GIS在森林生态系统服务功能中的应用要要要以大连市区为例

都本绪

（大连市林业调查规划院，辽宁 大连 116023）

GIS在森林生态系统服务功能中的应用要要要以大连市区为例

都本绪

（大连市林业调查规划院，辽宁 大连 116023）

地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是20世纪60年代开始迅速发展起来的进行地理科学研究的新技术，它具有强大的空间数据处理与空间分析功能。在森林生态系统服务功能中引入GIS技术将大大提高森林生态系统服务功能评估的合理性，提升森林生态系统服务功能评估的水平。该文结合辽宁省大连市市区森林生态系统服务功能评估的实践，首先通过对市区林分因子的调查，遥感图片的校正，评估因子的选取，空间模型的建立，最后计算出选取的林分因子的各项指标，对市区森林生态系统服务功能，在空间上有一个直观的展现，为以后进一步评估和领导决策提供依据。

GIS；森林生态系统；空间分析

本文的研究对象为大连市主城区的森林生态系统服务功能价值评估，重点分析探讨了以下问题：淤如何根据研究区域尺度的森林生态系统实际情况，来确定其服务功能价值进行测算和评估的遥感技术方法及数学模型。于分析大连市主城区森林生态系统服务功能评估因子，即小班林分因子空间分布规律中的决定性因子，包括小班林分因子的树高、胸径、小班株数及郁闭度。③从研究区域尺度对大连市主城区的森林生态系统服务功能价值在地域上的分布规律做出描述和总结。

1 研究区域森林植被分布情况

研究区域内林业用地共3296hm2，其中有林地面积3110hm2，占94.4%；疏林地及其他灌木林地面积49hm2，占1.4%；其他林业用地137hm2，占4.2%。活立木蓄积182946m3，其中林分蓄积182455 m3，占99.7%；疏林地及其他灌木林地蓄积491m3，占0.3%。

研究区域按地类分，阔叶林地面积742hm2，蓄积42002m3；针阔混交林397hm2，蓄积20587m3；针叶林地1971hm2，蓄积119866m3；疏林地及灌木林地面积49hm2，蓄积491m3；其他林地137hm2。项目区域内，主要分布树种为：侧柏、赤松、臭椿、刺槐、灯台树、枫杨、黑松、花曲柳、小叶杨、油松、圆柏、柞树、樟子松、紫穗槐等，其中分布最广的3种树木为：黑松、刺槐、柞树。黑松林面积为2189hm2，刺槐林面积为483hm2，柞树林面积为370hm2，合计占林业用地面积92.3%。

2 研究区域数据来源及处理

2.1 数据来源

大连市市区森林资源二类调查以小班为单位，每个小班共分90个林分因子进行调查，包括了森林资源的生长情况、立地情况、树种起源、林地林木权属、小班所在地土壤类型、土层厚度、小班坡向等。研究区域内共有1108个小班。

研究通过选取能反映植物生长情况的树高、胸径、郁闭度及株数为基础数据，结合土壤、水系、坡向、土层薄厚、优势树种等统计数据来评估研究区域不同树种的生态效益。

2.2 遥感数据获取及基础处理

本次研究区域遥感数据选取的为ETM+多波段卫片，分辨率为30m×30m，本文内所有空间数据均通过遥感或地理信息软件将投影系统变换为Albers等积投影，投影参数如下：

Projection Type：Albers Conical Equal Area；Spheroid Name：Krasovsky；Datum Name：Krasovsky；Latitude of 1st standard parallel：38N；Latitude of 2ndstandardparallel：40NLongitudeofcentral meridian：123E。

基础处理包括遥感图像校正、森林植被状况遥感识别、小班林分因子修正等。

3 研究区域内GIS数据处理

3.1 小班因子指标标准化

通过综合分析，结合大连实际选取林分因子中的树高、胸径、郁闭度及每公顷株数4个因子来评价该小班的生态效益和价值。其中树高、胸径、郁闭度及每公顷株数能代表该小班的长势，通过对比能比较出该小班在整个区域中的生态地位。

通过对二类调查数据库的校正得出的小班林分因子表，以选出的4个测算指标为依据，进行数据标准化，即分别选取4个测算指标中每个指标的最大值为基准值，用各小班的该测算值除以该因子的最大值，得出标准化数据，并对每个小班的标准化数据值求和。

公式如下：

式中Dj为每个小班的各林分因子指标得分总和，Li为单一林分因子指标得分，i取值为1～4，Gj为各小班的单项林分因子数值，Gmax为各小班单项林分因子中最大值，j=1，2，3…1108。

在对小班林分因子数据标准化求和后，可以根据每个小班的得分高低对小班在研究区内林分状况进行量化评价。

3.2 植被指数的计算

大连是丘陵地带，阴影比较大，在大面积的山体阴影区内，虽然植被长势良好，其的NDVI值通常比裸地还低，因而NDVI受山体阴影影响很大，本次研究主要受ITTO组织（International Tropical Tim-ber Organization）提出的FCD模型（Forest Canopy Density Model）方法的影响，综合了NDVI和SI（阴影指数）构建出一个可以削弱山体阴影影响的复合型植被指数（VSI）。其计算公式表述如下：

山区阴影对植被反射光谱的影响不可小看，阴影指数SI是通过提取遥感影像中可见光波段内的低辐射信息而形成的。当SI较低时，植被的阴影值也相对较低；反过来，当SI值比较高时，阴影值也相对变高。遥感影像中的红波段和绿波段对水体和裸地的反射值都比较大，所以水体和裸地的SI值相对就比较低，这种情况并不会影响最后的NDVI指数和VSI指数的相关性。其计算公式表述如下：

式中Bg为遥感反射光谱中绿波段，在TM影像中指第二（绿）波段，MSS影像中指第一（绿）波段；Br为遥感反射光谱中的红波段，在TM和MSS影像中均指第三（红）波段。

3.3 生态系统服务功能计算模型的建立

利用遥感（RS）技术方法测算生态系统服务功能值的数学建模为：在一定区域内（研究区内）的生态系统服务功能值可表示为V，可通过测算选取的用来计算研究区内生态系统服务功能的测算因子，即第c种生态系统类型因子的生态系统服务功能值，求得整个研究区的生态系统服务功能总量。

式中c越1，2，…，n，表示选取的计算生态系统服务功能值的生态系统中的各分因子。

式中i=1、2、…、n，表示选取的测算因子中第c种生态系统的第i种生态服务功能；Vci表示第c种生态系统的第i种生态服务功能类型的单位面积上所产生的价值；j=1、2、…、m表示在一定研究区域内Vci在空间上分布的小班斑块数量，Sij表示各个选取的小班斑块因子的面积大小，Rij表示为Vci在不同的小班斑块因子中的调整系数，它取决于不同森林生态系统服务功能的质量状况。

Rij=F（A1，A2，…，An）A1，A2，…An是表示选取的小班斑块林分因子不同生态系统服务功能下的质量状况的生态系数，虽然在同一个生态系统服务功能下，但是不同质量状况的Vci是不同的，这个需要由Rij值来调整Vci的值。

本文选取植被覆盖度（f）和小班林分因子得分求和（D）作为表征当年生态系统质量状况的生态参数来调整Rij。Dj和fj为j像元的小班林分因子得分求和和植被覆盖度，Dmean和fmean为研究区域内选取的小班斑块因子中第C种生态系统功能值中，选取的小班林分因子得分求和的均值和植被覆盖度的均值。

4 结果分析

本文选取小班林分因子中能代表大连市区树木生长水平，能体现森林生态系统服务功能的4个主要因子：树高、胸径、郁闭度、小班株数，来进行空间建模分析。通过GIS空间建模，来展现出市区内不同区域，森林生态系统服务功能的好与坏，最后为决策者提供以后大连市区内需要重点改善的营造林区域，使森林生态系统最大限度的服务于经济建设和人们的生产生活。

以小班林分因子求和评估为例，将选取的4个林分因子指标得分进行求和运算，得出每个小班的总林分因子得分，用该指标衡量该小班在研究区内林分的自然生态地位，将各小班得分由低到高分为5级，并绘制分级图如图1。

图1 小班林分因子求和评估等级分布

计算因子是将树高、胸径、郁闭度及每公顷株数4种林分因子求和后得出，反应了4种林分因子，即小班因子中最能够体现林分生长状况的4种因子的综合状况，是构成森林生态系统服务功能的空间调整系数的重要参数，对于衡量研究区内林分自然生态状况是一个较为重要且完整的因素。

通过对等级图进行分析，我们可以看出：研究区中部及东部的斑块破碎度较低的林分状况较好，而中北部较为细碎的林地区域，其林分因子状况较差。

［1］陈晋，陈云浩，何春阳，等.基于土地覆盖分类的植被覆盖率估算亚像元模型与应用［允］.遥感学报，2001，5（6）：416-423.

［2］陆贵巧.大连城市森林生态效益评价及动态仿真研究［D］.北京：北京林业大学，2006.

［3］陈云浩，李晓兵，史培军，等.北京海淀区植被覆盖的遥感动态研究［允］.植物生态学报，2001，25（2）：588-593.

［4］江洪，汪小钦，陈星.一种以FCD模型从SPOT影像提取植被覆盖率的方法［允］.地球信息科学，2005，7（4）：113-116.

［5］靳芳，鲁绍伟，余新晓.中国森林生态系统服务功能及其价值评价［允］.应用生态学报，2005，16（8）：1531-1536.

The Application of GIS in Forest Ecosystem Service

DU Ben-xu
（Forestry Investigation and Planning Institute of Dalian,Dalian，Liaoning 116023）

Geographic Information System（GIS）is In 1960s,it began to develop rapidly in the new technology,which has powerful spatial data processing and spatial analysis function.The introduction of GIS technology in forest ecosystem service function will greatly improve the rationality of forest ecosystem service function evaluation,and improve the level of forest e-cosystem service function evaluation.Combining with the practice of Liaoning Province Dalian city urban forest ecosystem ser-vice function evaluation.First of all,through the investigation of urban forest factors,correction of remote sensing images,selec-tion of evaluation factor,the establishment of model space.Finally,calculate the stand factors selected indicators,on urban forest ecosystem service function,in space have an intuitive show.Provide a basis for further evaluation and leadership decision.

GIS;Forest ecosystem service；Spatial analysis

P208

A

1002-3356（2016）04-0059-03

2016-07-22

都本绪（1983-），学士，工程师，主要从事林业调查规划工作。E-mail：dubenxu1116@163.com。