都本緒

（大連市林業(yè)調查規(guī)劃院，遼寧 大連 116023）

GIS在森林生態(tài)系統服務功能中的應用要要要以大連市區(qū)為例

都本緒

（大連市林業(yè)調查規(guī)劃院，遼寧 大連 116023）

地理信息系統（GIS，Geographic Information System）是20世紀60年代開始迅速發(fā)展起來的進行地理科學研究的新技術，它具有強大的空間數據處理與空間分析功能。在森林生態(tài)系統服務功能中引入GIS技術將大大提高森林生態(tài)系統服務功能評估的合理性，提升森林生態(tài)系統服務功能評估的水平。該文結合遼寧省大連市市區(qū)森林生態(tài)系統服務功能評估的實踐，首先通過對市區(qū)林分因子的調查，遙感圖片的校正，評估因子的選取，空間模型的建立，最后計算出選取的林分因子的各項指標，對市區(qū)森林生態(tài)系統服務功能，在空間上有一個直觀的展現，為以后進一步評估和領導決策提供依據。

GIS；森林生態(tài)系統；空間分析

本文的研究對象為大連市主城區(qū)的森林生態(tài)系統服務功能價值評估，重點分析探討了以下問題：淤如何根據研究區(qū)域尺度的森林生態(tài)系統實際情況，來確定其服務功能價值進行測算和評估的遙感技術方法及數學模型。于分析大連市主城區(qū)森林生態(tài)系統服務功能評估因子，即小班林分因子空間分布規(guī)律中的決定性因子，包括小班林分因子的樹高、胸徑、小班株數及郁閉度。③從研究區(qū)域尺度對大連市主城區(qū)的森林生態(tài)系統服務功能價值在地域上的分布規(guī)律做出描述和總結。

1 研究區(qū)域森林植被分布情況

研究區(qū)域內林業(yè)用地共3296hm2，其中有林地面積3110hm2，占94.4%；疏林地及其他灌木林地面積49hm2，占1.4%；其他林業(yè)用地137hm2，占4.2%?；盍⒛拘罘e182946m3，其中林分蓄積182455 m3，占99.7%；疏林地及其他灌木林地蓄積491m3，占0.3%。

研究區(qū)域按地類分，闊葉林地面積742hm2，蓄積42002m3；針闊混交林397hm2，蓄積20587m3；針葉林地1971hm2，蓄積119866m3；疏林地及灌木林地面積49hm2，蓄積491m3；其他林地137hm2。項目區(qū)域內，主要分布樹種為：側柏、赤松、臭椿、刺槐、燈臺樹、楓楊、黑松、花曲柳、小葉楊、油松、圓柏、柞樹、樟子松、紫穗槐等，其中分布最廣的3種樹木為：黑松、刺槐、柞樹。黑松林面積為2189hm2，刺槐林面積為483hm2，柞樹林面積為370hm2，合計占林業(yè)用地面積92.3%。

2 研究區(qū)域數據來源及處理

2.1 數據來源

大連市市區(qū)森林資源二類調查以小班為單位，每個小班共分90個林分因子進行調查，包括了森林資源的生長情況、立地情況、樹種起源、林地林木權屬、小班所在地土壤類型、土層厚度、小班坡向等。研究區(qū)域內共有1108個小班。

研究通過選取能反映植物生長情況的樹高、胸徑、郁閉度及株數為基礎數據，結合土壤、水系、坡向、土層薄厚、優(yōu)勢樹種等統計數據來評估研究區(qū)域不同樹種的生態(tài)效益。

2.2 遙感數據獲取及基礎處理

本次研究區(qū)域遙感數據選取的為ETM+多波段衛(wèi)片，分辨率為30m×30m，本文內所有空間數據均通過遙感或地理信息軟件將投影系統變換為Albers等積投影，投影參數如下：

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

基礎處理包括遙感圖像校正、森林植被狀況遙感識別、小班林分因子修正等。

3 研究區(qū)域內GIS數據處理

3.1 小班因子指標標準化

通過綜合分析，結合大連實際選取林分因子中的樹高、胸徑、郁閉度及每公頃株數4個因子來評價該小班的生態(tài)效益和價值。其中樹高、胸徑、郁閉度及每公頃株數能代表該小班的長勢，通過對比能比較出該小班在整個區(qū)域中的生態(tài)地位。

通過對二類調查數據庫的校正得出的小班林分因子表，以選出的4個測算指標為依據，進行數據標準化，即分別選取4個測算指標中每個指標的最大值為基準值，用各小班的該測算值除以該因子的最大值，得出標準化數據，并對每個小班的標準化數據值求和。

公式如下：

式中Dj為每個小班的各林分因子指標得分總和，Li為單一林分因子指標得分，i取值為1～4，Gj為各小班的單項林分因子數值，Gmax為各小班單項林分因子中最大值，j=1，2，3…1108。

在對小班林分因子數據標準化求和后，可以根據每個小班的得分高低對小班在研究區(qū)內林分狀況進行量化評價。

3.2 植被指數的計算

大連是丘陵地帶，陰影比較大，在大面積的山體陰影區(qū)內，雖然植被長勢良好，其的NDVI值通常比裸地還低，因而NDVI受山體陰影影響很大，本次研究主要受ITTO組織（International Tropical Tim-ber Organization）提出的FCD模型（Forest Canopy Density Model）方法的影響，綜合了NDVI和SI（陰影指數）構建出一個可以削弱山體陰影影響的復合型植被指數（VSI）。其計算公式表述如下：

山區(qū)陰影對植被反射光譜的影響不可小看，陰影指數SI是通過提取遙感影像中可見光波段內的低輻射信息而形成的。當SI較低時，植被的陰影值也相對較低；反過來，當SI值比較高時，陰影值也相對變高。遙感影像中的紅波段和綠波段對水體和裸地的反射值都比較大，所以水體和裸地的SI值相對就比較低，這種情況并不會影響最后的NDVI指數和VSI指數的相關性。其計算公式表述如下：

式中Bg為遙感反射光譜中綠波段，在TM影像中指第二（綠）波段，MSS影像中指第一（綠）波段；Br為遙感反射光譜中的紅波段，在TM和MSS影像中均指第三（紅）波段。

3.3 生態(tài)系統服務功能計算模型的建立

利用遙感（RS）技術方法測算生態(tài)系統服務功能值的數學建模為：在一定區(qū)域內（研究區(qū)內）的生態(tài)系統服務功能值可表示為V，可通過測算選取的用來計算研究區(qū)內生態(tài)系統服務功能的測算因子，即第c種生態(tài)系統類型因子的生態(tài)系統服務功能值，求得整個研究區(qū)的生態(tài)系統服務功能總量。

式中c越1，2，…，n，表示選取的計算生態(tài)系統服務功能值的生態(tài)系統中的各分因子。

式中i=1、2、…、n，表示選取的測算因子中第c種生態(tài)系統的第i種生態(tài)服務功能；Vci表示第c種生態(tài)系統的第i種生態(tài)服務功能類型的單位面積上所產生的價值；j=1、2、…、m表示在一定研究區(qū)域內Vci在空間上分布的小班斑塊數量，Sij表示各個選取的小班斑塊因子的面積大小，Rij表示為Vci在不同的小班斑塊因子中的調整系數，它取決于不同森林生態(tài)系統服務功能的質量狀況。

Rij=F（A1，A2，…，An）A1，A2，…An是表示選取的小班斑塊林分因子不同生態(tài)系統服務功能下的質量狀況的生態(tài)系數，雖然在同一個生態(tài)系統服務功能下，但是不同質量狀況的Vci是不同的，這個需要由Rij值來調整Vci的值。

本文選取植被覆蓋度（f）和小班林分因子得分求和（D）作為表征當年生態(tài)系統質量狀況的生態(tài)參數來調整Rij。Dj和fj為j像元的小班林分因子得分求和和植被覆蓋度，Dmean和fmean為研究區(qū)域內選取的小班斑塊因子中第C種生態(tài)系統功能值中，選取的小班林分因子得分求和的均值和植被覆蓋度的均值。

4 結果分析

本文選取小班林分因子中能代表大連市區(qū)樹木生長水平，能體現森林生態(tài)系統服務功能的4個主要因子：樹高、胸徑、郁閉度、小班株數，來進行空間建模分析。通過GIS空間建模，來展現出市區(qū)內不同區(qū)域，森林生態(tài)系統服務功能的好與壞，最后為決策者提供以后大連市區(qū)內需要重點改善的營造林區(qū)域，使森林生態(tài)系統最大限度的服務于經濟建設和人們的生產生活。

以小班林分因子求和評估為例，將選取的4個林分因子指標得分進行求和運算，得出每個小班的總林分因子得分，用該指標衡量該小班在研究區(qū)內林分的自然生態(tài)地位，將各小班得分由低到高分為5級，并繪制分級圖如圖1。

圖1 小班林分因子求和評估等級分布

計算因子是將樹高、胸徑、郁閉度及每公頃株數4種林分因子求和后得出，反應了4種林分因子，即小班因子中最能夠體現林分生長狀況的4種因子的綜合狀況，是構成森林生態(tài)系統服務功能的空間調整系數的重要參數，對于衡量研究區(qū)內林分自然生態(tài)狀況是一個較為重要且完整的因素。

通過對等級圖進行分析，我們可以看出：研究區(qū)中部及東部的斑塊破碎度較低的林分狀況較好，而中北部較為細碎的林地區(qū)域，其林分因子狀況較差。

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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

都本緒（1983-），學士，工程師，主要從事林業(yè)調查規(guī)劃工作。E-mail：dubenxu1116@163.com。