福建省森林公园落界“一张图”与景观空间格局分析

2017-08-31陈贤干

林业勘察设计 2017年2期

关键词：一张图森林公园坡度

陈贤干

(福建省林业调查规划院，福建福州 350003)

福建省森林公园落界“一张图”与景观空间格局分析

陈贤干*

(福建省林业调查规划院，福建福州 350003)

利用空间信息技术，获取福建省森林公园落界“一张图”，通过分析森林公园内各森林景观与地形因子之间的关系，揭示福建省森林公园景观空间格局分布特征。研究结果表明：全省现有156个省级以上森林公园，三明、南平和福州等5个设区市的森林公园个数占全省73.72%，漳州、三明和泉州森林公园面积列全省前三，少部分县市区无森林公园分布。研究区以有林地为主，针叶林景观占整个研究区森林生态景观总面积的46.05%。研究区内各森林景观随着海拔的变化呈现出有规律的垂直分异特征，主要分布在海拔800 m以下。主要森林景观分布在缓坡至陡坡之间，非林地景观随着坡度升高分布面积逐渐减少，其他森林景观均呈现先增后减的趋势。各森林景观在不同坡向趋于均匀分布但又略有差异。总体来看，森林景观在海拔和坡度上存在显著的分异特征，而在坡向上的分异特征不明显。

森林公园；空间信息技术；“一张图”；地形因子；景观格局

随着森林旅游日益受到重视，林业产业结构做出相应调整，森林公园应运而生，而且发展迅速[1]。森林公园是指具有一定规模和质量的森林风景资源和环境条件，可以开展森林旅游，并按法定程序申报批准的森林地域[2]。森林公园在保护森林资源、生物多样性和可持续利用等方面具有重要作用[3]，对促进我国旅游业和林业产业的发展、加强对森林公园管理、发展动态及生态保护方面的研究具有重要意义。森林公园既是充分发挥森林生态系统服务功能的主要载体，也是发展森林旅游的重要场所[4]。林业系统学者对森林公园的研究成果很多，研究内容主要集中在森林公园的理论研究[5-6]、旅游资源开发与生态服务功能评价[7]、经济评估及规划、管理体制和经营模式研究等[8-9]，但对森林公园落界“一张图”与其景观空间格局分布的研究相对较少。本文以此为切入点，利用空间信息技术，将福建省森林公园落界到“一张图”，通过分析森林公园内森林景观分布与地形因子的关系，揭示森林公园景观空间格局分布特征，以期为福建省森林公园的开发与建设、可持续经营与管理、合理保护与利用、生态恢复提供科学依据，为我省生态文明建设开展提供理论参考。

1 研究区概况

福建省依山傍海，地处北纬23°33′～28°20′、东经115°50′～120°40′，东临台湾海峡，东北与浙江毗邻，西北与江西相交，西南与广东相连；地处暖热湿润的亚热带海洋性季风气候区，年均降雨量1 504.2 mm，年均气温19.7 ℃。福建有福州、厦门、泉州等9个地级市及1个平潭综合实验区。全省林地面积926.82 万hm2，占土地总面积的76.28%，森林覆盖率65.95%，居全国首位。

2 数据来源

本文采用的数据主要有基础地理信息数据、林业地理信息数据、遥感影像及森林公园相关资料等，主要包括高分一号和资源三号高分辨率遥感影像、空间分辨率为25 m的数字高程模型DEM、1：10 000比例尺地形图；福建省森林公园界线(落界前数据，下同)、全省2015年森林资源档案数据、森林公园相关文件、相关图纸等。目前福建省森林公园界线主要是通过县(市、区)提供的森林公园总体规划与可行性研究报告的扫描图纸经配准矢量化得到的，存在森林公园界线和面积与相关文件、图纸不符等问题，因此需要对福建省森林公园界线进行审查修订，从而形成福建省森林公园落界数据。

3 数据处理

3.1 数据落界技术路线

通过空间信息技术处理获得福建省森林公园落界数据(图1)。既满足林地落界“一张图”的要求，又满足全省森林公园落界“一张图”的要求，同时为全省森林公园景观空间格局分析提供科学依据。

图1 福建省森林公园落界数据技术路线

3.1.1 叠加分析

叠加分析是指在统一空间参考系统下，通过对两个数据进行一系列集合运算，产生新数据的过程[10]。运用ArcGIS软件，对福建省森林公园界线与各县(市、区)核查的森林公园界线进行叠加分析，可以有效地分析森林公园界线差异问题，保证森林公园界线的准确性。

3.1.2 栅格图像形成和配准

将森林公园批复图纸扫描生成栅格图像，利用ArcGIS软件结合地形图和遥感影像对栅格图像进行配准。为了保证配准精度，选取不在同一直线且分布均匀的不少于4个控制点进行配准，经过反复校正，保证达到精度要求。

3.1.3 栅格图像矢量化

经过栅格图像配准后，就可以以此栅格图像为底图，进行矢量化，进而结合相关资料和数据得到修改的森林公园界线。

3.1.4 建立属性数据库

本次研究的属性字段主要包括设区市代码、县市区代码、森林公园编号、景区类型、斑块编号、关键字、森林公园级别、森林公园面积、备注等。通过空间连接，可以将森林公园空间数据与森林资源档案属性数据相连，从而与林地落界数据紧密衔接，满足数据库建立要求。

3.1.5 与森林资源档案数据融合

根据森林资源档案数据，当森林公园界线与档案小班界相差10 m以内，考虑到可能是误差引起的偏差，本文以小班界作为森林公园界线；反之，保留森林公园界线。

3.2 森林公园景观类型划分

为了掌握森林公园植被分布特点，需要对福建省森林公园内景观类型进行划分。根据森林资源二类调查土地分类系统，结合研究区森林植被类型分布现状，采用森林资源档案数据中的地类和优势树种两个因子相结合进行划分，从而得到福建省森林公园景观类型分类系统(表1)。利用ArcGIS对研究区森林资源数据中相同景观的图斑进行融合处理，得到森林公园不同景观类型及统计概况(表2)。

表1 福建省森林公园景观类型分类系统

表2 森林公园不同景观类型及统计概况

3.3 地形因子等级划分

利用ArcGIS软件，采用DEM数据提取研究区的高程、坡度及坡向并进行等级划分。本文将研究区高程划分为7级、坡度划分为6级、坡向划分为8级(表3、表4、表5)。

表3 高程等级划分

表4 坡度等级划分

表5 坡向等级划分

经过以上处理方法获得了研究区的高程、坡度及坡向分级数据。利用ArcGIS空间分析功能，将研究区的森林景观分布图分别与海拔、坡度及坡向分布图进行叠加分析，从海拔、坡度及坡向等方面对森林公园景观空间格局进行统计分析。

4 结果与分析

4.1 森林公园落界“一张图”

利用空间信息技术，对福建省各设区市森林公园现状进行统计(表6)，获得福建省森林公园空间分布图(图2)。由表和图可以看出，全省现有省级以上森林公园156个，面积17.75万hm2，其中：国家级29个，面积8.64万hm2，省级127个，面积9.11万hm2。

各设区市分布着不同数量和面积的森林公园。在数量上，三明、南平、泉州、漳州和福州等5个设区市的森林公园个数占全省总数的73.72%。其中，国家级森林公园主要集中在福州、三明、漳州、龙岩和南平，占国家级总数的82.76%；省级森林公园主要集中在三明、泉州、漳州和南平，占省级总数的65.35%。在面积上，漳州、三明和泉州森林公园面积位列全省前三，莆田和厦门面积最小，其他设区市森林公园面积均在1.76～2.09 万hm2；在空间分布上，全省森林公园总体分布均匀，全省72个县市区都设立有森林公园。鼓楼区、思明区、秀屿区、鲤城区、龙文区和柘荣县等16个县(市、区)暂无森林公园，主要原因是这些县(市、区)不具有一定规模和质量的森林资源和环境条件，或者未按法定程序申报等。

表6 福建省各设区市森林公园现状统计

图2 福建省森林公园空间分布

4.2 森林公园景观格局与海拔的关系

随着海拔的变化，研究区景观类型分布在垂直方向上明显呈现有规律的分异特征(表7)。各景观类型随着海拔的升高呈现单峰分布变化，阔叶林和针叶林景观在200～800 m海拔范围内占据了大多数；阔叶林和竹林景观分别在400～600 m和800～1 000 m海拔处达到最大值，23%以上的面积分布在该海拔范围内；针叶林和灌木林景观在400～600 m海拔处有最大的分布面积。在海拔0～800 m范围内，除无林地外，其余景观类型占各自景观总面积近70%。非林地景观90%在海拔600 m以下分布。各景观受降水减少和气温降低的影响，在海拔1 000 m以上分布较少。经济林、未成林造林地和无林地一般分布在海拔较低地区，而其他景观相对较少，主要受人工种植和采伐等人为活动的干扰。

表7 森林公园不同景观类型的垂直分布情况

4.3 森林公园景观格局与坡度的关系

在各个坡度上不同景观类型均有不同面积的分布(表8)。非林地景观主要分布在斜坡以下，而陡坡以上由于人类生产活动受限，很少有非林地景观分布；其他景观的分布面积随着坡度的增加均呈现先增后减的趋势。在陡坡地区，阔叶林、竹林和灌木林的分布面积达到峰值，而其他景观主要在斜坡地区。在缓坡至陡坡之间，除非林地外，各景观分布比例均超过了65%，其中针叶林、竹林、经济林和未成林造林地分布比例甚至超过了84%，主要是由于缓坡和斜坡范围相对适合人类从事森林经营活动且土壤肥沃；而陡坡受人为干扰影响小且适宜植被生长，因此在该坡度上有较大的森林分布面积。急坡与险坡土壤厚度薄，有机质成分和土壤水分容易受雨水侵蚀影响流失，从而影响了植被生长，因此各林地景观分布面积很小。分析表明，人类活动对森林公园内不同森林景观在坡度上的分布有较大的影响。

表8 森林公园不同景观类型沿坡度的分布情况

4.4 森林公园景观格局与坡向的关系

坡向影响森林植被的分布规律及生长状况，总体来看，阳坡、半阳坡分布面积较阴坡、半阴坡略大些。从表9可以看出，在不同坡向上各景观类型趋于均匀分布却又有差异，在西南坡针叶林分布最多；阔叶林和竹林在西北坡分布最多；经济林、灌木林和非林地在东坡分布最多；未成林造林地和无林地更多的分布在南坡。总体来看，阔叶林、经济林、灌木林和未成林造林地在阳坡、半阳坡的分布面积持平于阴坡、半阴坡；针叶林、无林地在阳坡、半阳坡分布面积明显大于阴坡、半阴坡，而竹林、非林地则相反。以上说明，各森林景观在坡向上分布特征与人类活动及植被的生物学特性是密切联系的。

表9 森公园不同景观类型沿坡向的分布情况

5 结论与讨论

空间信息技术能有效地对森林公园的空间数据及属性数据进行动态管理，是今后森林公园的开发、建设、管理与保护工作的重要技术支撑。通过福建省森林公园落界“一张图”统计分析，全省现有156个省级以上森林公园，其中国家级29个，省级127个，总面积17.75万hm2。从空间分布来看，全省森林公园分布均匀，各设区市均存在不同数量和面积的森林公园，三明、南平、泉州、漳州和福州等5个设区市的森林公园个数占全省总数的73.72%，漳州、三明和泉州森林公园面积列全省前三。

福建省森林公园内森林覆盖率较高，整体景观的结构、功能和动态过程主要由有林地景观主导。针叶林景观占整个研究区森林生态景观总面积的46.05%，是研究区的优势景观类型和森林景观的基质。

通过对福建省森林公园内森林景观与地形因子关系的分析，结果表明：随着海拔的变化，研究区各景观类型分布在垂直方向上明显呈现有规律的分异特征，主要分布在海拔800 m以下地区。阔叶林和针叶林在海拔200～800 m处分布集中，竹林景观在海拔400～1 000 m处分布集中，而非林地景观集中在海拔400 m以下。主要森林景观分布在缓坡至陡坡之间，随着坡度升高，非林地景观分布面积逐渐减少，其他森林景观也呈现先增后减趋势，分别在斜坡和陡坡分布面积最大。总体来看，森林公园景观在海拔和坡度上的分异特征显著，而在坡向上的分异特征不明显。各景观类型在不同坡向趋于均匀分布但又有差异，其中中阳坡、半阳坡分布面积相对较大，。

森林景观格局的空间分布受地形因子影响，各森林景观随着地形因子的变化明显呈现出不同的空间分异规律，说明地形因子对森林景观的空间分异特征具有重要作用[11]。数据转化精度和景观格局分析在选择不同空间分辨率下会产生不同的影响。本文利用DEM数据和栅格化后的森林景观数据对景观格局与地形因子相关关系进行分析过程中发现，空间尺度效应是一个不容忽视的问题[12-14]。如何选择最优尺度，对景观空间格局分析更全面、更准确需要进一步深入研究。总体上，福建省对建设森林公园具有较高的重视度和前瞻性，为森林公园的可持续经营与管理、合理保护与利用等提供了较好条件。

[1] 王梦君，唐芳林，史冬防.我国森林公园的发展动态分析 [J].西北林学院学报，2012，27(5)：251-254.

[2] 郭尤睿，董建文.福建省森林公园发展的初探 [J].赤峰学院学报，2014，30(5)：136-138.

[3] 赵典约.谈国家森林公园可持续发展 [J].现代农业科技，2009(14)：223-224.

[4] 韩爱桂，柯水发，郑艳.森林公园旅游业的发展对就业的影响分析 [J].北京林业大学学报(社会科学版)，2010，9(4)：59-64.

[5] 李柏青，吴楚材，吴章文.中国森林公园的发展方向 [J].生态学报，2009，29(5)：2749-2756.

[6] 赵敏燕，陈鑫峰.中国森林公园的发展与管理 [J].林业科学，2016，52(1)：118-127.

[7] 卞斐，刘勇，马履一，等.北京市森林公园游憩带空间特征分析 [J].西北林学院学报，2011，26(3)：204-208.

[8] 马秀琴，王秋娟.浅谈森林公园经营管理体制存在问题及对策 [J].河北林业科技，2004(3)：20-36.

[9] 张晓慧，陈强.楼观台森林公园旅游环境容量研究 [J].西北林学院学报，2011，26(2)：207-211.

[10] 朱效民，赵红超，刘焱，等.矢量地图叠加分析算法研究 [J].中国图象图形学报，2010(11)：1696-1706.

[11] 赵国帅，叶功富，范蓉，等.闽北山区森林景观的分布格局与地形关系研究 [J].武夷学院学报，2016，35(6)：1-6.

[12] Caucherel C. Multiscale heterogeneity map and associated scaling profile for landscape analysis[J].Landscape & Urban Planning，2007，82(3)：95-102.