全 文 ：第 41 卷 第 1 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 41 No． 1
2013 年 1 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Jan． 2013
1)国家自然科学基金项目(31060113)、国家林业局定位观测研
究项目。
第一作者简介:任德智，男，1977 年 10 月生，西藏农牧学院高原
生态研究所，讲师。
通信作者:罗大庆，西藏农牧学院高原生态研究所，副研究员。
E－mail:dqluo0894@ 163． com。
收稿日期:2012 年 2 月 24 日。
责任编辑:任 俐。
基于 GIS的林隙特征测算方法1)
———以西藏林芝地区色季拉山急尖长苞冷杉原始林为例
任德智 罗大庆
(西藏农牧学院，林芝，860000)
摘 要 基于地理信息系统(GIS)软件的缓冲区分析功能提出了一种林隙特征的定量求算方法(简称“缓冲
区法”) ，并与相邻网格样方实测的林隙特征进行方差分析。结果表明，缓冲区法与相邻网格样方实测的林隙大小
和林隙形状等林隙特征均无显著差异，且树冠越接近圆形，林隙位置、形状和面积也越接近实际。因此，缓冲区法
是一种快速、可靠的林隙大小测定方法，可作为目前地面法的重要补充。
关键词 林隙面积;林隙形状;GIS;缓冲区法
分类号 S718． 54
Calculating Method of Gap Character Based on GIS:Take Abies georgei Virgin Forest on Segrila mountain of Ny-
ingchi Area in Tibet for Example /Ren Dezhi，Luo Daqing(Tibet Agricultural and Animal Husbandry College，Linzhi
860000，P． R． China)/ / Journal of Northeast Forestry University． －2013，41(1)． －17 ～ 20
Quantitative calculating method (buffer method)based on buffer analysis function of geographical information system
(GIS)was provided for observing gap character，and the analysis of variance was calculated by combining the quantitative
calculating method with adjacent network grid measure． The results show that there is significant difference on the size and
the shape of gap character between two methods． The more the crown width is close to round，the more the position，the
shape and the area of gap are close to reality． Therefore，the buffer method is a fast and reliable determination for the size
of the gap as well as an important supplement for the ground method．
Keywords Gap size;Gap shape;GIS;The buffer method
林隙是指森林群落中由于某一上层林冠树木
死亡而在林地上形成的不连续的林中空隙地，是
森林更新和生长的潜在空间［1］，可分为冠空隙和
扩展林隙［2］3，文中所指林隙为前者。林隙通过改
变林内光照、水、热、土壤等环境因子，形成森林内
部微环境和资源分配的异质性，从而影响林隙内
植被的物种多样性、结构、密度分布以及更新苗的
空间分布格局等［1，3－5］。在自然状况下，林隙干扰
是森林生态过程中一种普遍存在，且必不可少的
小型动态干扰过程，是森林生态系统维持重要机
制和生态过程的重要环节，对群落演替和生态系
统发展有着重要的推动作用。
林隙大小和形状作为林隙的两个主要特征［6］，
是研究林隙环境异质性、资源分配和林隙更新等方
面的重要指标和前提［2］4，［7］。对林隙特征的准确、
快速测定一直以来都是林隙研究的重要方面和热点
问题。地面实际测量林隙面积和形状的方法(简称
“地面法”) ，作为林隙大小和形状测定的主要方法
之一，主要包括椭圆法、等角多边形法、等角椭圆扇
形法、三角形法等［8］。文中以相邻网格定位实测法
所求算的林隙为比较，探讨了一种基于地理信息系
统软件的缓冲区分析、空间分析和统计等功能测算
林隙面积、形状等林隙特征的地面方法(以下简称
“缓冲区法”)。以期为林隙研究提供一种更可靠和
简便的测算方法。
1 研究区概况
研究区为西藏林芝高山森林生态系统国家野外
科学观测研究站设置在色季拉(山)东坡面积 1． 0
hm2(100 m×100 m)的正方形固定标准地内，海拔
3 810 m，观测场中心点坐标为东经 94°4245． 25″，北
纬 29°3853． 07″，平均坡度 35°。该区受雅鲁藏布江
水气通道和印度洋暖湿气流等因素的影响，气候类
型属于典型的亚高山温带半湿润气候类型，冬春少
雨，夏秋雨丰，雨热同季，干湿季分明。多年平均气
温 3． 53 ℃，最热月(7 月份)平均气温 11． 1 ℃，最冷
月(1 月份)平均气温－4． 13 ℃;年降水量 875． 5 ～
1 350． 9 mm，多年平均相对湿度 83． 43%，土壤为漂
灰化山地暗棕壤［9－10］。
研究区域内林分是以急尖长苞冷杉为建群种的
苔藓冷杉原始林。林分郁闭度 0． 6 ～ 0． 8。平均胸
径 90 cm，平均树高 45． 2 m，优势木胸径 118 cm。主
要灌木树种有陇塞忍冬、越橘忍冬、柳叶忍冬、刺毛
忍冬、峨嵋蔷薇、紫玉盘杜鹃、山育杜鹃、硬毛杜鹃、
DOI:10.13759/j.cnki.dlxb.2013.01.019
西南花楸、冰川茶藨子、绒楚卫矛等;主要草本植物
有卷叶黄精、腋花扭柄花、西藏糙苏、鞭打绣球、细茎
蓼、翅柄蓼等;藤本植物有防己叶菝葜等。
2 研究方法
2． 1 野外调查方法
采用近年来国际上通用的相邻网格样方法［10］。
将 1． 0 hm2(100 m×100 m)的正方形样地分为 100 个
10 m×10 m 调查样方。在每个 10 m×10 m 的样方
中，调查急尖长苞冷杉的胸径、树高、冠幅等基本信
息，调查的同时在方格纸上绘制急尖长苞冷杉林主
林层树干的定位图，并根据主林层每株急尖长苞冷
杉的冠幅和树冠的实际形状现场测绘树冠水平投影
图、样方位置图等。
2． 2 林隙特征的计算
相邻网格样方法林隙特征计算:以外业调查获
取的主林层树冠水平投影图为基础数据源，在主林
层树冠投影图上初步确定出林隙，并根据形成林隙
边界树的树冠投影确定出各林隙的边界，在此基础
上，运用方格纸的面积统计功能进行各林隙面积的
统计［10］。用绳线法测量林隙周长。并根据林隙周
长和面积计算各林隙的形状指数。
缓冲区法林隙特征计算:缓冲区法是基于树
冠在水平面上的投影为圆或近圆形的前提下(研
究区域以急尖长苞冷杉为主要建群树种，定位研
究表明其树冠的水平投影基本为圆形或近圆形) ，
运用地理信息系统软件(本研究采用 ARCGIS 软
件)的缓冲区分析功能，实现林隙面积和形状等特
征指标求算的一种方法。该方法的求算过程为:
①主林层树干定位图的制作，以野外树干定位调
查数据为基础，以南北方向作为纵轴、东西方向作
为横轴，西南角作为原点，在 ARCGIS 中建立坐标
系;运用软件的定位功能(或数字化功能) ，制作
ARCGIS树干定位图。②树干定位图的修正，为有
效减小部分树木偏冠对林隙求算的影响，通过公
式(1)和公式(2)对树干定位图进行修正，得到新
的树干定位图。③缓冲区分析，以修正后的树干
定位点为圆心，以东、南、西、北 4 个方位的平均冠
幅作为缓冲区分析的半径，作缓冲区合并分析，得
到无重叠冠层水平投影图。④图形裁剪，运用
ARCGIS软件的裁剪功能，将缓冲区分析结果中超
出研究区域的树冠投影裁去。⑤林隙特征指标求
算，运用 ARCGIS软件的计算和统计等功能求得各
林隙的面积、林隙形状指数等林隙特征指标。
X =X+(CBWE－CBW)。 (1)
Y =Y+(CBSN－CBS)。 (2)
式中，X为原横坐标;X为修正的横坐标;Y 为原纵
坐标;Y为修正的纵坐标;CB 表示冠幅;E、S、W、N
分别表示东、南、西、北 4 个方向;CB为平均冠幅。
3 结果与分析
基于 1． 0 hm2(100 m×100 m)样地调查的图形
资料和调查数据，分别运用相邻网格样方法和缓冲
区法进行林隙的确定，2 种方法分别得到 3 个不同
大小的林隙。在此基础上，分别对 3 个林隙计算面
积、形状指数等林隙特征指标，结果见表 1。最后，
运用 SPSS17 软件对 2 种方法所求的 3 个指标进行
方差检验。
表 1 缓冲区法和相邻网格样方法测得的林隙面积、林隙周
长和林隙形状指数
测定方法 林隙面积 /m2 周长 /m 林隙形状指数
相邻网格样方法 230． 59 120． 75 2． 24
393． 77 290． 34 4． 13
776． 66 342． 01 3． 46
ARCGIS缓冲区法 238． 91 127． 88 2． 33
389． 11 247． 59 3． 54
731． 66 334． 42 3． 49
3． 1 林隙面积分析
林隙大小的表示方法目前主要有 2 种方法:一
是林隙面积;二是用林隙长轴的长度与边界木高
度的比值来表示林隙大小。目前研究较多的是用
林隙面积(M)来表示林隙大小，4 m2≤M≤1 000
m2 的面积限定范围是目前林隙研究中大多研究采
用的面积界限，对于 M＜4 m2 的林隙，由于很难与
枝叶间隙区分开来，故不作林隙处理，而 M＞1 000
m2 的范围一般划入大型干扰的研究范畴，即作
为林间空地处理［2］4，［3，10］，因此也不列入林隙干
扰研究范围。虽然目前一些研究表明，采用林隙
长轴的长度与边界木高度的比值来表示林隙大
小的方法，在研究林隙大小对环境因素和更新的
影响上更加确切［1，8］，但是关于运用这种林隙大
小的表示方法的研究还相对较少，因此，本研究
也采用 4 m2≤M≤1 000 m2 的面积限定范围来衡
量林隙大小。
从林隙面积求算结果可以看出，缓冲区法求算
的林隙面积与相邻网格样方法实测的林隙面积之间
最大差异为 5． 79%。进一步的方差分析结果表明
(表 2) ，F检验统计量的值为 0． 004，对应的概率 P
值为 0． 953＞0． 05，说明在 0． 05 的显著性水平下，缓
冲区法与相邻网格样方法实测的林隙面积之间无显
著差异。
81 东 北 林 业 大 学 学 报 第 41 卷
表 2 缓冲区法和相邻网格样方法求算林隙面积方差分析
差异来源 离差平方和 自由度 均方 F值 P值
组间 284． 833 1 284． 833 0． 004 0． 953
组内 284 709． 338 4 71 177． 335
总计 284 994． 171 5
3． 2 林隙形状分析
林隙的形状从水平面看都是不规则的;从垂直
剖面看，近似一个倒圆锥体，越往上开敞度越大，如
果考虑到更新树木，则林隙的垂直剖面好像鼓
形［2］3，［7］。林隙形状越不规则，林隙边缘的环境因
子变化越显著，林隙边缘效应越明显［8］。胡理乐
等［8］首先采用一种不受林隙面积影响的形状指数
进行计算，对林隙进行定量化分析研究，计算式见公
式(3)。
S=P /2 π槡 A。 (3)
式中:S为形状指数;P为周长;A为林隙面积。
该形状指数与周长成正相关，与面积呈负相关;
在面积相同的情况下，林隙周长越大，形状指数也越
大，其形状的复杂程度也越高，其边界效应也越复杂。
从本研究所求得的 3个天然林林隙形状来看，林隙的
形状不规则程度和复杂程度均较高(图 1、图 2)。
图 1 相邻网格样方法测算的林隙面积和形状图
林隙形状指数的方差分析结果表明(表 3) ，F
检验统计量的值为 0． 053，对应的概率 P值为 0． 829＞
0． 05，说明在 0． 05 的显著性水平下，缓冲区法所求
的林隙在形状指数上与相邻网格样方法实测的林隙
形状指数间无显著差异。对缓冲区法和相邻网格样
方法求得的林隙图进行叠加分析(图 3) ，可以明显
看出，缓冲区法所求算的林隙在形状和位置上受偏
冠的影响，与实测林隙间存在着一定的差异。进
一步分析表明，树冠越接近圆形，缓冲区法求算的
林隙形状和位置越接近实际，所求得的面积也更
近实际值。
图 2 ARCGIS缓冲区法测算的林隙面积和形状图
表 3 缓冲区法和相邻网格样方法求算林隙形状指数方差
分析
差异来源 离差平方和 自由度 均方 F值 P值
组间 0． 037 1 0． 037 0． 053 0． 829
组内 2． 774 4 0． 693
和 2． 811 5
图 3 2 种方法测算的林隙边界图
4 结论与讨论
在 0． 05 的显著性水平下，缓冲区法所求的林隙
面积与形状等林隙特征值与相邻网格样方法实测的
林隙特征值间无显著差异。缓冲区法所求的林隙在
位置和形状方面与实测林隙间存在着一定的差异，
当冠幅越接近圆形，缓冲区法求得的林隙形状、位置
91第 1 期 任德智等:基于 GIS的林隙特征测算方法
和面积越接近实际值。
与目前主要的地面林隙测定方法相比，缓冲区
法是一种既可测量面积又能测算形状的方法。在面
积求算时无需任何林隙形状的假设(如椭圆法、椭
圆扇形法等均是基于林隙近似椭圆的假设前提进行
求算的，一些地面法测算精度会随着林隙形状不规
则程度的增加而呈降低的趋势，尤其是天然形成的
林隙形状往往十分不规则) ，对任意形状林隙均可
求算林隙面积和形状指数等林隙特征指标。从工作
量方面看，缓冲区法的外业调查工作主要集中在树
干定位和冠幅的测定工作上，其工作量随着所测树
木的株数增加而增大，与林隙形状不规则程度没有
关系。而目前一些常用的地面法测林隙工作量则会
随着林隙形状不规则程度的增大而大幅增加，且精
确度还会随着林隙不规则程度的增加而有所降低。
椭圆法和多边形法等一些地面法除了大量的外业测
绘工作外，还有大量的内业计算和统计工作。而缓
冲区法则可利用 GIS 软件快速完成林隙面积、形状
指数等特征指数的计算。
缓冲区法的测算过程具有较好的可重复性(可
重复性主要指主林层树的定位及冠幅的测定均具有
较好的可重复性)。但是，椭圆扇形法等在测量过
程中，如果 2 次测量所选择的起始角度不同或者所
分扇形份数不同，则求算结果会存在一定的差
异［6］。缓冲区法的可重复性在长期的定位研究中
具有非常大的优势，不仅只需要测定 1 次树干定位
信息，而且结合定期或不定期的冠幅测量信息即可
实现林隙的动态变化研究。
综上研究表明，缓冲区法与其他方法相比是一
种快速、可靠的林隙大小测定方法，可作为目前地面
法的重要补充。但是，由于研究中的林隙均为中大
面积的林隙，因此，对于小面积的林隙是否适用有待
进一步研究。
参 考 文 献
［1］ 刘庆，吴彦．滇西北亚高山针叶林林窗大小与更新的初步分析
［J］．应用与环境生物学报，2002，8(5) :453－459．
［2］ 臧润国，刘静芳，董大方． 林隙动态与森林多样性［M］． 北京:
中国林业出版社，1999．
［3］ 梁晓东，叶万辉．林窗研究进展(综述) ［J］．热带亚热带植物学
报，2001，9(4) :355－364．
［4］ 安树青，洪必恭，李朝阳，等．紫金山次生林林窗植被和环境的
研究［J］．应用生态学报，1997，8(3) :245－249．
［5］ 班勇．自然干扰与森林林冠空隙动态［J］． 生态学杂志，1996，
15(3) :43－49．
［6］ 胡理乐，朱教君，谭辉，等． 一种测量林窗面积的改良方法:等
角椭圆扇形法［J］．生态学杂志，2007，26(3) :455－460．
［7］ 谭辉，朱教君，康宏樟，等． 林窗干扰研究［J］． 生态学杂志，
2007，26(4) :587－594．
［8］ 胡理乐，李俊生，吴晓莆，等．林窗几何特征的测定方法［J］．生
态学报，2010，30(7) :1911－1919．
［9］ 孙鸿烈，徐阿生，罗大庆，等．中国生态系统定位观测与研究数
据集:森林生态系统卷(西藏林芝站 2001－2007) ［M］． 北京:
中国农业出版社，2010．
［10］ 罗大庆，郭泉水，薛会英，等． 西藏色季拉山冷杉原始林林隙
更新研究［J］．林业科学研究，2002，15(5) :564－569．

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参 考 文 献
［1］ Kim C S，Lee S K． Morphological and cytological characteristics of
a spontaneous tetraploid of Robinia pseudoacacia:The Institute of
Forest Genetics，Research Report 10［R］．［s． l．］:Republic of
Korea，1973:57－65．
［2］ 王秀芳，李悦． 区域化试验中饲料型四倍体刺槐生物量比较
［J］．林业科技，2003，28(2) :1－3．
［3］ 刘涛，李春燕，王莉． 西藏引种四倍体刺槐与普通刺槐营养成
分对比分析［J］．中国野生植物资源，2004，23(2) :46．
［4］ 李云，张国君，路超，等．四倍体刺槐不同生长时期和部位的叶
片的饲料营养价值分析［J］．林业科学研究，2006，19(5) :580－
584．
［5］ 张国君，李云，姜金仲，等．饲料型四倍体刺槐叶粉饲用价值的
比较研究［J］．草业科学，2007，24(1) :26－31．
［6］ 张国君，李云，刘书文，等．不同时期四倍体刺槐叶片氨基酸营
养及其生物量初步分析［J］． 华北农学报，2006，21(增刊 1):6－
90．
［7］ 张国君，李云，何存成，等．四倍体刺槐不同叶龄叶片的营养及
叶形变化研究［J］．林业科学，2009，45(3) :61－67．
［8］ 张国君，李云，徐兆翮，等．栽培模式对四倍体刺槐生物量和叶
片营养的影响［J］．北京林业大学学报，2010，32(5) :102－106．
［9］ Li Yun，Zhang Guojun，Jiang Jinzhong． Tetraploid black locust，a
promising tree resource for biomass energy and forage［J］． In Vitro
Cellular ＆ Developmental Biology-Plant，2009，45(4) :505－505．
［10］ 王加启，于建国．饲料分析与检测［M］． 北京:中国计量出版
社，2003．
［11］ 张丽英．饲料分析及饲料质量检测技术［M］． 2 版．北京:中国
农业大学出版社，2003．
［12］ Shirke P A． Leaf photosynthesis，dark respiration and fluorescene
as influenced by leaf age in an evergreen tree，Prosopis juliflora
［J］． Photosynthetica，2001，39(2) :305－311．
［13］ Muraoka H，Uchida M，Mishio M，et al． Leaf photosynthetic
characteristics and net primary production of the polar willow
(Salix polaris)in a high arctic polar semi-desert，Ny-lesund，
Svalbard［J］． Canadian Journal of Botany，2002，80(11) :1193－
1202．
［14］ Papachristou T G，Platis P D，Papanastasis V P，et al． Use of
deciduous woody species as a diet supplement for goats grazing
Mediterranean shrublands during the dry season［J］． Animal
Feed Science and Technology，1999，80(3 /4) :267－279．
［15］ Dini-Papanastasi O． Effects of clonal selection on biomass pro-
duction and quality in Robinia pseudoacacia var． monophylla Carr
［J］． Forest Ecology and Management，2008，256(4) :849－854．
［16］ Estell R E，Fredrickson E L，Havstad K M． Chemical composi-
tion of Flourensia cernua at four growth stages［J］． Grass and
Forage Science，1996，51(4) :434－441．
［17］ Peiretti P G，Gai F． Chemical composition，nutritive value，fatty
acid and amino acid contents of Galega officinalis L． during its
growth stage and in regrowth［J］． Animal Feed Science and
Technology，2006，130(3 /4) :257－267．
［18］ Papachristou T G，Papanastasis V P． Forage value of Mediterra-
nean deciduous woody fodder species and its implication to man-
agement of silvo-pastoral systems for goats［J］． Agroforesry Sys-
tems，1994，27(3) :269－282．
［19］ Dini-Papanastasi O，Papachristou T G． Selection of Robinia pseud-
oacacia var． monophylla for increased feeding value in the Medi-
terranean environment［C］/ /Papanastasis V，Frame J，Nastis A．
Grasslands and Woody plants in Europe． Thessaloniki:Hellenic
Range and Pasture Society，1999:51－56．
02 东 北 林 业 大 学 学 报 第 41 卷