基于栅格单元的林地质量等级评价研究

李 满，潘姿妮，韦建波

(广西壮族自治区林业勘测设计院，广西南宁 530011)

林地是国民经济发展的基础性自然资源，是林业发展最重要的生产资料，林地保护事关国土生态安全和人类共同危机[1]。林地为人类存在提供了良好的环境，同时，又为人类提供了木材和其他林、副、特产品等必需的生活资料。随着生态建设越来越受到重视，林业发展迎来了很大的发展机遇，适地适树、精准造林，最大限度地提高造林成活率，做大做强精准林业是林业顺利发展的重要前提，而立地条件的精准评价成为精准林业的前提条件。林地质量等级划分不仅能够为科学确定林地的生产能力提供基础数据，而且通过研究林地的质量及其分布状况，能够为林地保护利用规划提供依据。目前，国内外林地质量评价方法很多，主要有立地指数导向曲线法、专家打分法等，也有部分研究应用3S技术进行林地质量评价，但相关研究比较少，研究方法的应用仍不广泛[1-2]。应用3S技术进行林地质量评价能够减少前期工作量，提高立地评价效率，是立地评价的主要方法之一。林地质量等级的科学评定有利于合理地进行林地利用规划，科学地进行林地结构的改造，对于林业生产发展具有十分重要的作用和意义[3]。

在通常的林业生产工作中，林地质量评价的方法主要有2种：一种是以森林资源规划设计调查结果中的小班数据为评价的统计单位，也就是基于小班矢量数据的林地质量评价方法；另一种是从优势树种的生长状况研究林地质量。其中以小班为评价单位的评价方法具有以下缺点：①评价的统计精度过大。以广西百色市右江区为例，该区共有林地371 964.2 hm2，小班总数量为98 481个，平均每个小班面积3.8 hm2，相当于30 m分辨率的栅格数据的42个像元。过粗的统计精度对于林地质量的评价结果会产生一定的影响。②依据森林资源调查划分的小班并不适合进行林地质量评价。森林资源规划设计调查中的小班划分条件是以森林资源调查与经营管理的需要为主要依据，并未考虑林地质量评价中的立地条件因素，如坡度、坡向、坡位以及交通区位等。结果划分的小班中每一个小班不管其面积多大，覆盖范围多广，形状各异，立地条件如何，其小班的立地属性均取唯一值，基于小班而进行的林地质量评价就会与林地的实际立地条件产生很大的误差。③小班划分的精度难以保证。在通常的林业调查规划设计中，记录每一小班的属性时大多以人眼所见为准，从而造成比较大的误差，比如立地主要影响因素的坡度、坡向、交通区位等不能够精确得到，一般都是估计值，人为因素影响了立地质量的评价结果。而以优势树种的生长状况研究林地质量也有其不足之处：①该方法往往需要数十年的时间才能得到优势树种的相关数据；②某区域的优势树种生长情况并不能反映林地的立地条件；③从优势树种生长状况研究林地质量，增加了质量评定的复杂性与不可比性，评定过程也比较费时。综合考虑以上2种方法的缺点，笔者以右江区为例，研究如何利用栅格像元数据方法快速科学地评价林地质量，为林业生产发展提供科学依据。

1 研究区概况

右江区位于广西壮族自治区西部，地处106°07′～106°56′E，23°33′～24°18′N，东南接田阳，西南邻德保、靖西，西与云南毗邻，西北与田林接壤，东北是巴马，北部与凌云县交界。东西最大横距84 km，南北最大纵距82 km，右江区土地总面积3 713 km2，城区有右江与澄碧河穿城而过。

2 数据来源与研究方法

2.1数据来源研究所用数据为2009年右江区森林资源调查结果数据、2009年土壤调查成果数据和右江区30 m分辨率的DEM数据。

2.2研究方法

2.2.1评价指标。林地质量受到自然环境条件和社会条件的双重影响，在此，综合考虑了两方面的相关因素，为快速评价林地质量，笔者选取土层厚度、土壤类型、坡度、坡向、坡位和交通区位六大因素作为林地质量评价指标[4-8]。

2.2.2评价方法。根据前述林地质量评定因子，按公式(1)计算林地质量综合评分值。

(1)

式中，EEQ为林地质量综合评分值；Vi为各项指标评分值；Wi为因子的权重。各项指标评分按Ⅰ级赋值为1，Ⅱ级赋值为2，Ⅲ级赋值为3，Ⅳ级赋值为4，Ⅴ级赋值为5来进行。

根据林地质量综合评分值，将林地划分为5个等级，即Ⅰ级(1≤分值<2)、Ⅱ级(2≤分值<3)、Ⅲ级(3≤分值<4)、Ⅳ级(4≤分值<5)和Ⅴ级(分值≥5)，详见表1。

表1 相关因子数量化等级值

2.2.3数据处理流程。基于栅格单元林地质量评价的核心是评价指数的栅格化数据的获取。首先以DEM栅格数据为基础，分别通过水文分析和坡度坡向分析获取研究区坡度、坡向栅格数据，山脊、山谷与平地矢量数据，并以山脊、山谷与平地矢量数据为基础数据，通过距离分析获取坡位栅格数据；其次，以DEM为基础数据，分别通过坡度分析、坡向分析和高程分级，获得区域的坡度、坡向和海拔分级因子；再次，以土壤类型图调查数据为基础数据，如为矢量数据则栅格化，分别获取土壤土层厚度栅格数据和土壤腐殖质层厚度栅格数据；最后，依据公式(1)获得林地质量评价结果图，数据处理流程见图1。

2.2.4研究方法。首先，根据2009年右江区森林资源调查结果数据和2009年土壤调查成果数据，获取每个小班的评价指标，并依据评价方法计算每一小班的林地质量等级。其次，以2009年土壤调查成果数据和右江区30 m分辨率的DEM数据为基础数据源，利用GIS技术中的空间分析方法，以图1所示流程分别获取每一栅格单元的评价指标，并依据上述评价方法评定每一栅格单元的质量等级。最后，通过空间对比和统计分析，研究2种评定方法的优缺点。

3 结果与分析

图1 数据处理流程Fig.1 Data processing flow

3.1基于栅格单元的林地质量等级分布由表2可知，右江区 Ⅰ 级林地9 143.6 hm2，占2.46%；Ⅱ 级林地203 878.7 hm2，占54.88%；Ⅲ 级林地126 000.6 hm2，占33.92%；Ⅳ 级林地32 418.0 hm2,占8.73%，呈现出林地质量主要分布在 Ⅱ、Ⅲ 级的近正态分布。在空间分布上，Ⅰ 级林地主要分布在交通条件较好的平地、谷地两侧和下坡林地，呈块状、条带状分布；Ⅱ 级林地主要分布在交通条件比较差的谷地、下坡林地和交通条件较好的中、上坡林地；Ⅲ 级林地主要分布在交通条件较差的中、上坡林地，以及距离交通道路和居民点较近的脊部林地；Ⅳ 级林地主要分布在地势陡峭的林地、交通条件较差的脊部林地，与实际情况比较接近(图2)。

表2 右江区基于栅格单元的林地质量等级分布

图2 右江区基于栅格单元的林地质量等级分布Fig.2 Grade distribution of woodland quality based on raster cells in Youjiang Region

3.2基于小班矢量数据评价的林地质量等级分布为了比较基于栅格单元评价方法与基于小班矢量数据评价方法的优劣性，笔者也以相同的评价指标对以小班为调查单元的矢量数据进行林地质量评价，结果见表3和图3。结果表明，Ⅰ级林地减少许多，平地、谷地两侧的林地质量评价等级明显偏低，不再呈现出实际情况的沿河谷平原呈带状分布；小班矢量数据评价结果Ⅲ级林地相对栅格单元评价结果Ⅲ级林地范围更大。

图3 右江区基于小班矢量数据评价的林地质量等级分布Fig.3 Grade distribution of woodland quality based on vector plaques data in Youjiang Region

统计单位StatisticalAunit合计Totalhm2Ⅰ级面积Areahm2比例Propor⁃tion∥%Ⅱ级面积Areahm2比例Propor⁃tion∥%Ⅲ级面积Areahm2比例Propor⁃tion∥%Ⅳ级面积Areahm2比例Propor⁃tion∥%龙景街道LongjingStreet29284．03197．910．9226054．788．9731．40．1100永乐乡YongleTownship32830．03785．211．5328994．088．3244．60．146．20．02汪甸乡WangdianTownship54105．62436．04．5049262．491．052378．74．4028．40．05阳圩镇YangweiTown63675．54464．47．0156842．989．272339．03．6729．20．05大楞乡DalengTownship63238．65079．08．0354278．685．833763．75．95117．40．19泮水乡PanshuiTownship24551．51114．04．5421061．485．782360．79．6215．40．06四塘镇SitangTown36745．35583．615．2030991．284．34160．10．4410．40．03龙川镇LongchuanTown40328．72745．76．8136586．190．72943．22．3453．70．13百城街道BaichengStreet4679．4519．211．104003．885．56149．93．206．40．14百林林场BailinForestFarm11409．1640．35．619654．884．621114．09．7600林科所InstituteofForestryScience2083．2104．45．011721．482．63253．412．164．10．19阳圩农场YangweiFarm5555．3268．34．835060．891．10226．34．0700百色监狱BaisePrison3475．9293．98．452525．372．65656．718．8900合计Total371962．130231．88．13327037．487．9214421．83．88271．10．07

4 讨论

通过比较，发现2种评价结果存在比较大的差异。与栅格单元方法相比，小班矢量数据评价方法评定结果与实际相比偏差比较大。通过比较评价因子，发现人为目视调查的坡度、坡向、坡位与通过GIS空间分析的结果相差较大，究其原因，一是认为目视调查对坡度、坡向的判断具有相对随意性，精确性较差，二是评价单元大小精度不一样，小班矢量数据相对栅格像元而言经过了一定程度的概括，精度相对降低；而坡位数据的差异主要是由于有部分小班跨越不同的坡位，在坡位的取舍上存在不确定因素，降低了评价因子的精度，因而造成了坡位评价因子在2种方法上的不同；而在交通区位上认为判断也存在一定程度的误差。

总之，基于栅格单元的林地质量评定方法比基于小班矢量数据的评定方法更加科学、准确、精确、高效，统计结果更加接近正态分布，而且减少了许多外业工作量，但其在数据

处理上，尤其是在坡位数据的提取上计算数据量更大，耗时相对较多，而且对计算机的要求也相对更高。

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