基于GIS的将乐林场森林健康评价

杨雪春，侯绍梅，刘东兰，郑小贤

（1.北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京 100083；2. 北京天下图数据技术有限公司，北京 100083）

基于GIS的将乐林场森林健康评价

杨雪春1，侯绍梅2，刘东兰1，郑小贤1

（1.北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京 100083；2. 北京天下图数据技术有限公司，北京 100083）

以福建省将乐林场为研究对象，根据研究区森林调查数据，采用层次分析法构建基于GIS的森林健康评价指标体系。利用GIS的空间分析功能评价森林的健康状况，并制作森林健康等级图。结果表明：将乐林场参与评价的1154个小班大部分处于健康状态，占林场总面积的88.761%，各健康等级比重比例依次为：健康(84.803%)、亚健康(10.116%)、优质(3.958%)和不健康(1.123%)，结果可为林场森林健康经营提供科学依据。

森林健康评价；评价指标；GIS；将乐林场

森林健康评价是进行森林健康经营的重要基础。目前对森林健康的评价以定性评价为主，与GIS技术结合的定量评价研究相对比较少。如何利用GIS技术建立森林健康评价体系，已成为亟待解决的问题[1-7]。

鉴于GIS具有空间数据处理、显示和分析等功能方面的优势，本文利用ArcGIS、ENVI等软件研究森林在小班层次上不同主导功能的森林健康状况，构建基于GIS的含有空间属性信息的森林健康评价指标体系，从空间直观的观测森林健康状况的分布，对小班健康状况进行评估，有利于林场进行森林健康监测和管理，为林场健康状评价提供依据，提高林场的森林经营水平，实现森林的可持续经营。

1 研究区域概况

福建省三明市将乐县是中国南方重点林业县，地 理 坐 标 为 117°05′～ 117°40′E， 26°26′～27°04′N，海拔高在 400 ～ 800 m，年平均气温18.7℃，年平均降雨量1 700 mm；土壤以红壤为主，并分布有黄红壤，适宜培育以杉木、马尾松等人工林和常绿阔叶树种。将乐国有林场经营总面积7 190 hm2，森林总蓄积量1 143 000 m3，森林覆盖率达93.76%，年木材生产量达15 000 m3。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究的数据来源包括4个部分：1) 将乐国有林场1∶1万地形图，将乐县1:5万地形图；2）研究区域2007年TM遥感影像数据；3）将乐林场2007年二类调查数据；4）固定样地观察数据等。

图1 将乐国有林场分布图Fig.1 Distribution map of Jiangle forest farm

2.2 研究方法

2.2.1 研究方法

以地理信息系统、森林经理学、森林生态学等知识为基础，结合研究区需求和将乐国有林场森林经营实际，构建基于GIS的森林健康评价指标体系，并基于此指标体系进行森林健康评价，为林场森林健康经营提供方法和技术支持。其中，健康评价指标采用定性与定量结合方法，健康评价采用归纳法。

2.2.2 GIS技术的优势

GIS技术的运用实现了森林健康评价的空间与属性的关联，GIS把计算机图形和属性数据库融于一体，将林场地理位置和相关属性有机地结合起来，并利用其强大的空间查询与分析功能，通过各种分析计算森林健康得分，并以主观图形的方式显示或输出。本文在资料收集整理的基础上，建立评价指标体系，将结果通过属性连接或属性编辑导入数据库，最后通过计算对将乐林场森林健康状况进行分析。

3 健康评价体系构建

3.1 指标选取原则

本研究的指标体系的构建按照以下原则进行：

I 系统性。评价指标的选取要能够全面地反映林分各方面特性，充分体现指标整体的协调性和一体性。

II 代表性。评价指标能反映出林分的自然和社会属性，以及其变化趋势和其受干扰、破坏的程度。

III 可操作性。评价指标的数据要易获取、可操作性强，容易测算。

IV 适用性。建立森林健康评价指标体系应根据不同区域对林业的需求不同，有针对性地选取评价指标，最大程度上使指标能够更准确地反映出评价对象的实际健康水平。

V相对独立性。森林健康评价因子众多，选取指标时应尽量相对独立，以保证评价的合理与真实。

3.2 评价指标体系构建

本研究从经营目标和生态综合的角度出发，参考各类森林健康评价文献[8-14]，认为健康的森林既能维持自身稳定性，即有较复杂的组织结构和较强的抗干扰能力；且具有较高生物量，即较高的生产力；同时又能持续满足人类对森林的生态/社会/经济需求、充分发挥其主导功能的一种状态[15-18]。按此思路，将乐林场健康经营评价指标从生态性、稳定性、生产力三个方面进行划分，共14个指标。结合将乐林场的实际情况以及二类调查数据、样地调查数据，在遵循指标选取原则的基础上，对指标进行筛选，从而构建了将乐林场健康评价指标体系（图2）。

该指标体系中包括了8个属性指标及6个空间指标，如表1所示：

表1 指标分类Table 1 Classification of the index

3.3 指标标准化

在计算森林健康指数时，需要对各个指标值进行标准化处理。根据不同指标值对森林健康的正负（正相关指标数值越大对森林健康越有利；负相关指标数值越大对森林健康越不利）影响相关性，指标标准化公式如下所示：

(1)正相关指标的标准化公式：

一件艺术品的气质，最本质真实的反映了作者对于世界的认知态度和精神情感。中国传统绘画的空间观念、审美，透露着中华民族的美学思想的精华，它的形成与发展深受中华文明的文化品格及老庄哲学的思想为核心的审美精神的浸润与影响，形成了一种“天人合一”的哲学思想，他以线条，笔墨的疏密变化，描绘自然生生不息，循环往复的韵律感、节奏感，形成了中华民族特有的审美意境，对中国传统绘画产生了巨大而深远的影响。

(2)负相关指标的标准化公式：

式中，Q为指标标准化后的数据，Q′为指标标准化前的值、Q′max为该要素指标在各小班中的最大值，Q′min为该要素指标在各小班中的最小值。

指标标准化后乘以指标的权重，根据公式(2)可以得到小班健康值。

图2 小班尺度森林健康评价指标体系Fig.2 Forest assessment index system on plot scale

3.4 指标权重

本研究首先利用层次分析法经过多次调整获取预设指标权重，然后利用改进的熵权法[19]获取修正指标权重，最后进行加权得到综合权重。

3.4.1 生态性各指标权重

利用层次分析法获得的生态性各指标权重如表2所示。

表2 生态性指标权重表Table 2 The index weight table of ecological performance

3.4.2 稳定性各指标权重

利用层次分析法获得的稳定性各指标权重如表3所示。

表3 稳定性指标权重表Table 3 The index weight table of stability

3.4.3 生产力各指标权重

表4 生产力指标权重表Table 4 The index weight table of productivity

3.4.4 综合权重

利用改进的熵权法获得的修正指标权重以及最后进行加权得到综合权重如表5所示。

4 健康评价

4.1 评价模型

4.1.1 准则层评价模型

本研究从生态性（Ecological Performance，E）、稳定性（Stability，S）、生产力（Productivity，P）三方面构建森林健康评价指标体系，以森林健康指数FHI（Forest Health Index）来指示森林健康状况。其评价模型为：

式中，FHI为森林健康指数，E代表生态性能，w1为其权重；S代表稳定性，w2为其权重；P代表生产力，w3为其权重，且满足w1+w2+w3=1。

4.1.2 指标层评价模型

森林健康指数（FHI）模型为：

式中，FHI为i小班的森林健康指数，Qij为该小班第j个指标的得分(标准化后的值)，cj为第j个指标的权重，n为评价指标的个数。

表5 指标综合权重表Table 5 The index weight table

4.2 健康等级划分

对将乐林场小班健康FHI值进行频度分析，在SPSS软件中采用K-S法对其频度分析结果进行正态检验，结果表明，双侧近似概率0.3左右，大于0.05，则其频度分析在值域为［0～1］上，符合正态分布，小班健康值频数直方图如图3。对健康值计算结果在［0～1］区间内划分为四级：优质（0.6～1）、健康（0.4～0.59）、亚健康（0.3～0.39）、不健康（0～0.29）。

4.3 健康评价结果

图3 小班健康值频数直方图Fig.3 The frequency histogram of subcompartments’health value

将乐林场进行健康评价的小班共1 291个，其中不健康的小班5个，面积86.3 hm2，占总面积的1.123%；亚健康小班129个，面积777.606 hm2，占总面积10.116%；健康小班1 100个，面积6 519.017 hm2，占总面积84.803%；优质小班57个，面积304.240 hm2，占总面积3.958%。

表6 健康评价汇总表Table 6 The summary table of health assessment

由表3可知，处于优质和健康状态的小班面积比重为88.761%；而处于亚健康与不健康状态的比重为11.239%，这部分小班需要及时采取调整措施，以提高林分的健康水平。

依据健康等级值的不同进行分类赋颜色，得到将乐林场森林健康等级图（如图4所示）。

图4 将乐林场森林健康等级图Fig.4 Subcompartments’ health grading map in Jiangle forest farm

5 小 结

(1)森林健康评价指标体系的建立是比较复杂采用定性与定量、空间与非空间相结合的方法确定评价指标体系，并采用层次分析法赋予指标权重，能够保证评价结果的准确性与合理性。

(2)森林健康评价指标体系包括3大类14个指标。生态性指标包括坡度、土壤厚度、树木活力、树种组成指数；稳定性指标包括起源、群落结构、郁闭度、优势树种、海拔、坡向、与防火道距离；生产力指标包括平均蓄积、平均胸径、可及度。

(3)将乐林场参与评价的1 291个小班大部分处于健康状态 ，占林场总面积的88.761%，健康比重所占比例依次为：健康(84.803%)＞亚健康(10.116%)＞优质(3.958%)＞不健康(1.123%)。尽管林场森林整体处于健康状态，但亚健康状态的森林比例仍然很大，这就需要林场采取切实可行的森林经营管理措施，提高经营管理水平，进一步提高森林健康水平。

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GIS based forest-health evaluation for Jiangle forest farm

YANG Xue-chun1, HOU Shao-mei2, LIU Dong-lan1, ZHENG Xiao-xian1
(1. The Key Laboratory of State Forestry Administration for Forest Resources and Environmental Management, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2. Peace Map Co.,Ltd., Beijing 100083, China)

Using JiangLe Forest Farm in Fujian Province as the research object，according to the study area forest inventory data, to build the forest-health evaluation system the using of forest health AHP based on GIS. Using spatial analysis function of GIS to evaluate the forest health level of production fi gure of timber production and to make the health levels map of Jiangle forest farm. The results show that:most of 1291classes of Jiangle Forest Farm is at healthy levels,with a percent of 88.761.And 84.803%of the total assessment areas were healthy,10.116%of the total assessment areas were sub-healthy,3.958%of the total assessment areas were at high quality,and 1.123%of the total assessment areas were unhealthy.

forest-health; evaluation; evaluation indicator; GIS; Jiangle Forest Farm

S718.55+7

A

1673-923X(2016)04-0051-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.04.010

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-11-11

“十二五”国家科技支撑计划“南方集体林区生态公益林可持续经营技术研究与示范” （2012BAD22B05）

杨雪春，硕士

刘东兰，副教授；E-mail：dong8666@bjfu.edu.cn

杨雪春，侯绍梅，刘东兰，等. 基于GIS的将乐林场森林健康评价[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(4): 51-55.

[本文编校：吴 彬]