楊代強(qiáng)，賴元長

(四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川成都 610081)

林地落界是指依據(jù)現(xiàn)有森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查和公益林區(qū)劃界定等成果，以DOM為基礎(chǔ)，通過遙感判讀核實(shí)，輔以適當(dāng)?shù)默F(xiàn)地調(diào)查，按照林地落界基本條件和精度要求，落實(shí)現(xiàn)有林地和依法可用于林業(yè)發(fā)展的其它土地的邊界和圖斑［1］。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，出現(xiàn)了全球氣候變暖、水土流失加劇、水資源緊缺、資源過度消耗等日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境危機(jī)。而林地作為國家重要的自然資源和戰(zhàn)略資源，是人類賴以生存和發(fā)展的根基，在保障木材及林產(chǎn)品供給、維護(hù)國家生態(tài)安全具有核心地位，在應(yīng)對(duì)生態(tài)環(huán)境危機(jī)中具有舉足輕重的地位［2］。而林地落界的成果是高效、合理配置林地資源的基礎(chǔ)，也是制定林地保護(hù)利用規(guī)劃的必要前提。林地落界作為林地保護(hù)利用規(guī)劃中的重要內(nèi)容，通過林地落界可以真實(shí)反映林地資源現(xiàn)狀及其空間分布格局，進(jìn)一步建成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的全覆蓋林地“一張圖”和林地管理數(shù)據(jù)庫，形成系統(tǒng)完整的林地保護(hù)利用規(guī)劃檔案［3］。

阿壩州是長江上游重要的水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)區(qū)，同時(shí)也是四川省的重要林區(qū)。長期以來，由于人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)差和木頭經(jīng)濟(jì)的驅(qū)使，導(dǎo)致對(duì)該地區(qū)資源利用的不合理，生態(tài)屏障的保護(hù)作用越來越弱［4］，造成阿壩州成為水土流失最嚴(yán)重和生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一。林地保護(hù)利用規(guī)劃實(shí)施以來，全國各地區(qū)都積極的編制林地保護(hù)利用規(guī)劃文本和林地落界工作，形成了很多有價(jià)值的成果。目前很多學(xué)者對(duì)林地保護(hù)利用規(guī)劃和林地檔案數(shù)據(jù)庫的方法進(jìn)行了大量研究［5-7］，然而對(duì)林地落界方法的研究還鮮有報(bào)道。本文選擇阿壩州作為研究區(qū)，探討林地落界的具體方法，為阿壩州林地保護(hù)利用規(guī)劃的科學(xué)編制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以期促進(jìn)阿壩州森林資源的合理利用，改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

阿壩州國土總面積8.3×104km2，地處岷江上游，青藏高原東緣的橫斷山地帶，四川省的西北部，介于東經(jīng) 100°30'～104°27'，北緯 30°35'～ 34°19'。氣候類型多樣，西北部的丘狀高原屬大陸高原性氣候，年平均氣溫0.8℃ ～4.3℃，山原地帶為溫涼半濕潤氣候，年平均氣溫5.6℃ ～8.9℃，高山峽谷地帶，氣候垂直分布明顯從亞熱帶到溫帶、寒溫帶、寒帶氣候;水資源豐富，水力資源可開發(fā)量6.36×106kW［8］;海拔820 m ～6 250 m，相對(duì)高差大，地形由西北向東南高低梯次變化;地貌以高原和高山峽谷為主，土壤類型以亞高山草甸土為主，地帶性植被以海拔從高到低依次為終年積雪、高山寒凍帶稀疏墊狀草本、高山高原寒溫帶灌叢草甸、高山山原溫帶-寒溫帶暗針葉林、高山暖溫帶針闊葉混交林、山地亞熱帶常綠闊葉林。

2 研究資料

2.1 研究數(shù)據(jù)

1∶10 000比例尺DOM遙感影像數(shù)據(jù);2008年分類區(qū)劃界定成果;森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù);國土二調(diào)數(shù)據(jù)和圖面資料;1∶100 000或1∶50 000比例尺地形圖;土壤類型分布圖;數(shù)字高程模型(DEM);其它專項(xiàng)調(diào)查資料。

2.2 研究軟件

ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，Map2Shp軟件。

3 研究方法

林地落界方法是利用SPOT-5遙感影像采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄌ崛⊙芯繀^(qū)解譯小班，結(jié)合地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將林地及其利用狀況落實(shí)到山頭地塊，以期為各級(jí)林地保護(hù)利用規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.1 研究區(qū)邊界的確定

利用Map2Shp軟件將國土二調(diào)資料中的XZQ和JHTB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SHP格式數(shù)據(jù)，結(jié)合分類區(qū)劃數(shù)據(jù)，參照分辨率為2.5 m的SPOT-5遙感影像，通過人工矢量化的方式，將界線精確畫到相應(yīng)的山脊、河流、溝谷地區(qū)，從而完成研究區(qū)邊界矢量化工作。

3.2 林班界線的落界

3.2.1 林班界線的矢量化

選取研究區(qū)已進(jìn)行預(yù)處理后的SPOT-5遙感影像及地形圖，作為林班界線提取的圖像資料。運(yùn)用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件中的簡化(Dissolve)工具提取分類區(qū)劃中的林班界線，基于SPOT-5遙感影像，對(duì)照分類區(qū)劃林班界線，采用人工矢量化方式，根據(jù)影像中的山脊、河流、溝谷進(jìn)行研究區(qū)林班界線的勾繪，從而獲得矢量格式的林班界線。對(duì)于影像上被雪覆蓋或者可以斷定原界線本來就沒有按山脊河流走的，可以根據(jù)已畫部分與原界線相對(duì)位置繼續(xù)畫。也可以將分類區(qū)劃的林班移動(dòng)到與已畫部分基本重合，然后直接按原界線畫(僅指無法辨識(shí)山脊河流部分)。

3.2.2 林班界線的賦值

基于研究區(qū)分類區(qū)劃林班圖層，利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件中的空間連接(Spatial Join)工具，將分類區(qū)劃林班圖層中的屬性賦值到人工勾繪的林班圖層中，并檢查兩個(gè)林班圖層的林班個(gè)數(shù)，林班屬性值是否匹配。然后按《落界技術(shù)細(xì)則》9.4.3、9.4.4、9.4.5的要求完成鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)、村作業(yè)區(qū)、林班三級(jí)圖層編輯，從而得到準(zhǔn)確的林班界線，林班界線具體屬性字段見表1。

表1 林班屬性字段表

3.3 解譯小班的落界

3.3.1 建立解譯標(biāo)志

建立解譯標(biāo)志就是利用實(shí)地調(diào)查，分析各地類的特點(diǎn)。其野外調(diào)查主要以線路調(diào)查為主，結(jié)合GPS定點(diǎn)調(diào)查，點(diǎn)面相結(jié)合進(jìn)行。調(diào)查線路選擇的原則是:根據(jù)影像圖和交通條件選設(shè)調(diào)查路線，線路應(yīng)選擇研究區(qū)不同的地貌、森林類型和土地利用類型。根據(jù)各地類在影像上的色調(diào)、紋理、大小、幾何形狀、地形地貌及地理位置(包括地名)等因素，在野外建立影像與實(shí)地的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成目視解譯標(biāo)志表。

3.3.2 解譯小班的判讀

基于ArcGIS9.3地理信息系統(tǒng)，采用省森林資源和荒漠化監(jiān)測(cè)中心自主開發(fā)的“林地落界插件”，結(jié)合目視解譯標(biāo)志表，對(duì)解譯小班進(jìn)行判讀，然后利用“林地落界插件”對(duì)解譯小班進(jìn)行地類、優(yōu)勢(shì)樹種、齡組、郁閉度、平均胸徑、公頃蓄積6個(gè)因子屬性的錄入。

3.3.3 解譯小班處理

利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件中的簡化(Dissolve)工具提取林班面中的鄉(xiāng)界，將研究區(qū)按鄉(xiāng)界分為若干塊，按鄉(xiāng)組織解譯圖斑拼接。然后運(yùn)用ArcGIS軟件的拓?fù)涔ぞ?Topology)對(duì)完成拼接的解譯小班進(jìn)行拓?fù)錂z查，進(jìn)一步按照小班面圖層平滑處理要求對(duì)通過拓?fù)錂z查的解譯小班進(jìn)行平滑處理。

3.3.4 解譯小班其他屬性因子的提取

3.3.4.1 地形因子的提取

DEM(數(shù)字高程模型)作為對(duì)地面形態(tài)的二維表達(dá)，廣泛的應(yīng)用于地形地勢(shì)的評(píng)價(jià)。本次研究采用國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)提供的90m分辨率的DEM［6］數(shù)據(jù)提取研究區(qū)的坡度、坡向。利用 Arc-GIS9.3軟件空間分析模塊(Spatial Analyst)的Aspect工具生成研究區(qū)坡向和坡度圖，生成的坡向圖默認(rèn)是10個(gè)坡向類型的柵格圖，坡度圖默認(rèn)是9個(gè)坡度類型的柵格圖。然后用空間分析模塊(Spatial Analyst)的Reclassify工具，按照表2將坡向、坡度分別重分類為9類和6類。將重分類的坡向、坡度柵格圖通過轉(zhuǎn)化模塊(Conversion Tools)中的From Raster工具，生成坡向、坡度矢量圖層。

坡位數(shù)據(jù)采用國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)提供的格式為 GeoTiff，分辨率為90m 的坡位數(shù)據(jù)產(chǎn)品［9］，然后用空間分析模塊(Spatial Analyst)的Reclassify工具，參照表2對(duì)坡位圖賦上相應(yīng)級(jí)別的代碼。將重分類的坡位柵格圖通過轉(zhuǎn)化模塊(Conversion Tools)中的From Raster工具，生成坡位矢量圖層。

阿壩州有高山、中山和山原3種地貌類型，根據(jù)海拔和所處地理位置利用計(jì)算機(jī)分區(qū)域分類型統(tǒng)一賦值，生成研究區(qū)地貌矢量圖層。

表2 地形因子代碼表

3.3.4.2 交通區(qū)位因子的提取

利用Map2Shp軟件將國土二調(diào)資料中的DLTB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SHP格式數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用ArcGIS-9.3軟件生成研究區(qū)道路圖層，參照分辨率為2.5 m的SPOT-5遙感影像，對(duì)提取的道路圖層校正到影像上相應(yīng)位置。然后采用緩沖(buffer)工具，根據(jù)解譯小班與相關(guān)道路的距離，參照交通區(qū)位代碼表(表3)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)道路圖層依照道路等級(jí)從高到低進(jìn)行緩沖，將縣域內(nèi)的林地交通區(qū)位劃分為1、2、3、4、5級(jí)，從而獲得具有屬性值的交通區(qū)位圖層。

表3 交通區(qū)位代碼表

3.3.4.3 土壤因子的提取

基于1∶3 000 000比例尺四川農(nóng)業(yè)土壤分布圖，利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，采用人工矢量化的方式，綜合中國土壤數(shù)據(jù)庫［10］有關(guān)資料將研究區(qū)森林土壤類型及厚度確定為山地褐土海拔1 100 m～2 800 m，厚度80 cm;山地棕壤海拔2 800 m～3 800 m，厚度85 cm;山地灰化土海拔3 500 m～4 200 m，厚度80 cm;山地草甸森林土海拔3 500 m～4 200 m，厚度70 cm;沼澤土海拔3 400 m～4 000 m，厚度100 cm;高山草甸土海拔4 000 m，厚度30 cm，參照土壤類型代碼表(表4)生成研究區(qū)土壤類型和土壤厚度矢量圖。

表4 土壤類型代碼表

3.3.4.4 林地質(zhì)量等級(jí)的提取

林地質(zhì)量等級(jí)劃分是利用地形、土壤、植被因子，結(jié)合交通區(qū)位等指標(biāo)，采用定性和定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，針對(duì)林地區(qū)劃小班按照多因子分層次進(jìn)行質(zhì)量評(píng)分，劃分相應(yīng)質(zhì)量等級(jí)，綜合評(píng)定林地生產(chǎn)力等級(jí)。林地質(zhì)量等級(jí)作為林地落界中的一個(gè)重要因子，林地質(zhì)量等級(jí)評(píng)定的準(zhǔn)確與否，將影響林地保護(hù)利用規(guī)劃的科學(xué)性和合理性［11］。本研究選取土壤類型、土壤厚度、坡度、坡向、坡位和交通區(qū)位等6項(xiàng)因子，采用層次分析法，對(duì)研究區(qū)林地質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

林地質(zhì)量計(jì)算公式如下:

式中:EEQ——林地質(zhì)量綜合評(píng)分值(0-10);

Vi——各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分值(0-10);

Wi——因子的權(quán)重(0-1)。

根據(jù)林地質(zhì)量綜合評(píng)分值，劃分為Ⅰ級(jí)(分值≤2)、Ⅱ級(jí)(2～4)、Ⅲ級(jí)(4～6)、Ⅳ級(jí)(6～8)和Ⅴ級(jí)(9～10)5個(gè)等級(jí)。

根據(jù)交通區(qū)位、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤類型6個(gè)因子的林地宜林程度差異，確定各項(xiàng)因子的權(quán)重分別為 0.10、0.20、0.10、0.10、0.30、0.20。

基于ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，將前邊提取的坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤類型等圖層，按照表的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類，并賦予相應(yīng)等級(jí)的分值，然后利用ArcGIS-9.3的空間分析模塊(Spatial Analysis)中的柵格計(jì)算功能(Raster Calculator)，根據(jù)林地質(zhì)量計(jì)算公式，計(jì)算出研究區(qū)林地質(zhì)量等級(jí)圖層。

3.3.4.5 林地保護(hù)等級(jí)的提取

林地保護(hù)等級(jí)劃分基于研究區(qū)的實(shí)際狀況，在林地利用分類的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持全面保護(hù)與突出重點(diǎn)相結(jié)合的原則，根據(jù)生態(tài)脆弱性、生態(tài)區(qū)位重要性以及林地生產(chǎn)力等指標(biāo)，利用ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，參照四川省“保護(hù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)”，對(duì)研究區(qū)的林地賦予對(duì)應(yīng)的保護(hù)等級(jí)，生成研究區(qū)林地保護(hù)等級(jí)矢量圖層。

3.3.5 解譯小班的賦值

基于ArcGIS-9.3地理信息系統(tǒng)軟件，采用圖面與屬性交互方式，利用空間連接(Spatial Join)工具將解譯小班與已知屬性圖層進(jìn)行連接，對(duì)解譯小班進(jìn)行屬性編輯，完成解譯小班的賦值。

解譯小班中的縣、鄉(xiāng)、村、林業(yè)局、林場(chǎng)、作業(yè)區(qū)、林班、地貌、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、土壤類型、交通區(qū)位、林地質(zhì)量等級(jí)、林地保護(hù)等級(jí)等屬性的賦值，采用分析工具(Analysis Tools)中的空間連接模塊(Spatial Join)分別將林班圖層、地形因子圖層、土壤因子圖層、交通區(qū)位圖層、林地質(zhì)量等級(jí)圖層、林地保護(hù)等級(jí)圖層中的屬性因子連接到解譯小班屬性表中。地類、齡組、郁閉度、優(yōu)勢(shì)樹種、平均胸徑、公頃蓄積等6個(gè)因子在解譯小班判讀過程中已對(duì)解譯小班進(jìn)行了屬性錄入。土地權(quán)屬、國家級(jí)公益林保護(hù)等級(jí)參照分類區(qū)劃，利用空間連接(Spatial Join)工具，將分類區(qū)劃中的屬性賦值到解譯小班中。

解譯小班林種賦值根據(jù)分類區(qū)劃，選一個(gè)最多的亞林種，將所有圖斑LIN_ZHONG屬性賦為亞林種代碼，然后根據(jù)分類區(qū)劃的其他林種少量修改;森林類別賦值根據(jù)林種統(tǒng)一賦值，先將防護(hù)和特用統(tǒng)一賦值為代碼11，用材和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一賦值為代碼21，薪炭賦值為代碼22，然后再結(jié)合框架編制時(shí)的功能分區(qū)及保護(hù)等級(jí)進(jìn)行修改;阿壩州國家級(jí)公益林比重很大，先將公益林賦值代碼10，再根據(jù)分類區(qū)劃將地方公益林調(diào)整為代碼20，完成解譯小班事權(quán)等級(jí)賦值;工程管理類別賦值先將阿壩州全部林地賦值為天保代碼11，然后分別對(duì)退耕代碼30，石漠化治理代碼42，野生動(dòng)植物保護(hù)及自然保護(hù)區(qū)建設(shè)工程代碼51、52、53、54、速生豐產(chǎn)林基地建設(shè)工程代碼60、全國濕地保護(hù)工程代碼70。阿壩州內(nèi)一般情況是純天然林多，人工林少，先將所有圖斑的QI_YUAN賦值為11，然后根據(jù)其他起源情況進(jìn)行修改，完成解譯小班起源賦值。

利用專業(yè)調(diào)查資料和相關(guān)資料完成解譯小班的濕地類型、土地退化類型、災(zāi)害類型、災(zāi)害等級(jí)、是否為補(bǔ)充林地、林地功能分區(qū)、主導(dǎo)功能分區(qū)等7個(gè)字段的賦值。

3.4 林地落界數(shù)據(jù)庫的建立

解譯小班賦值完成后，對(duì)屬性表進(jìn)行全面檢查，非林地除保留權(quán)屬、地類因子和耕地的坡度值外，不保留其他屬性因子;除有、疏、灌保留林種和起源因子外，其他地類不保留林種和起源因子;除權(quán)屬因子可以保留漢字字段和屬性外，其他一律不得有漢字字段和屬性。檢查完成后對(duì)全縣數(shù)據(jù)拼接，計(jì)算各類土地面積，與原分類區(qū)劃各類土地面積和省下發(fā)規(guī)劃基期指標(biāo)對(duì)照，找出差距原因，待與各方協(xié)調(diào)后，再進(jìn)行驗(yàn)證修改。進(jìn)一步導(dǎo)入行政界線專題、林地專題、其他專題等相關(guān)數(shù)據(jù)圖層，建立研究區(qū)林地落界矢量數(shù)據(jù)庫。

3.5 技術(shù)路線

林地落界技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 林地落界技術(shù)路線

4 討論

以阿壩州作為案例區(qū)進(jìn)行林地落界方法研究，具有區(qū)域典型性和方法前瞻性。隨著3S技術(shù)的快速發(fā)展以及在林業(yè)中的應(yīng)用［12，13］，通過遙感衛(wèi)星影像獲得準(zhǔn)確的林地信息則是一種新的、經(jīng)濟(jì)有效的手段，利用遙感處理技術(shù)則可以有效地對(duì)林地邊界進(jìn)行確定。本次研究基于林地保護(hù)利用規(guī)劃林地落界技術(shù)規(guī)程［1］，結(jié)合3S技術(shù)對(duì)林地落界方法進(jìn)行了探討，為阿壩州林地保護(hù)利用規(guī)劃打下了重要基礎(chǔ)，對(duì)全面提升林地管理和決策水平具有十分重要的作用。通過實(shí)踐表明，林地落界方法切實(shí)可行，但也存在一定問題，由于遙感影像存在同物異譜，同譜異物，以及受外界云，雪等因素的干擾，造成林地落界面積與森林分類區(qū)劃界定成果和國土二調(diào)數(shù)據(jù)中的林地面積出現(xiàn)一定程度差異，如何處理這幾種資料的林地面積差異將是下一步工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

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［9］數(shù)據(jù)來源于全球科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http://datamirror.csdb.cn).

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