全 文 ：基于“二类调查冶的三峡库区重点生态恢复县
森林资源空间特征的遥感分析*
吴朝平1 摇 邵景安1**摇 黄志霖2 摇 苏维词1 摇 廖明蓉1
( 1重庆师范大学地理与旅游学院, 重庆 400047; 2中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 /国家林业局森林生态环
境重点实验室, 北京 100091)
摘摇 要摇 以高分辨率 SPOT鄄5 影像为基础数据源,结合 1 颐 1 万地形图计算地形位综合指数,
利用 ArcGIS的空间叠加和缓冲分析功能,识别三峡库区重点生态恢复县不同地形位与不同
道路、水体和聚落缓冲半径下的林地分布特征.结果表明: 研究区林地资源总量丰富,且以乔
木林和灌木林地为主,受地形制约和林地自然基础影响,林地主要分布在“两山冶(方斗山、七
曜山)区;林地地形位分布指数随地形位梯度的增大而呈整体上升趋势,乔木林和灌木林地表
现尤为明显,其他林地类型则相反;不同缓冲半径内林地面积占缓冲范围面积的比例在道路、
水体和聚落周围随缓冲半径的变化,与林地地形位分布指数有很强的相似性;不同缓冲半径
内各林地类型占样区相应林地面积的比例仅在聚落周围呈现竹林、疏林地和未成林造林地高
于乔木林和灌木林地;样区林地分布首先受以山地为特征的大地貌格局所左右,而不同地形
位以及不同道路、水体和聚落缓冲半径下的林地分布则主要受大地貌格局主导下样区人为活
动的胁迫所驱动.
关键词摇 森林资源摇 空间特征摇 二类调查摇 遥感分析摇 三峡库区
*国家科技支撑计划项目(2011BAD38B04)、教育部科学技术研究重点项目(210181)和重庆市科委自然科学基金项目(2009BB7239)资助.
**通讯作者. E鄄mail: shao_ja2003@ sohu. com
2013鄄04鄄08 收稿,2013鄄10鄄17 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)01-0099-12摇 中图分类号摇 S757. 2摇 文献标识码摇 A
Remote sensing analysis of forest resources characteristics in main ecological restoration
counties in the Three鄄Gorge Area based on the 2nd鄄class inventory data. WU Zhao鄄ping1,
SHAO Jing鄄an1, HUANG Zhi鄄lin2, SU Wei鄄ci1, LIAO Ming鄄rong1 ( 1College of Geography Science,
Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China; 2Key Laboratory of Forest Ecology and
Enviornment, State Forestry Administration, Research Institute of Forest Ecology, Enviornment and
Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25
(1): 99-110.
Abstract: Based on high鄄resolution SPOT鄄5 images, combined with topographic(1:10000) calcu鄄
lating terrain鄄bit index, the distribution characteristics of woodlands in different terrain niches, and
the buffer radii of different roads, water bodies and settlements were identified by using ArcGIS
space overlay and buffer analysis function. Results showed that woodland resources were abundant,
and arbor woodland and shrub land were the main species, which mainly distributed in two moun鄄
tain areas (Fangdou Mountain, Qiyao Mountain) affected by topographic restriction and woodland
natural basis. The woodland terrain niche distribution index showed an overall upward trend with in鄄
creasing terrain niche gradient, especially for the arbor woodland and shrub land, while the other
woodland types presented an opposite trend. The percentage of woodland area occupying the corre鄄
sponding buffer radius around the roads, waterbodies and settlements had a strong similarity with the
woodland terrain niche distribution index. Only around the settlements, bamboo forest, sparse
woodland and immature woodland occupied higher percentages of the woodland area of the corre鄄
sponding buffer radius than that of arbor woodland and shrub land. Woodland distribution was main鄄
ly controlled by large landform patterns of mountain features, while the distribution of woodlands in
the different terrain niches and the different buffer radii of roads, waterbodies and settlements were
driven mainly by duress of human activities under the auspices of the large landform patterns.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 1 月摇 第 25 卷摇 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2014, 25(1): 99-110
Key words: forest resources; spatial characteristics; the 2nd鄄class inventory; remote sensing anal鄄
ysis; Three鄄Gorge Reservoir Area.
摇 摇 未来综合国力的持续提升和国际竞争优势的凸
显关键取决于资源的保持. 森林资源作为可再生性
资源,是陆地生态系统的主体,更是林业可持续发展
的当事人[1] .林地是森林资源的重要组成部分,它
不仅是林业发展的基础,而且是控制森林资源消耗、
增强森林生态防护效益、实现国民经济可持续发展
的根本与保障[2-3] . “十八冶大提出大力推进生态文
明建设,要求实现森林的生态效益,促进社会的可持
续发展,当然,所有目标的实现都必须以准确掌握现
有森林资源的时空分布特征为前提. 这方面的传统
研究主要集中在综合评价、规划决策、空间优化管理
上,很少注重森林资源空间格局分析. 随着“3S冶技
术的运用,定性与定量相结合分析空间特征是当前
趋势.石柱县是重庆市森林资源大县之一,地处三峡
库区的武陵山地,集“少数民族、生态脆弱、经济欠
发达冶于一体[4] .由近年来发展轨迹可看出,该区为
摆脱贫困、降低生态脆弱对经济发展的制约,一方面
对森林资源索取量大,如林地征占量大、林木采伐多
等,另一方面又开展大量造林、再造林和森林植被恢
复工程,如“退耕还林工程冶、“天然林保护工程冶、
“森林工程冶等.
森林资源二类调查(简称“二类调查冶)是针对
一定区域森林种类、数量和质量本底状况的资源普
查,在此基础上,可分析和评价资源分布的时空特
征,拟定未来合适的森林经营管理方案[5] . 而且,更
是对已开展的各项森林工程实施的有成效的一次彻
底检验.传统的、直接在 1 颐 1 万地形图上勾绘的方
式,不仅速度慢、误差大、费时长、动用人员多,更为
重要的是,很难适时和较准确地反映森林资源的本
底状况,2002 年的“二类调查冶就是很好的例证[6] .
使用高分辨率遥感影像的室内小班区划和外业实地
验证,结合 ArcGIS 的强大空间数据处理能力,能迅
速、准确地获得掌握森林资源的空间分布特征[7-8] .
本文以地处渝鄂边陲武陵山区的石柱县为样区,基
于地形图、国土二调图、实地调查数据,对高分辨率
SPOT鄄5(2. 5 m)遥感影像施行目视解译,得到室内
区划小班,再逐小班沿主要交通干线展开实地核查,
并在 ArcGIS软件支撑下,采用缓冲、叠加等分析,识
别林地分布与地形、居民点、道路、河流等之间的关
系,以丰富人们对三峡库区重点生态恢复县森林资
源特征的认识和理解,为未来生态恢复区森林资源
的可持续经营提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区域概况
石柱 县 位 于 重 庆 市 东 部 区 ( 108毅 00忆—
108毅29忆 E,29毅39忆—30毅33忆 N),紧依长江,地处川东
褶皱地带,幅员面积301224 km2(图1a) .地貌以中
图 1摇 石柱县区位和地貌(a)、森林资源分布(b)和主要林业工程分布(c)
Fig. 1摇 Location of Shizhu County and its relief patterns (a), distribution of forest resources (b) and main forest engineering (c).
DEM: 数字高程模型 Digital elevation model.
001 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
低山为主(93. 8% ),地势东高西低,方斗山、七曜山
平行纵贯,形成“两山夹一槽冶地貌格局. 该区属盆
周山地中亚热带湿润季风气候,水热条件优越,年均
温 16郾 5 益,年均降水量 1103 mm.土壤属于亚热带
常绿阔叶林下的地带性黄壤、黄棕壤及紫色土.植被
以亚热带常绿阔叶林和落叶阔叶林为主. 水系除长
江沿西北过境 27 km外,流域面积 50 km2以上的河
流有龙河、官渡河等 23 条. 2011 年底,研究区辖 32
个乡(镇).作为重庆重要的森林资源大县之一,该
区林地面积 207165. 85 hm2,森林覆盖率达 52. 8% ,
远高于全国平均水平(20. 4% ). 目前,林下菌、蕨
类、药材、森林旅游、木材就地加工外销是该地经济
收入的主要来源. 林地种类多、资源差异显著,自
2002 年以来,相继实施的生态建设工程对样区森林
资源数量与质量的提升发挥了重要作用.
1郾 2摇 数据来源
样区 2002 年 1 颐 1 万. dwg 格式分幅地形图
(136 幅)和 2011 年 1 颐 1 万. shp格式国土资源二调
图由石柱县国土资源和房屋管理局提供;2010 年
2郾 5 m分辨率. tiff格式 SPOT鄄5 影像(145 景)由重庆
林业规划院提供;2002 年 1 颐 1 万. shp 格式森林资
源二类调查成果图和调查报告、1 颐 1 万. psd 格式
2002—2006 年退耕还林图和 2008—2011 年森林工
程图、2010 年 1 颐 1 万. dwg 格式森林分类经营区划
成果图(32 幅)、有关石柱县的基本自然社会经济状
况和乡镇村行政区划界线均由石柱县林业局提供.
考虑到样区植被多为常绿类型,为便于提取林地信
息,减少作物种植的干扰,本研究选择秋冬季的
SPOT鄄5 影像.
根据《重庆市森林资源二类调查操作细则》 [9],
2012 年 9 月共完成 36796 个林地小班的属性调查,
并对小班类别拍摄实物照片,以便建立起影像特征
和实物关系库.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 辅助数据准备摇 根据《重庆市森林资源二类
调查操作细则》 [9]和《石柱县森林资源二类调查技
术方案》 [10]的具体要求,首先,将 1 颐 1 万分幅地形
图进行空间配准与确定坐标系(西安 80 大地坐标
系),运用 CAD 软件矢量化点、线、面信息,并转换
为. shp 格式;其次,为保证北京 54 坐标的退耕还
林、森林工程和经营区划图准确地与西安 80 坐标的
“二类调查冶图进行叠加,使用 BatchPSDtoJPG 软件
批量将. psd格式文件转换为. jpg格式,再在 CAD环
境下依据主要地形、地物将北京 84 坐标的工程图叠
加到西安 80 坐标地形图上,进行工程要素的矢量
化,并转换为. shp格式.
1郾 3郾 2 遥感影像处理摇 运用 ERDAS 9. 2 对 2. 5 m分
辨率 SPOT鄄5 影像正射校正,依据波段合成对特定
地物的指示,将正射纠正后的单独波段按红
(band3)、蓝(band1)和绿(band2)顺序合成,再将经
过影像镶嵌处理后的图像切割成以村为单位的影
像,建立数字正射遥感影像数据库.
1郾 3郾 3 解译标志建立摇 参考已有分类标准制定统一
的分类系统[11-12],本文将样区森林资源类型划分为
5 大类:乔木林地、灌木林地、疏林地、未成造林地和
竹林.依据不同类型在 SPOT鄄5 影像图上呈现不同
颜色的特点,本研究选取大歇镇大歇村作为试验村.
在 ArcGIS软件辅助下,将收集到的 1 颐 1 万真彩色
影像数据、地形图、乡(镇)村界矢量图添加到界面,
进行室内小班区划判读;选取 312 彩色合成波段组
合方式,以影像特征为背景目视进行室内小班区划,
并利用 ArcMap 制图输出. jpg 格式图片,打印后再
到室外实地定点核查确认,解译精度达到了 95% .
建立遥感影像图与地面实况的对应关系,结合已有
资料和野外工作经验建立不同类型林地的解译标
志[13-14] .
1郾 3郾 4 人机交互解译摇 小班区划采用自然区划和人
工区划相结合的综合区划方法. 尽量以明显地物界
线为界(自然区划),充分利用地形、国土二调等图
件为辅助数据,同时,兼顾资源调查服务于经营和管
理的需要(人工区划),结合解译标志库的建立,运
用 ArcGIS软件将各乡(镇)按村进行区划. 判读区
划时,将界面的图层放大到不低于 1 颐 5000 的比例
尺,小班区划面积一般不大于 10 hm2,成片林小班
面积最小为0. 067 hm2,最终形成样区森林资源外业
调查小班图.
把室内区划好的小班图,拿到对应实地进行现
场识别认证. 依据二类调查细则[9]要求,将 0. 067
hm2以上达成效标准的森林工程造林地、符合条件
的院林地和沟谷地等均纳入林地调查范围,对发生
变化或与图上勾绘界线不相符的小班进行现场修
正,并记录小班卡上判读因子.对本次区划小班按从
上到下、从左到右依次进行编号.以外业验证后反馈
回来的图斑为准,对已解译小班矢量图进行编辑、修
改、拼接及拓扑检查等实时修改数据,建立图形数据
库并录入因子表完成小班属性数据库.
1郾 4摇 数据处理
样区 1 颐 1 万地形图经数字化、并将短线等高线
1011 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴朝平等: 基于“二类调查冶的三峡库区重点生态恢复县森林资源空间特征的遥感分析摇 摇
连接赋值后,经空间分析模块对等高线进行数据采
集和内插制作成 30 m 分辨率的数字高程模型
(DEM) [15] .运用 ArcGIS 将基础矢量数据转换为与
DEM空间分辨率及投影一致的栅格化数据,得到基
于林地分类的空间格局图(图 1b).
南方湿润地区地形因子中,坡向对林木生长所
需水资源影响不大,坡度与海拔对其有显著影响.但
单一地形因子无法综合说明林地因立地条件差异的
空间分异格局,因此,基于地形因子选取地形位指数
(T)进行分析[16],其计算公式如下:
T= log[(E / 軈E+1)(S /軈S+1)]
式中:E和 S分别为空间任一栅格单元的高程值和
坡度值;軈E和軈S 分别为空间任一栅格单元的平均高
程值和平均坡度值. 在 ArcGIS 中,将地形位栅格图
层根据需要等值重分为 30 类,数值由 1 ~ 30 逐渐增
加,表示地形位梯度从小到大的变化. 坡度越大、海
拔越高,地形位指数越大,反之亦然.
地形差异通过地形位指数反映后,它对林地种
类空间分布特征的描述转成对各林地类型在地形梯
度位上出现频率的描述[17] .为了消除地形位区间段
和不同林地种类面积差异的影响,引用地形分布指
数来分析说明在地形梯度位上不同林地类型的分布
特征[18-19],其计算公式如下:
P ie =(Sie / Si) / (Se / S)
式中:P ie为第 i种林地类型在地形位 e 上的分布指
数;Sie、Si分别为第 i种景观类型在地形位 T(1 ~ 30)
和样区内的面积;Se、S 分别为样区内地形位 T(1 ~
30)和整个样区的总面积. P ie值范围为[0,S]. 当
P ie>1,代表地形位 T 是此景观分布的优势地形位,
其值越大优势越明显,反之,则地形位 T 是该景观
类型分布的非优势地形位.
利用国土二调图提取道路、水域、居民点等对森
林资源分布有重要影响的线状和面状地物,其中,道
路包括高速公路、国道、省道、县、乡、村道,水域包括
坑塘、水库、河流,居民点主要是乡镇居民点;根据外
业实地勘查和林农生产、生活的实际需要,同时,参
考现有关于丘陵山区已取得的研究结果,确定以不
同半径(50、100、200 m)建立缓冲区[20] . 利用 Arc鄄
GIS中的 Spatial Analyst Tools 展开缓冲和叠置分析
与栅格计算,得到不同地物因子影响下林地的空间
分布数据,在此基础上,统计分析和对比定量反映林
地的分布格局.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 主要林地类型的分布特征
研究区林地资源总量丰富,不同类型间差异显
著.样区林地以乔木林地和灌木林地为主,其中,乔
木林地面积 152821. 32 hm2,占林地总面积的
73郾 8% ,在整个景观中占绝对优势;灌木林面积为
50787. 58 hm2,占 24. 5% ;而剩余的 1. 7%是疏林
地、未成造林地和竹林地,面积较小、分布零散.乔木
林和灌木林的主导地位离不开重大森林恢复计划的
驱动和在生态脆弱区特灌林的安排.
森林资源丰富与样区多年来良好的森林自然基
础密切相关.据 2002 年的森林二类调查结果,林地
总面积 188593 hm2,乔木林和灌木林地面积分别为
113991. 9 和 55894. 5 hm2 .经过近 10 年的自然生长
和营林管护,部分灌木林地、未成林造林地、疏林地
演化为乔木林地,部分被撂荒的耕地演化为灌木
林地.
近 10 年实施的重大森林恢复计划很大程度上
驱使乔木林和灌木林的增加. 2002 年以来,样区实
施了 5 项重大森林恢复计划———退耕还林、天然林
保护、石漠化治理、自然保护区建设和重庆森林工
程.天然林保护工程和自然保护区建设实施后,植被
受到良好的管理与修复,使原来郁闭度未达到 0. 2
的疏林地、未成造林地提升到 0. 2 以上,包含乔木树
种的灌木林地长成了乔木林地也增加了乔木林地的
面积. 政府引导实施的退耕还林工程 (10594郾 95
hm2)、重庆森林工程(693 hm2)的成效比较明显,直
接增加了有林地面积,对林地的贡献率分别为
5郾 1% 、0郾 3% (图 1c).而且,这期间林农将自己的撂
荒地部分种植为经济林果,也促进了样区乔木林地
和灌木林地的增加. 位于石漠化严重区和水土流失
多发区的林地,因具有水土保持、水源涵养的特殊用
途,按照调查细则[9]被划为特殊灌木林地.
两山区是不同类型林地分布的主要集中区,而
槽谷和平坝相对较少. 乔木林地主要集中成片分布
在方斗山、七曜山沿山脉走向及周围地区,呈东北鄄
西南向顺山体延伸分布. 复杂的山地生境限制农耕
范围,进而减轻人为对森林大强度干扰破坏,自然保
存较好;沿江平坝带较少有成片乔木林的分布,缘于
水土资源匹配好,但因夏秋季常遭洪水胁迫,季节性
作物耕种使林地常散布镶嵌于耕地中;两山槽谷区
地处两山下缘,水土资源匹配较平坝区差、但好于两
山区,坡地资源较为丰富,乔木林地和耕地交错分
201 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
布.灌木林地主要集中分布于东北-西南中轴线以
东地区,尤其七曜山区地势高差大、起伏频繁,是研
究区水土流失多发区和重点生态脆弱区,属典型的
困难立地区,林地类型以灌木林为主.疏林地和未成
造林地仅零星分布于研究区内,而竹林因与农民生
活关系密切则主要围绕居民区分布.
在研究区进行脆弱森林生态系统恢复,应尽量
在两山的下缘和槽谷以及平坝区展开,原因在于这
些区域的人为扰动较为强烈,由人诱发的生态环境
问题频繁发生,而且,这些区域缺乏国家及地方公益
林或生态补偿政策的覆盖,近自然面积逐渐缩小.因
此,结合样区森林资源的数量和空间分布特征,可实
现对未来恢复策略的优化与调整.
2郾 2摇 不同地形位下林地分布特征
由图 2 可以看出,研究区林地地形位分布指数
整体呈倒“U冶型格局,优势区间在 15 ~ 29,峰值对
应的地形位为 28. 在地形位 1 ~ 10 区间,林地地形
位分布指数波动较明显,而在 11 ~ 29 区间的波动较
平缓,但随地形位的增加而逐渐上升.伴随地形位的
增加,耕地尤其优质耕地的分布逐渐减少,而受限制
性因子或耕作便捷性的影响,人为活动的干扰渐渐
降低,林地面积大大增加.由于样区海拔对林地影响
不存在上限,而林地的分布也不可能在极陡坡出现,
这就使在地形位大于 29 的范围内,林地分布渐少.
张清等[21]通过对东北地区森林空间格局分布和影
响因素的分析获得了类似结果.
乔木林地地形位分布指数在整体走向(倒“U冶
型)、优势区间(14 ~ 29)和地形位小于 15 分布指数
的波动(频繁)上,均与林地有很好的相似性.但是,
在地形位小于 10 范围,乔木林地地形位分布指数的
波动幅度较林地剧烈,而态势基本一致;当地形位大
于 10 时,乔木林地地形位分布指数的总体斜率较林
地低.乔木林地中的经济林果大多分布于两山槽谷
区和沿江平坝区,尤其是重大森林恢复计划的实施
不仅要考虑森林的生态效应,而且要兼顾林农经济
福祉的提升,以获得森林营造的“双重过滤器冶效
图 2摇 各林地类型地形位分布指数的变化
Fig. 2摇 Change of terrains gradient distribution index for each woodland type.
T: 林地 Wood land; T1: 乔木林地 Arbor woodland; T2: 灌木林地 Shrub land; T3: 竹林 Bamboo forest; T4: 疏林地 Sparse woodland; T5: 未成造
林地 Immature woodland.
3011 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴朝平等: 基于“二类调查冶的三峡库区重点生态恢复县森林资源空间特征的遥感分析摇 摇
应.乔木林地分布的主体为地形位相对较高区,那里
人为扰动因受地形和可达性的影响而受阻.
灌木林地地形位分布指数呈“双峰冶和“双优冶
态势.在林地、乔木林地和灌木林地中,灌木林地的
分布指数随地形位升高的斜率最大.其“双峰冶分别
出现在地形位 10 和 28 处,“双优冶发生于地形位
9 ~ 10和 17 ~ 30 区间. 地形位小于 13 范围内,灌木
林地地形位分布指数呈先增加后降低趋势;在地形
位 10 ~ 13 之间,受海拔和坡度的影响,坡耕地面积
大为增加,相应地灌木林地面积呈降低趋势.随海拔
增加或坡度渐陡,灌木林地面积呈增加趋势,且因对
地形、土壤等条件适宜性较强,其分布指数随地形位
的增加而展现出较乔木林地更为强劲的增加势头.
竹林、疏林地和未成造林地地形位分布指数总
体上随地形位增大而减小,这与其形成受人为扰动
的动因有很大关系:竹林大多绕居民点分布,而适宜
山区农民居住的地方又多处海拔较低、坡度较缓区;
疏林地的出现是由人为干扰所驱动,而干扰最大区
发生在海拔低、坡度缓区;未成林造林地尤其最近营
造的多为经济林果,受水土资源匹配的影响和农民
追求经济收益的驱动,经济林果大多营造在低海拔
的缓坡区. 3 种林地类型优势分布区间存在差异,分
别为竹林“三优冶(1 ~ 5、10 ~ 12 和 15 ~ 18)、疏林地
“两优冶(2 ~ 7 和 14 ~ 18)和未成林造林地“一优冶
(5 ~ 17).竹林的“三优冶源于山区居民点“大分散、
小集中冶的布局特点,即因地形条件的限制,耕作地
块较为分散,为降低可达性对耕作活动的限制,居民
点的分布会呈现总体分散、相对集中的特征.疏林地
的“两优冶和未成林造林地的“一优冶均受人为活动
在山区的立体分布所驱动,如疏林地在样区的两山
槽谷区分布较多,也有部分分布在槽谷外缘坡耕地
集中区.
综上,在样区开展生态恢复或造林活动,应主要
集中于林地地形位分布指数小于 15 的区域;尽管地
形位大于 29 之处的林地也很少,但因在该区域开展
人类活动极为困难,水热条件又较好,可以借助天然
恢复的力量利用周围种源实行自然演替.对于前者,
必须采取人工促进更新的方式,耦合人为和自然的
力量进行生态恢复,因为,这一区域正是适合人为活
动的强烈扰动区,仅靠自然的力量很难在生态恢复
上取得成效,有时局地恢复甚至赶不上退化,借助人
工促进更新可弥补天然恢复慢、人为干扰强的弊端.
对于林地地形位分布指数在 15 ~ 29 之间的范围,可
实行保护性自然演替策略开展生态恢复.
2郾 3摇 不同道路缓冲下林地分布特征
在山区,地形起伏地区的道路较平原区具有更
强的通道 /阻隔效应,道路通达性程度决定人为活动
拓展的幅度.由表 1 可以看出,随缓冲半径的增加,
林地占缓冲范围面积的比重在不同等级道路均呈增
加趋势,缓冲半径为 50、100、200 m时,村道、公路和
表 1摇 不同级别道路不同缓冲半径的林地分布
Table 1摇 Distribution of woodland on different grades of road in different buffer radii
林地类别
Woodland
category
项目
Item
缓冲半径 Buffer radius (m)
50
R1 R2 R3
100
R1 R2 R3
200
R1 R2 R3
T1 A 7070. 13 3292. 65 15. 66 14679. 00 6998. 13 40. 86 30078. 81 14936. 49 107. 46
B 4. 6 2. 2 0. 0 9. 6 4. 6 0. 0 19. 7 9. 8 0. 1
C 36. 6 32. 6 17. 1 39. 5 36. 0 21. 8 42. 8 40. 6 27. 8
T2 A 2033. 46 898. 74 15. 66 4276. 35 2024. 01 31. 23 8839. 26 4325. 49 63. 81
B 4. 0 1. 8 0. 0 8. 4 4. 0 0. 1 17. 4 8. 5 0. 1
C 10. 5 8. 9 17. 1 11. 5 10. 4 16. 7 12. 6 11. 8 16. 5
T3 A 111. 60 58. 14 234. 00 132. 75 470. 97 271. 08
B 6. 0 3. 1 12. 5 7. 1 25. 2 14. 5
C 0. 6 0. 6 0. 6 0. 7 0. 7 0. 7
T4 A 83. 07 43. 11 163. 17 86. 40 329. 58 176. 31
B 6. 2 3. 2 12. 1 6. 4 24. 5 13. 1
C 0. 4 0. 4 0. 4 0. 4 0. 5 0. 5
T5 A 12. 06 1. 17 24. 84 1. 89 51. 30 6. 21
B 3. 6 0. 3 7. 3 0. 6 15. 1 1. 8
C 0. 1 0. 0 0. 1 0. 0 0. 1 0. 0
A: 面积 Area (hm2); B: 占样区同类型林地面积百分比 Percentage of area accounted for the same type of woodland; C: 占缓冲半径所覆盖总面积
百分比 Percentage of area accounted for the total area by buffer radius covered. T1: 乔木林地 Arbor woodland; T2: 灌木林地 Shrub land; T3: 竹林
Bamboo forest; T4: 疏林地 Sparse woodland; T5: 未成造林地 Immature woodland. R1: 村道 Rural road; R2: 公路 Road; R3: 高速 Highway. 下同
The same below.
401 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
高速的林地面积比重分别为 48. 2% 、42. 5% 和
34郾 1% 、52. 1% 、47. 6% 和 38. 5% 、以及 56. 6% 、
53郾 6%和 44. 3% .距道路越近,可达性越好,人为扰
动触及到林地的可能性就越大,尤其是直接服务于
农民生产和生活的村道和公路沿岸是乔木和灌木林
地的主要分布区(图 3). 林地面积比重在缓冲半径
增加到 200 m时才超过 50% ,说明沿道路 100 m 范
围内是人为扰动的重点区.与宗跃光等[22]对道路生
态学的认识一致.
林地面积及其占相应缓冲面积的百分比近似沿
缓冲半径变化的速度而增加.缓冲半径由 50 m增加
到 200 m 时, 所 有 级 别 道 路 的 林 地 面 积 由
13635. 45 hm2增加到 59656. 77 hm2,其占相应缓冲
半径范围的面积比例也由 6. 6%增加到 28. 8% (表
1).随着缓冲半径的成倍扩大,缓冲范围内的林地
面积及其所占比例也近似呈成倍增加趋势,说明当
人为扰动沿样区道路外扩 1 倍范围时,自然林地景
观将双倍地遭到胁迫.样区山地面积比重大,林地覆
盖率高,而道路又常常布局于耕地较多的相对平缓
区,从而导致缓冲半径越小,林地面积占比越低
(图 3).
摇 摇 不同缓冲半径内的林地类型以乔木林地和灌木
林地为主. 道路缓冲半径由 50 m 增加到 200 m 期
间,乔木林地累计占林地面积的百分比的差异不显
著,在 75. 6% ~ 76. 1% ;灌木林地的面积占比在不
同缓冲半径间的差异与乔木林地类似,但不足乔木
林地的 1 / 3;其他林地的累计面积占比仅 2. 2% (表
1).乔木林地和灌木林地是样区主要的林地类型,
竹林地、疏林地和未成林造林地面积较小.以经济林
木为主的乔木林地及以经果林为主的灌木林地主要
分布在方便农户经营的村道周围,有较好水土保持、
水源涵养功能的灌木林地主要分布在重点水土流失
区通道沿岸,竹林地主要绕居民点分布,疏林地主要
分布在人为扰动强烈区,未成林造林地重点出现在
新造林区.
不同缓冲半径内各类型林地面积占研究区相应
林地面积的比例以村道和公路周围较大. 不同道路
的各缓冲半径内,乔木林地占研究区乔木林总面积
的比例以村道和公路周围较大,而且,村道沿岸的乔
木林地占比约是公路的 2 倍. 灌木林地在不同缓冲
半径的面积占研究区总灌木林地面积的比值与乔木
林地的分布特征一致. 比较不同缓冲半径内各林地
面积占缓冲面积的比例、及其占研究区同类型林地
面积的比例发现,乔木林地和灌木林地的前者大于
后者,竹林地、疏林地和未成林造林地则相反. 尽管
在不同级别道路的不同缓冲区内乔木林地和灌木林
地占主导地位,累计占比在 34. 1% ~ 55. 4% ,但缓
冲半径内的竹林地、疏林地和未成林造林地则分解
了样区相应林地类型的主要部分,说明离道路越近,
人为扰动越强烈,竹林地、疏林地和未成林造林地越
易出现(图 3).
摇 摇 乔木林地和灌木林地主要沿公路和农村道路分
布,且现有公路沿岸是退耕还林和重庆森林工程的
重点开展区,而且,为保障样区主要交通干线的畅
表 2摇 不同水体不同缓冲半径的林地分布
Table 2摇 Distribution of woodland on the different water bodies in different buffer radii
林地类别
Woodland
category
项目
Item
缓冲半径 Buffer radius (m)
50
W1 W2 W3
100
W1 W2 W3
200
W1 W2 W3
T1 A 161. 73 1005. 48 1946. 88 333. 27 3025. 71 4078. 44 712. 53 9250. 47 8271. 90
B 0. 1 0. 7 1. 3 0. 2 2. 0 2. 7 0. 5 6. 1 5. 4
C 30. 2 33. 6 33. 3 32. 3 36. 2 37. 8 36. 5 39. 9 41. 2
T2 A 18. 54 173. 70 622. 08 44. 64 516. 24 1303. 11 91. 71 1544. 67 2635. 65
B 0. 0 0. 3 1. 2 0. 1 1. 0 2. 6 0. 2 3. 0 5. 2
C 3. 5 5. 8 10. 7 4. 3 6. 2 12. 1 4. 7 6. 7 13. 1
T3 A 3. 15 14. 22 17. 37 4. 77 43. 29 38. 88 5. 85 130. 95 76. 32
B 0. 2 0. 8 0. 9 0. 3 2. 3 2. 1 0. 3 7. 0 4. 1
C 0. 6 0. 5 0. 3 0. 5 0. 5 0. 4 0. 3 0. 6 0. 4
T4 A 0. 09 12. 06 20. 79 0. 99 35. 01 37. 62 4. 23 103. 77 73. 17
B 0. 0 0. 9 1. 5 0. 1 2. 6 2. 8 0. 3 7. 7 5. 4
C 0. 0 0. 4 0. 4 0. 1 0. 4 0. 4 0. 2 0. 5 0. 4
T5 A 0. 54 1. 98 2. 34 1. 62 5. 13 3. 69 2. 97 15. 93 6. 30
B 0. 2 0. 6 0. 7 0. 5 1. 5 1. 1 0. 9 4. 7 1. 9
C 0. 1 0. 1 0. 0 0. 2 0. 1 0. 0 0. 2 0. 1 0. 0
W1: 水库 Reservoir; W2: 坑塘 Pond; W3: 河流 River.
5011 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴朝平等: 基于“二类调查冶的三峡库区重点生态恢复县森林资源空间特征的遥感分析摇 摇
图 3摇 不同级别道路(a)及其 50 m (b)、100 m (c)和 200 m (d)缓冲半径的林地分布
Fig. 3摇 Distribution of different grades of roads (a), woodland in 50 m (b), 100 m (c) and 200 m (d) buffer radii.
图 4摇 不同类型水体(a)及其 50 m(b)、100 m(c)、200 m(d)缓冲半径内的林地分布
Fig. 4摇 Distribution of different waters (a), and woodland in 50 m(b), 100 m(c), 200 m (d) buffer radii.
通,样区天然林保护工程也主要发生于关键公路沿
岸,导致公路两边森林植被的覆盖度较高,保护性措
施也相对完备.但对于样区分布最广、与当地农民生
产和生活关系最密切的农村道路,其周围的林地最
易遭受人为活动的干扰,且最易向农地或人工林地、
灌木林地转化.为此,农村道路周围是未来生态恢复
的重点区域,以降低人为扰动造成的生态退化问题
的发生.
2郾 4摇 不同水体缓冲下林地分布特征
随水体缓冲半径的增加,半径范围内林地面积
占样区林地总面积的百分比迅速提升.在 50 m缓冲
范围内, 水库、 坑塘和河流周围的林地面积
3966. 21 hm2,占样区林地总面积的 1. 9% ,当缓冲
半径增加到 100 和 200 m 时,相应面积占比分别增
加 2. 39 和 9. 14 倍(表 2). 林地面积随绕水体缓冲
半径的增加而增加,说明山区的水体在服务于农业
生产和农民生活中扮演着重要作用,离水体越远,人
为扰动的强度越低;离水体越近,耕地和居民点的分
布密度越大,对土地的胁迫也就越强. 鲍雅静等[23]
在对纵向平行岭谷植被覆盖的空间格局分异分析
601 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
中,也获得了类似结果.
随水体缓冲半径增加,林地占缓冲范围面积的
百分比呈上升趋势. 水库、坑塘和河流在缓冲半径
50、100、200 m范围内的林地占缓冲区总面积的百
分比分别为 34. 3% 、40. 3% 和 44. 7% 、37. 4% 、
43郾 4%和 50. 7% 、41. 9% 、47. 7%和 55. 1% .当各水
体的缓冲半径达到 200 m 时,该比值接近 50% ,说
明水体直接服务于样区农民生产与生活扰动的半径
约为 200 m.在水体缓冲半径 200 m之内,人为扰动
的强度较大,是耕地和居民点的主要分布区,在 200
m 以外,耕地密度迅速降低,林地面积快速增加
(图 4).
水体不同缓冲半径范围内的林地类型以乔木林
地和灌木林地为主.在水库、坑塘和河流的 50 m 缓
冲半径内,乔木林地占缓冲范围内的面积百分比分
别为 30. 2% 、33. 6%和 33. 3% ,占 100、200 m 缓冲
半径范围的面积比分别为 32. 3% 、 36. 2% 和
37郾 8% 、36. 5% 、39. 9%和 41. 2% (表 2).灌木林地
占相应缓冲半径范围的面积比远小于乔木林地,但
仍在 5 类林地中处于第二位.不论哪种水体,相同林
地类型占相邻两缓冲半径的面积百分比之间未出现
显著差异,说明缓冲半径 200 m 以内的人为扰动相
差不大(图 4). 山区的水土资源匹配较差(田高水
低),水库、坑塘和河流以服务于当地居民的生产、
生活为主,导致为人们提供基本生活保障的耕地、经
济林果或经济林木也主要临近水源.
摇 摇 乔木林地面积占缓冲范围面积的比例在水库、
坑塘和河流的不同缓冲半径内的变化差异不显著,
而灌木林地的相应变化则表现出明显差异. 相同缓
冲半径下,由水库、坑塘到河流,缓冲范围内灌木林
地占比呈增加趋势,如 50 m 缓冲半径内,该值分别
为 3. 5% 、5. 8%和 10. 7% . 灌木林地在河流和坑塘
沿岸的分布多于水库,原因在于河流和坑塘多为自
然水体,人为管护介入较少,沿岸或周边自然演生出
大量利于水土保持和水源涵养的灌木林(图 4);水
库尽管也是在自然水体上发展而来,但周围造林、再
造林或人为促进更新措施施加较多,灌木林出现较
少,甚至部分灌木林地被人为地改造为乔木林地.
摇 摇 不同级别水体各缓冲半径下,不同类型林地面
积占研究区相应林地面积的比例以坑塘 200 m缓冲
半径的疏林地最高,达 7. 7% ,其次是竹林地为
7郾 0% .竹林地、疏林地和未成林造林地主要出现在
坑塘 200 m缓冲范围内,与坑塘本身的用途有很大
关系.山区居民常常围绕坑塘居住,导致受生产、生
活扰动频繁的竹林地、疏林地和未成林造林地的分
布较多,乔木林地和成片灌木林地则相对较少.
不同水体间 200 m缓冲半径范围内的人为扰动
差异不大,且此范围内灌木林地、疏林地和竹林地分
布较多,乔木林地或连片灌木林地均较少. 为此,未
来水体周围的生态恢复应以 200 m 为界,以内应重
点营造与研究区居民生产和生活关系密切的薪炭
林、用材林、经果林、竹林等,提升人们的生活福祉和
质量,而以外应更多考虑以乡土树种为主的生态林、
景观林等,改善生态环境,改善生态完整性,以实现
“水源涵养、水土保持和居民福祉提升冶的并重.
2郾 5摇 不同聚落缓冲下林地分布特征
随缓冲半径增加,聚落周围林地面积及其占研
究区总林地面积的比例呈上升趋势. 缓冲半径从
50 m 增 加 到 200 m 时, 对 应 数 据 分 别 由
14288. 31 hm2、 6. 9% 增 加 到 82104. 63 hm2 和
39郾 6% (表 3).由低海拔、地势平缓区到高海拔、地
势起伏强烈区,山区聚落分布渐少,但依山临近田土
的分布,又使聚落周围分布大量经济林木或经济林
果.与道路和水体相同缓冲半径(50、100、200 m)内
的林地相比,聚落周围的林地面积分别多 0. 3% 、
3郾 4% 、10. 8%和 5郾 0% 、12. 7% 、28. 6% ,说明山区
聚落的分散性广于道路和水体. 道路和水体因受地
形条件的限制,仅在地势相对平缓或低洼处才会出
现,而这一区域的林地相对较少(图 5). 陈杰等[24]
在使用景观联通度方法对森林景观恢复进行研究
表 3摇 居民点不同缓冲半径的林地分布
Table 3摇 Distribution of woodland on settlements in differ鄄
ent buffer radii
林地类别
Woodland
category
项目
Item
缓冲半径 Buffer radius (m)
50 100 200
T1 A 11574. 81 29019. 78 65675. 43
B 7. 8 19. 0 43. 0
C 29. 7 35. 4 43. 4
T2 A 2273. 22 5876. 37 14692. 95
B 4. 5 11. 6 28. 9
C 5. 8 7. 2 9. 7
T3 A 244. 53 486. 18 903. 24
B 13. 1 26. 0 48. 2
C 0. 6 0. 6 0. 6
T4 A 169. 11 358. 02 678. 69
B 12. 6 26. 6 50. 4
C 0. 4 0. 4 0. 5
T5 A 26. 64 64. 26 153. 72
B 7. 9 18. 9 45. 3
C 0. 1 0. 1 0. 1
7011 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴朝平等: 基于“二类调查冶的三峡库区重点生态恢复县森林资源空间特征的遥感分析摇 摇
图 5摇 居民点(a)及其 50 m (b)、100 m (c)、200 m (d)缓冲半径内的林地分布
Fig. 5摇 Distribution of settlements (a), and woodland in 50 m (b), 100 m (c), 200 m (d) buffer radii.
时,也得出聚落越密集、道路联通度越好的地区,森
林植被分布越少.
摇 摇 林地面积占缓冲范围面积的比重随缓冲半径增
加而显著增加.在 50 m 缓冲半径下,聚落周围林地
面积为 14288. 31 hm2,占缓冲半径覆盖面积的
36郾 6% ,当缓冲半径分别增加到 100 和 200 m时,对
应数值分别达 35804. 61 hm2、43. 7% 和 82104. 03
hm2和 54. 2% .说明在聚落周围 200 m 范围以外,林
地面积增加至 50%以上,而直接为当地居民提供农
产品的耕地由原来的主导地位降低为镶嵌格局. 山
区耕地常常绕聚落而分布,尤其是孤立聚落,周围就
是自家的承包地,而承包地之外就是连片的林地,这
使得林地面积随聚落缓冲半径的增加而增大,且相
同缓冲半径内的林地面积较道路和水体多.
摇 摇 不同聚落缓冲半径下林地类型以乔木林地为
主. 50 m 缓冲半径内,乔木林地面积占缓冲范围面
积的比例为 29. 7% ,灌木林地仅占 5. 8% ;当缓冲半
径分别增加到 100 和 200 m时,乔木林地、灌木林地
的面积占比分别为 35. 4% 、7. 2%和 43. 0% 、9. 7%
(表 3).在研究区范围内,除本身面积较少的竹林
地、疏林地和未成林造林地外,聚落周围仍以成片的
乔木类经济林木或经济林果为主.
不同类型林地面积占研究区相应林地面积的比
例随缓冲半径的增加而显著增大.在 50 m缓冲半径
内,占比较高的是竹林地 ( 13. 1% ) 和疏林地
(12郾 6% ),其次是未成林造林地(7郾 9% )和乔木林
地(7郾 6% ),灌木林地占比最低,仅 4. 5% .当缓冲半
径增加至 200 m时,占比较高的林地类型仍是竹林
(48郾 2% ) 和疏林地 ( 50. 4% ), 灌木林地最低
(28郾 9% ).聚落 200 m 缓冲半径内的竹林地、疏林
地和未成林造林地分解了研究区相应林地面积的主
要部分.竹林地主要分布在聚落周围,方便为当地居
民提供生产和生活用材,而且,竹林地因有很强的水
保固土效应有利于保护聚落免受地灾的影响. 在当
地居民的扰动下,疏林地由绕聚落的乔木林地演化
为经济林木或经济林果. 未成林造林地属聚落周围
种植的经济林木或经济林果幼苗.
摇 摇 在聚落周围开展生态恢复时,必须强调对灌木
林地、疏林地和未成林造林地的改造,尤其是在缓冲
半径 200 m以内范围.原因在于,该区森林景观对研
究区居民生活生态的影响最大,且居民的日常生产
和生活扰动又直接作用于这一区域. 要提升 200 m
范围内聚落的生活生态环境,需要借助人工促进的
方式,精选乡土树种将灌木林地、疏林地和未成林造
林地快速地恢复成立体结构完整的乔木林,以提高
聚落周围的生活生态完整性.
3摇 结摇 摇 语
研究区林地资源总量丰富但不同类型林地间差
异显著,受地形条件和良好森林资源基底共同决定
的乔木林地和灌木林地是林地的主要组成部分,以
方斗山和七曜山区表现尤为明显. 研究区林地地形
801 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
位分布指数随地形位的增加呈上升趋势,不同的是,
乔木林地整体呈倒“U冶型格局(优势区间为 14 ~
29),灌木林地拥有“双峰冶 (地形位为 10 和 28)和
“双优冶(地形位介于 9 ~ 10 和 17 ~ 30)态势.不同道
路、水体和居民点缓冲半径内林地占缓冲范围的面
积比随缓冲半径增加而增大,且不同缓冲半径内的
林地类型也以乔木林地和灌木林地为主.
研究区林地分布首先受大的地貌格局所左右,
海拔越高、坡度越陡,人为扰动越轻. 不同地形位与
不同道路、水体和聚落缓冲半径下的林地分布,主要
受大的地貌格局主导下研究区人为扰动的胁迫所驱
动,地形位指数较低区的道路、水体和聚落分布密度
均高于地形位指数较高区,当然,在这种情况下,人
为扰动大大降低,加之,在林地分布较多区,林地景
观本身就对山区人为活动有一定的阻隔效应,从而
出现伴随缓冲半径的增加,分布于道路、水体和聚落
周围的林地逐渐增加.而且,不同林地因起源和用途
的不同,也驱使其在道路、水体和聚落的周围展现不
同的格局,如竹林绕居民点、灌木林绕河流、乔木林
绕村道等.
本研究结果为研究区未来生态恢复策略和模式
的选择提供了较好的数据基础和科学依据,尤其是
在持续推进天然林保护、通道森林、水系森林和聚落
森林等工程方面具有重要的指导意义. 更为重要的
是,本文对不同缓冲半径内林地面积的比重、林地类
型的细化都可为林地恢复模式的安排提供数据
支撑.
本文使用 2. 5 m 高分辨率 SPOT鄄5 影像为基础
底图提取了林地小班,对于大片连续林地小班的解
译准确率较高,但山区特殊的地形决定林地常常被
耕地的镶嵌所干扰,尤其在山腰下缘或地形起伏剧
烈的林线与农线交错带,很难将林地尤其灌木林地
与耕地截然分开.而且,伴随农村劳动力的大量“析
出冶,由耕地退出自行演化成灌木林地或农户自行
栽种的未成林造林地现象在研究区较为普遍,这都
很大程度上增加了解译的难度.另外,本文仅仅查明
了研究区森林资源的总体和细部特征,对诱发这一
特征的潜在动因仅做了定性的解释性描述,未能给
出驱动因素的作用过程与贡献程度,这需要在以后
的研究中深入探讨.
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作者简介摇 吴朝平,女,1987 年生,硕士研究生. 主要从事土
地利用与土地覆被变化研究. E鄄mail: wzp570709@ 126. com
责任编辑摇 杨摇 弘
011 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷