基于DEM的森林地形与植被空间格局关联分析

冯晓丽，吴小芳，2，沈德才，朱剑云

(1.华南农业大学信息学院，广东 广州 510642； 2.建设用地再开发国土资源部重点实验室，广东 广州 510642； 3.东莞林业科学研究所，广东 东莞 523106)

基于DEM的森林地形与植被空间格局关联分析

冯晓丽1，吴小芳1，2，沈德才3，朱剑云3

(1.华南农业大学信息学院，广东 广州 510642； 2.建设用地再开发国土资源部重点实验室，广东 广州 510642； 3.东莞林业科学研究所，广东 东莞 523106)

以大岭山森林公园为研究对象，利用DEM自动提取地形因子，获取坡度、坡向分布图；在其基础上，结合林班数据对森林资源空间格局进行相关分析，并着重研究优势树种(荔枝、杉木、速相思、桉树、马尾松)的适宜性坡度与坡向，发现其分布规律，为森林资源的进一步管理与规划提供指导。

数字高程模型(DEM)；大岭山森林公园；空间分布

近年来，由于森林资源调查领域研究的深入及计算机软硬件技术的进一步发展，利用电子地图生成数字高程模型(DEM)，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。

在森林公园中，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]。在景观甚至更小的尺度上，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最重要的环境因子。研究植被格局与地形格局的相关关系具有重要意义，它可以探索森林景观异质性、森林资源的空间格局，为森林资源的经营与管理提供参考[2]。本文以大岭山森林公园为研究对象，利用DEM自动提取地形因子，结合林班数据对森林资源空间格局进行相关分析，着重研究大岭山森林公园具有代表性树种的适宜性坡度与坡向，直观详细地阐述地形与植被直接内在的联系，为森林资源的经营与发展提供参考。

1 研究方法

1.1 研究区概况

大岭山森林公园位于东莞市南部，珠江口的东北部，北邻厚街，与莞城相对，南接虎门、长安，与深圳相望。地理坐标为东经113°42′22″—113°48′12″、北纬22°50′00″—22°53′32″，处于珠江三角洲开发区的中心地带。地貌属低山、丘陵，整个地势东北部偏高，西北部偏低，海拔多在150～450 m之间，相对高差一般在150 m左右，最高峰为北部的大岭山顶，海拔530.1 m，坡度15°～40°。公园土壤为赤红壤，成土母岩为花岗岩，土层深厚。森林公园属南亚热带季风气候，全年暖热，平均气温21.7 ℃，夏长冬短，无霜期达350 d，年平均降水量1790 mm，最大日降水量在6月，为395.5 mm，最小降水量在1月，为2.2 mm；水热条件好，有助于林木生长。

图1 技术流程图

1.2 技术路线

图2 大岭山森林公园DEM图

首先利用等高线生成DEM，再利用DEM自动提取地形因子，对坡度、坡向以及森林植被空间格局进行分析(图1)。

2 DEM建立与空间分析

2.1 DEM建立

在ArcGIS 10.0中利用等高线矢量图，使用工具3D Analyst/create TIN/create TIN form features 生成Tin，再用3D Analyst/convert/TIN to raster 转换生成GRID，生成DEM效果图(图2)[3]。

2.2 坡度与坡向分析

利用ArcGIS软件的Spatial Analyst功能模块对DEM数据进行坡度和坡向分析。

2.2.1 坡度分析 用Slope函数提取坡度，对坡度进行重分类，然后对该数据层的属性数据进行统计分析。操作流程为：①坡度分析。运行Spatial Analyst/Surface Analysis/Slope进行坡度分析，生成研究区的坡度图，栅格图形中每个点的像素单元值即为该点的坡度值。②坡度重分类。运行Spatial Analyst/Reclassify进行坡度重分类，将坡度按照分级标准分为平坡(0～5°)、缓坡(6°～15°)、斜坡(16°～25°)、陡坡(26°～35°)、急坡(36°～45°)、险坡(>46°)共6级，由于研究区最高坡度小于45°，所以无第6级险坡。③坡度分类统计。将重分类后生成的栅格图形属性表导出为.dbf文件，通过Excel软件进行汇总统计，计算出研究区坡度组成以及各分类比例[4](图3、图4)。由图3、图4可知：大岭山森林公园坡度以平坡为主，比例最大，占59.68%，其次是缓坡，占25.96%；无险坡。

2.2.2 坡向分析 运行Spatial Analyst/Surface Analysis/ Aspect提取各坡向，将坡向属性表导出为.dbf文件，通过Excel软件进行汇总统计，计算出研究区坡向组成以及各分类比例(图5、图6)。由图5、图6可知：大岭山森林公园坡向分布较均匀，其中北坡偏多，平坦地区几乎没有。

图3 坡度图图4 各坡度分类统计图5 坡向图图6 坡向分类统计

2.3 坡度与林班叠加分析

利用上述坡度重分类图，进行栅格矢量化，再利用ArcToolBox/Overlay工具，将矢量图与林班图层进行叠加分析，叠加的结果见图7。在叠加图中打开属性表，选择坡度、树种、面积字段进行统计输出，然后按树种组进行统计[5]，不同植被类型在不同坡度上的分布面积见图8。由图7、图8可知，大岭山森林公园大部分植被分布在平坡、缓坡和斜坡且分布较均匀，在陡坡和急坡地带分布较少甚至没有。另外，非林地比例很大，有待进一步利用。

图7 坡度林班叠加图图8 林班坡度图

2.4 坡向与林班叠加分析

利用上述坡向图，进行栅格矢量化，然后利用ArcToolBox/Overlay工具，将矢量图与林班图层进行叠加分析，叠加的结果见图9。在叠加图中打开属性表，选择坡度、树种、面积字段进行统计输出，然后按树种组进行统计，不同植被类型在不同坡向上的分布面积见表1、图10。

图9 坡向与林班叠加图图10 林班坡向图

表1 大岭山森林公园林班坡向分布图 hm2

由表1、图10可知，在大岭山森林公园，森林资源分布较均匀，北坡偏多，平坦地区几乎没有。这也与大岭山森林公园的气候有关，大岭山森林公园属南亚热带季风气候，水热条件好，有助于林木的生长。

2.5 优势树种适宜性坡度分析

选出林班中面积最大的5个树种作为优势树种，分别为荔枝、速相思、桉树、马尾松、杉木。将这5个树种的林班数据与坡度叠加，输出统计分析得出各树种在坡度上的分布(表2)。由表2可知，5大优势树种大致可分为2类：①荔枝和杉木的适宜性坡度均为平坡，随着坡度的增加，分布面积逐渐减少；②速相思、桉树、马尾松的适宜性坡度为缓坡，在缓坡的分布尤为明显。

表2 大岭山森林公园优势树种的坡度分布 hm2

2.6 优势树种适宜性坡向分析

将5个优势树种的林班数据与坡向叠加，输出统计分析得出各树种在坡向上的分布(表3)。

表3 大岭山森林公园优势树种的坡向分布 hm2

由表3可知：优势树种在北坡和西北坡分布较多，这是由于北坡面积较其他坡向较大，而大岭山森林公园地势较低，气候适宜，受坡向影响较小，所以坡向分布总体较均匀。大岭山森林公园各树种分布，并无明显的差异性，这也与大岭山森林公园气候有关，大岭山森林公园属南亚热带季风气候，水热条件好，而优势树种大部分的适宜生长环境就是亚热带气候，所以适宜生长。

3 结论

在ArcGIS 10.0软件的支持下，建立大岭山森林公园数字高程模型DEM，提取坡度、坡向等地形因子，并与林班数据进行叠加分析，得到以下结论：①大岭山森林公园坡度以平坡为主，比例最大，占59.68%；其次是缓坡；无险坡。由此说明，大岭山森林公园地形起伏不大，比较平缓，大部分植被分布在平坡、缓坡和斜坡且分布较均匀，在陡坡和急坡地带分布较少甚至没有；森林资源坡向分布较均匀，其中北坡偏多，平坦地区几乎没有。②优势树种的适宜性坡度分为2类：荔枝、杉木的适宜性坡度均为平坡，随着坡度的增加，分布面积逐渐减少；速相思、桉树、马尾松的适宜性坡度为缓坡，在缓坡的分布尤为明显。优势树种的适宜性坡向为北坡和西北坡，其余分布较均匀。③非林地面积比例大于任何一种植被，而大岭山森林公园地貌属低山、丘陵，较平坦，易于造林，有必要加强对非林地地区的利用。

本文研究了大岭山森林公园的地形因子与森林资源之间的相关关系，并选取5个代表性优势树种进行适宜性坡度和坡向研究，选取的因子有限，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。

[1]杨三红，李晋敏.基于DEM的森林空间分布格局的研究[J].山西林业科技，2008(2)：13-15，22.

[2]曾宏达.基于DEM和地统计的森林资源空间格局分析——以武夷山山区为例[J].地球信息科学，2005，7(2)：83-88.

[3]汤国安，杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京：科学出版社，2006.

[4]杜朝正.基于ArcGIS的坡度分析[J].资源开发与市场，2009(1)：13-16.

[5]唐雪海，黄庆丰，袁进军，等.基于DEM的紫蓬山地形及森林资源空间分布关联分析[J].林业调查规划，2009，34(4)：12-18.

[6]付晓，冯仲科.数字高程模型及其在林业中的应用[J].林业科技，2002，27(5)：13-15.

[7]曾宏达，陈光水，杨玉盛.基于DEM的森林空间分布研究[J].国土与自然资源研究，2005(3)：85-87.

[8]毕华兴，谭秀英，李笑吟.基于DEM的数字地形分析[J].北京林业大学学报，2005，27(2)：49-53.

Association Analysis between Forest Terrain and Vegetation Spatial Pattern Based on DEM

FENG Xiao-li1，WU Xiao-fang1，2，SHEN De-cai3，ZHU Jian-yun3

(1.CollegeofInformation，SouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou510642，Guangdong，China；2.LandResourceMinistryKeyLaboratoryofConstructionlandimprovement，Guangzhou510642，Guangdong，China；3.DongguanResearchInstituteofForestry，Dongguan523106，Guangdong，China)

In this paper，Dalingshan Forest Park is taken as the research region.Automatic extraction of topographic factors based on DEM，get slope and aspect maps。On its basis，compartment data combined with the spatial pattern of correlation analysis of forest resources，and focuses on the representative of the dominant species (lychee，fir，speed Acacia，Eucalyptus and Pinus massoniana) the suitability of slope and aspect analysis，Found its distribution，to provide guidance for further management and planning of forest resources.

DEM；Dalingshan Forest Park；spatial distribution

2014-04-27

国家科技支撑计划项目(2013BAJ13B005)

冯晓丽(1992—)，女，河北邢台人，华南农业大学硕士研究生，从事地理信息系统研究。E-mail：547739708@qq.com。

吴小芳(1979—)，女，湖北荆州人，华南农业大学副教授，博士，从事地图制图学，林业GIS和地理信息系统理论与方法研究。E-mail：somewxf@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.01.006

S718.51+1

A

1002-7351(2015)01-0026-05