5 解译小班的赋值

基于ArcGIS-9.3地理信息系统软件，采用图面与属性交互方式，利用空间连接(Spatial Join)工具将解译小班与已知属性图层进行连接，对解译小班进行属性编辑，完成解译小班的赋值。

解译小班中的县、乡、村、林业局、林场、作业区、林班、地貌、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤类型、交通区位、林地质量等级、林地保护等级等属性的赋值，采用分析工具(Analysis Tools)中的空间连接模块(Spatial Join)分别将林班图层、地形因子图层、土壤因子图层、交通区位图层、林地质量等级图层、林地保护等级图层中的属性因子连接到解译小班属性表中。地类、龄组、郁闭度、优势树种、平均胸径、公顷蓄积等6个因子在解译小班判读过程中已对解译小班进行了属性录入。土地权属、国家级公益林保护等级参照分类区划，利用空间连接(Spatial Join)工具，将分类区划中的属性赋值到解译小班中。

解译小班林种赋值根据分类区划，选一个最多的亚林种，将所有图斑LIN_ZHONG属性赋为亚林种代码，然后根据分类区划的其他林种少量修改;森林类别赋值根据林种统一赋值，先将防护和特用统一赋值为代码11，用材和经济统一赋值为代码21，薪炭赋值为代码22，然后再结合框架编制时的功能分区及保护等级进行修改;阿坝州国家级公益林比重很大，先将公益林赋值代码10，再根据分类区划将地方公益林调整为代码20，完成解译小班事权等级赋值;工程管理类别赋值先将阿坝州全部林地赋值为天保代码11，然后分别对退耕代码30，石漠化治理代码42，野生动植物保护及自然保护区建设工程代码51、52、53、54、速生丰产林基地建设工程代码60、全国湿地保护工程代码70。阿坝州内一般情况是纯天然林多，人工林少，先将所有图斑的QI_YUAN赋值为11，然后根据其他起源情况进行修改，完成解译小班起源赋值。

利用专业调查资料和相关资料完成解译小班的湿地类型、土地退化类型、灾害类型、灾害等级、是否为补充林地、林地功能分区、主导功能分区等7个字段的赋值。

3.4 林地落界数据库的建立

解译小班赋值完成后，对属性表进行全面检查，非林地除保留权属、地类因子和耕地的坡度值外，不保留其他属性因子;除有、疏、灌保留林种和起源因子外，其他地类不保留林种和起源因子;除权属因子可以保留汉字字段和属性外，其他一律不得有汉字字段和属性。检查完成后对全县数据拼接，计算各类土地面积，与原分类区划各类土地面积和省下发规划基期指标对照，找出差距原因，待与各方协调后，再进行验证修改。进一步导入行政界线专题、林地专题、其他专题等相关数据图层，建立研究区林地落界矢量数据库。

3.5 技术路线

林地落界技术路线如图1所示。

图1 林地落界技术路线

4 讨论

以阿坝州作为案例区进行林地落界方法研究，具有区域典型性和方法前瞻性。随着3S技术的快速发展以及在林业中的应用［12，13］，通过遥感卫星影像获得准确的林地信息则是一种新的、经济有效的手段，利用遥感处理技术则可以有效地对林地边界进行确定。本次研究基于林地保护利用规划林地落界技术规程［1］，结合3S技术对林地落界方法进行了探讨，为阿坝州林地保护利用规划打下了重要基础，对全面提升林地管理和决策水平具有十分重要的作用。通过实践表明，林地落界方法切实可行，但也存在一定问题，由于遥感影像存在同物异谱，同谱异物，以及受外界云，雪等因素的干扰，造成林地落界面积与森林分类区划界定成果和国土二调数据中的林地面积出现一定程度差异，如何处理这几种资料的林地面积差异将是下一步工作的重点和难点。

［1］国家林业局.县级林地保护利用规划林地落界技术规程［S］.2011，1.

［2］肖智慧，叶金盛.广东省县级林地保护利用规划档案数据库建设方法探讨［J］.林业建设，2011，15 ～17.

［3］国家林业局.全国林地保护利用规划纲要(2010-2020年)［J］.2011，7.

［4］刘向东，杨其昌，汪明，等.阿坝州退耕还林工程建设成效与后续工程建设对策［J］.四川林业科技，2009，30(2):71 ～76.

［5］黄德民.林地保护利用规划编制工作初探［J］.中南林业调查规划，2002，21(1):17 ～19.

［6］姚贤林，徐鹏.义乌市林地保护利用规划技术的探讨［J］.华东森林经理，2010，24(1):47 ～50.

［7］董荭英.青海省林地保护和利用探讨［J］.内蒙古林业调查设计，2011，34(4):7 ～8.

［8］何静，潘开文，周红艺，等.阿坝州地区退耕还林工程的现状、存在问题及对策［J］.世界科技研究与发展，2003，25(2):42～47.

［9］数据来源于全球科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站(http://datamirror.csdb.cn).

［10］中国土壤数据库(http://www.soil.csdb.cn).

［11］吴可，王森林，李峰涛.林地质量等级及快速评定［J］.山东林业科技，2001，5:61 ～63.

［12］夏友福，朱德滨，杨雪银，等.3S技术在林权制度改革中的应用［J］.西南林学院学报，2007，27(2):20 ～22.