全 文 ：
　 　 　 　 　 生 态 学 报
　 　 　 　 　 　 　 (SHENGTAI XUEBAO)
　 　 第 32 卷 第 6 期　 　 2012 年 3 月　 (半月刊)
目　 　 次
高原草被退化程度的遥感定量监测———以甘肃省玛曲县为例 周坚华,魏怀东,陈　 芳,等 (1663)……………
基于着生藻类的太子河流域水生态系统健康评价 殷旭旺,渠晓东,李庆南,等 (1677)…………………………
哀牢山常绿阔叶林水源涵养功能及其在应对西南干旱中的作用 杞金华,章永江,张一平,等 (1692)…………
青岛沿岸水体原生生物群落与水质状况的关系 杨金鹏,姜　 勇,胡晓钟 (1703)………………………………
增温对青藏高原高寒草甸生态系统固碳通量影响的模拟研究 亓伟伟,牛海山,汪诗平,等 (1713)……………
三峡水库消落带植物叶片光合与营养性状特征 揭胜麟,樊大勇,谢宗强,等 (1723)……………………………
三峡库区澎溪河鱼类时空分布特征的水声学研究 任玉芹,陈大庆,刘绍平,等 (1734)…………………………
强壮前沟藻化感物质分析 冀晓青,韩笑天,杨佰娟,等 (1745)……………………………………………………
饥饿对中间球海胆 MYP 基因转录表达的影响 秦艳杰,孙博林,李　 霞,等 (1755)……………………………
贺兰山牦牛冬春季的生境选择 赵宠南,苏　 云,刘振生,等 (1762)………………………………………………
利用元胞自动机研究一类捕食食饵模型中的斑块扩散现象 杨　 立,李维德 (1773)……………………………
转 Cry1Ab和 Cry1Ac融合基因型抗虫水稻对田间二化螟和大螟种群发生动态的影响
李志毅,隋　 贺,徐艳博,等 (1783)
…………………………
……………………………………………………………………………
光谱和光强度对西花蓟马雌虫趋光行为的影响 范　 凡,任红敏,吕利华,等 (1790)……………………………
荧光素对舞毒蛾核型多角体病毒不同地理品系的增效与光保护作用 王树娟,段立清,李海平,等 (1796)……
不同利用强度下绿洲农田土壤微量元素有效含量特征 李海峰,曾凡江,桂东伟,等 (1803)……………………
稻田温室气体排放与土壤微生物菌群的多元回归分析 秦晓波,李玉娥,石生伟,等 (1811)……………………
黄土高原典型区域土壤腐殖酸组分剖面分布特征 党亚爱,李世清,王国栋 (1820)……………………………
紫色土菜地生态系统土壤 N2O排放及其主要影响因素 于亚军,王小国,朱　 波 (1830)………………………
中国亚热带典型天然次生林土壤微生物碳源代谢功能影响因素 王　 芸,欧阳志云,郑　 华,等 (1839)………
基于 K-均值算法模型的区域土壤数值化分类及预测制图 刘鹏飞,宋　 轩,刘晓冰,等 (1846)………………
淹水条件下秸秆还田的面源污染物释放特征 杨志敏,陈玉成,张　 赟,等 (1854)………………………………
推迟拔节水对小麦氮素积累与分配和硝态氮运移的影响 王红光,于振文,张永丽,等 (1861)…………………
江苏省冬小麦湿渍害的风险区划 吴洪颜,高　 苹,徐为根,等 (1871)……………………………………………
草原植物根系起始吸水层深度测定方法及其在不同群落状态下的表现
郭宇然,王　 炜,梁存柱,等 (1880)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
亚热带 6 种树种细根序级结构和形态特征 熊德成,黄锦学,杨智杰,等 (1888)…………………………………
高寒草原植物群落种间关系的数量分析 房　 飞,胡玉昆,张　 伟,等 (1898)……………………………………
菊花近缘种属植物幼苗耐阴特性分析及其评价指标的确定 孙　 艳,高海顺,管志勇,等 (1908)………………
南方菟丝子寄生对喜旱莲子草生长及群落多样性的影响 王如魁,管　 铭,李永慧,等 (1917)…………………
基于 cDNA克隆的亚热带阔叶林和针叶林生态系统担子菌漆酶基因多样性及其群落结构研究
陈香碧,苏以荣,何寻阳,等 (1924)
………………
……………………………………………………………………………
细柄阿丁枫和米槠细根寿命影响因素 黄锦学,凌　 华,杨智杰,等 (1932)………………………………………
基于 TM遥感影像的森林资源线性规划与优化配置研究 董　 斌,陈立平,王　 萍,等 (1943)…………………
基于 CFD的城市绿地空间格局热环境效应分析 刘艳红,郭晋平,魏清顺 (1951)………………………………
专论与综述
生态补偿效率研究综述 赵雪雁 (1960)……………………………………………………………………………
研究简报
黄河三角洲石油生产对东营湿地底栖动物群落结构和水质生物评价的影响
陈　 凯,肖能文,王备新,等 (1970)
……………………………………
……………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q∗1981∗m∗16∗316∗zh∗P∗ ¥ 70． 00∗1510∗34∗2012-03
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封面图说: 植物生命演进石———这不是一块普通的火山岩,而是一块集中展示植物“原生演替”过程最有价值的石头。 火山熔
岩冷却后的玄武岩是无生命无土壤的真正“裸石”,风力使地衣的孢子传入,在一定温湿度环境下,开始出现了壳状
地衣,壳状地衣尸体混合了自然风化的岩石碎屑提供的条件使叶状、枝状地衣能够侵入,接着苔藓侵入,是它们启动
了土壤的形成,保持了土壤的湿度,并使营养物质反复循环。 于是蕨类定居,草丛长了起来,小灌木出现,直到树木
生长,最终形成森林。
彩图提供: 陈建伟教授　 北京林业大学　 E-mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 6 期
2012 年 3 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 6
Mar. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:农业部农业信息技术重点实验室开放课题经费(KF2010W40鄄046); 安徽农业大学博士基金(wd2011鄄7);安徽省国土资源厅科技项目
(2011鄄K鄄23);安徽农业大学青年基金(zr2011鄄09)
收稿日期:2011鄄11鄄01; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄01
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: chenlp@ nercita. org. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201111091695
董斌,陈立平,王萍,张长勤.基于 TM遥感影像的森林资源线性规划与优化配置研究.生态学报,2012,32(6):1943鄄1950.
Dong BChen L P,Wang P,Zhang C Q. Linear programming and optimal distribution of the forest resources based on TM remote sensing images. Acta
Ecologica Sinica,2012,32(6):1943鄄1950.
基于 TM遥感影像的森林资源线性规划
与优化配置研究
董摇 斌1,陈立平2,*,王摇 萍1,张长勤1
(1. 安徽农业大学理学院, 合肥摇 230036; 2. 国家农业信息化工程技术研究中心,北京摇 100097)
摘要:山东黄河流域是黄河入海的最后区域,也是水土流失最为严重的地区之一,基于遥感影像和数学方法优化配置森林资源
对区域尺度的水土保持具有重要意义。 选取 2000 年、2006 年时相相近的 TM遥感影像作为数据源,采用监督分类法、专家分类
法以及 GPS、GIS等技术对森林资源进行分类、统计、验证和分析。 在层次分析法确定森林资源、森林景观、环境和社会经济等
指标因子权重的基础上,利用线性规划法对森林资源的空间格局进行优化。 结果表明,区域森林资源空间分布极不均匀,且主
要集中于鲁中南山地及丘陵地区。 6a间,森林资源增长相对缓慢,宜林荒山荒地的面积增加了 8. 2% ,到 2006 年,其面积高达
238955. 7 hm2。 对宜林荒山荒地进行线性优化后,森林类型和结构得到明显改善,土地利用结构信息墒降低了 8. 4% ,森林资源
和土地利用空间结构有序度明显提高。 最后,对立地条件不同的地区采取了相应的树种配置措施。
关键词:遥感;TM影像;森林资源;线性规划;优化配置;山东黄河流域
Linear programming and optimal distribution of the forest resources based on
TM remote sensing images
DONG Bin1,CHEN Liping2,*,WANG Ping1,ZHANG Changqin1
1 School of Science,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China
2 National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing 100097,China
Abstract: The Yellow River basin of Shandong province is the area close to the sea, where is one of the most serious soil
erosion areas within the basin. It is very important to optimize the distribution of forest resource for water and soil
conservation on the regional scale based on remote sensing images and mathematical methods. In this study, two periods
(2000 and 2006) of TM remote sensing images with similar temporal phase were selected as the basic data sources. The
supervised classification, expert classification and GPS, GIS techniques were used for classification, statistics, verification
and analysis of the forest resources. The results indicated that the forest resources spatial distribution was extremely uneven,
with main concentration in the south鄄central mountainous and hilly area. The growth of the forest resources was relatively
slow over the 6 years. The area of the barren hills and lands suitable for afforestation was increased by 8. 2% during the
period from 2000 to 2006, which amounted to 238955. 7 hm2 . The barren hills and lands suitable for afforestation were
optimized using the linear programming method. On the regional scale, the forest types and structure were significantly
improved, and land use structural information entropy was reduced by 8. 4% after the optimization. The spatial structure
order degree of the forest resources and land use were improved. Finally, the corresponding forest management measures for
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the different site conditions were given.
Key Words: remote sensing;TM images; forest resources; linear programming;optimal allocation;Yellow River basin of
Shandong Province
黄河是世界上第五大河流、中国的第二大河流,是中华民族的母亲河。 黄河起源于青藏高原,流经包括山
东省的 9 省、自治区,干流全长约 5464km。 随着城市化进程的不断加快,森林生态服务功能的日益突出,森林
资源在经济、社会和环境中的地位越来越重要。 国内外现有的森林资源优化配置对象大多为某个林场,多以
小面积、小范围的林地为优化单元[1鄄9],很少基于遥感的方法对区域尺度的森林资源尤其是宜林荒山荒地进
行优化配置,也很难采用合适的方法评估优化后的效益[10鄄17]。 山东黄河流域的森林资源空间分布对区域生
态系统具有重要影响,宜林荒山荒地的优化配置与水土流失密切相关。 如果采用 RS(Remote Sensing)、GIS
(Geographic Information System)、GPS(Global Positioning System)等技术快速获取区域森林资源的本底数据,
在此基础上,利用数学模型与专家系统相结合的方法进行森林资源的优化配置并定量分析其结果,采取与之
相应的经营措施,这对区域尺度的森林资源管理和水土保持具有重要意义[18鄄19]。
1摇 研究区概况
山东黄河流域位于东经 114毅48忆—119毅19忆、北纬 34毅58忆—38毅09忆。 该区域位于黄河的下游地区,同时,也
是黄河入海的最后区域。 黄河从菏泽市的东明县进入山东省,在黄河三角洲的垦利县入海,区域内黄河流程
约 628km、面积约 3 844 055 hm2(2006 年),约占山东省国土总面积的 25% 。 由于黄河入海口大量的泥沙淤
积,黄河三角洲的陆地面积每年都在增加。 按照山东省森林资源外业调查细则,该区域包括 10 个地级市中的
30 个县(市、区),具体见表 1。 该区域地处温带落叶阔叶林区,属暖温带季风气候特征,年均温度约 13益,年
均降雨量约 650mm,全年无霜期约 200d。 区域中的鲁中南山地突起、地形复杂;鲁西北为黄泛平原区,地势低
洼平坦;鲁西南缓丘起伏,地形相对复杂。 区域内的山地和丘陵地约占 1 / 3、平原、洼地和滩地约占 2 / 3。 区域
内的泰山最高,海拔 1 536m。 土壤以潮土、棕壤、褐土和盐碱土等为主。 山东省黄河流域的四旁树比例较大,
土壤侵蚀严重的地区和宜林荒山荒地主要分布于鲁中南的济南、泰安、莱芜等地区[18鄄19]。
表 1摇 山东黄河流域行政范围表
Table 1摇 Administerial unit忆s table in Yellow River basin of Shandong province
地名
City name
县(市、区)
Country and urban district
面积 / hm2
Area
比例 / %
Percentage
济南市 济南、章丘、长清、平阴、济阳 670437 17. 44
淄博市 高青 84790 2. 21
东营市 东营、河口、垦利、利津 646670 16. 82
济宁市 梁山 94773 2. 46
泰安市 泰山、岱岳、新泰、肥城、东平 660824 17. 19
莱芜市 莱城、钢城 210147 5. 47
德州市 齐河 158671 4. 13
聊城市 阳谷、莘县、东阿 323136 8. 40
滨州市 滨城、惠民、博兴、邹平 452826 11. 78
菏泽市 东明、郓城、郡城、牡丹 542820 14. 12
山东黄河流域 30 个县、市(区) 3844055 100. 00
2摇 研究方法
2. 1摇 数据来源
本文选取了山东黄河流域 2000、2006 年各 10 景、时相相近的 Landsat TM遥感影像数据,其影像行列号分
别为 121鄄34—36、122鄄 33—36 和 123鄄 34—36,两期遥感影像的时相大多分布于 7—9月份。 遥感影像解译的
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辅助资料包括山东省 1颐5 万的地形图、森林资源分布图、土地利用现状图、行政区划图、交通分布图、水系分布
图以及山东省的气象资料、中国科学院 2002 年发布的《1:100 万中华人民共和国土壤图》和土壤类型、土壤侵
蚀数据库等。
2. 2摇 遥感数据的预处理
本文选用的 TM遥感影像均采用 Gauss Kruger投影和 Krasovsky 椭球。 根据地形图对两期 TM 遥感影像
进行几何精校正,再进行图像增强、543 波段合成、拼接镶嵌,最后,利用山东黄河流域的边界线对拼接后的影
像进行裁剪,从而形成研究区的遥感影像图。 2007 年 8 月,采用随机抽样法调查了研究区所有地类。 其中,
森林资源选取有代表性的地段,GPS测定其经纬度和海拔,角规测定、记录并计算样点的森林蓄积量,其他地
类则详细记录其位置和属性信息。 本次外业共调查了 270 个样点,并将其导入 ArcGIS软件形成点层,并与遥
感分类图叠加。 利用外业调查数据和山东省第六、七次森林资源一类清查样地等资料建立遥感解译标志,分
别提取 2000 年、2006 年各森林类型的象元光谱值,建立两期森林分类专家库和象元光谱值数据库,利用监督
分类和人工解译法将遥感影像分为有林地、疏林地、灌木林地、其它林地、宜林荒山荒地、农田、草地、水域、建
设用地、未利用地。 在此基础上,利用专家分类器和人机交互的方法,结合地形、森林资源分布图和土地利用
现状矢量图,将有林地再分为针叶林、阔叶林和混交林。 本文中森林类型的判读采用森林资源分布图比对、外
业补充调查、季相对比、借助已有的资料分析、逻辑判断、经验分析等方法,最后,再通过人工目视检验、外业验
证和纠错,形成土地利用各分类专题图。 由于研究区面积较大,遥感分类图的精度评价采用 Erdas Imagine 中
的 Accuracy Assessment模块,不使用任何规则随机选取了 256 个点,并覆盖了所有地类。 经统计分析,2000
年、2006 年的总体分类精度均达 85% ,总体 Kappa指数分别为 0. 79 和 0. 83[18鄄19]。
2. 3摇 森林资源线性优化法
19世纪初,法国数学家 Fourier提出线性规划问题。 1947 年,Dantzig提出用单纯形法求解线性规划问题,并
找到了求解问题的通用方法[20]。 线性规划是运筹学中的一个重要分支,它研究在人力和物力资源一定的情况
下,如何恰当地运用这些资源,以达到最有效的目的。 本文的森林资源空间格局评价由森林资源、森林景观生
态、环境和社会经济等因子组成,其中,森林资源因子从遥感解译数据及统计资料中获得,森林景观生态因子利
用景观生态分析软件 Fragstats进行分别计算,环境和社会经济因子来自于统计年鉴和相关统计资料[19]。
本文利用线性规划法寻求森林资源空间格局目标函数的极值问题。 森林资源空间格局评价指标体系构
建的关键是权重的确定。 由于研究区面积大,涉及到的因素较多。 本文采用层次分析法确定各因子的权重。
分别邀请了 30 个专家对本次 22 个指标因子的重要性进行互不见面打分,打分进行了 4 轮,每轮对各意见进
行统计处理,第四轮一致意见达 80% ,根据咨询的最后结果分别构造判断矩阵,最后进行层次总排序。 总一
致性比例 CR的值为 0. 006,远小于规定的 0. 1[19]。 森林资源空间格局最优因子权重见表 2。
表 2摇 森林资源空间格局最优因子权重[10]
Table 2摇 Most superior of factor weight value of forest resources spatial distribution
因子
Factor
森林资源因子 C1
Forest resource factor
森林景观因子 C2
Forest landscape factor
环境因子 C3
Environment factor
社会经济因子 C4
Social鄄economic factor
权重 Weight 0. 415 0. 340 0. 169 0. 076
令表达森林资源因子(C1)、森林景观生态因子(C2)、环境因子(C3)和社会经济因子(C4)的目标函数分
别为 F1(x)、F2(x)、F3(x)和 F4(x),则有:
(1)森林资源效益最大
MaxF1(x) = 0. 065C11 + 0. 135C12 + 0. 100C13 + 0. 057C14 + 0. 0261C15 + 0. 031C16 (1)
(2)森林景观生态效益最大
MaxF2(x) = 0. 125 C21 + 0. 042 C22 + 0. 058 C23 + 0. 046 C24 + 0. 025 C25 +
0. 020 C26 + 0. 024 C27 (2)
5491摇 6 期 摇 摇 摇 董斌摇 等:基于 TM遥感影像的森林资源线性规划与优化配置研究 摇
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(3)环境因子最优
MaxF3(x) = 0. 021 C31 + 0. 027 C32 + 0. 033 C33 + 0. 014 C34 + 0. 030 1C35 (3)
(4)社会经济因子最优
MaxF4(x) = 0. 039 C41 + 0. 010 C42 + 0. 019 C43 + 0. 009 C44 (4)
式中,C11—C16,C21—C26,C31—C35,C41—C44 为 22 个森林资源评价指标因子的归一化值,函数中的系数
为层次分析法确定的各评价指标因子的权重。 其中,C11 为森林覆盖率、C12 为单位面积蓄积量、C13 为有林
地百分比、C14 为混交林百分比、C15 为经济林百分比、C16 为宜林荒山荒地百分比;C21 为香农多样性指数、
C22 为香农均匀度指数、C23 为斑块平均面积、C24 为斑块密度、C25 为蔓延度指数、C26 为景观形状指数、C27
为散布并列指数;C31 为建设用地百分比、C32 为土壤侵蚀模数、C33 为水土流失面积比例、C34 为年平均气
温、C35 为年均降雨量;C41 为人口密度、C42 为人均 GDP、C43 为人均耕地、C44 为单位面积水资源总量[18]。
针对上述 4 个目标函数,采用线性加权求和算法,将多目标转换为单目标求解。 即:
MaxF = 0. 4153 伊 MaxF1(x) + 0. 3400 伊 MaxF2(x) + 0. 1688 伊 MaxF3(x) + 0. 0759 伊 MaxF4(x) (5)
上述方程(5)的约束条件为:
F1(x) = 0. 065C11 + 0. 135C12 + 0. 100C13 + 0. 057C14 + 0. 0261C15 + 0. 031C16 臆 0. 415;
摇 摇 C1i 逸0,i = 1—6
F2(x) = 0.125 C21 + 0.042 C22 + 0.058 C23 + 0.046 C24 + 0.025 C25 + 0.020 C26 + 0.024 C27 臆0.340;
摇 摇 C2i 逸0,i = 1—7
F3(x) = 0. 021 C31 + 0. 027 C32 + 0. 033 C33 + 0. 014 C34 + 0. 030 1C35 臆 0. 169;
摇 摇 C3i 逸0,i = 1—5
F4(x) = 0. 039 C41 + 0. 010 C42 + 0. 019 C43 + 0. 009 C44 臆 0. 076;
摇 摇 C4i 逸0,i = 1—
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(6)
本文选取的数据按照各地级市的平均值或者单位面积进行计算,并且对所有指标进行归一化处理,以消
除不同量纲的影响,并构成 10 个地市的指标因子矩阵,具体如下:
指标摇 济南市摇 淄博市摇 东营市摇 济宁市摇 泰安市摇 莱芜市摇 德州市摇 聊城市摇 滨州市摇 菏泽市
C11
C12
C13
C14
C15
C16
摇 0. 840摇 0. 414摇 0. 271摇 0. 262摇 0. 947摇 1. 000摇 0. 397摇 0. 256摇 0. 316摇 0. 322
摇 0. 795摇 0. 676摇 0. 248摇 0. 359摇 0. 720摇 0. 706摇 0. 521摇 0. 271摇 0. 489摇 0. 442
摇 0. 890摇 0. 685摇 0. 249摇 0. 399摇 1. 000摇 0. 839摇 0. 667摇 0. 366摇 0. 495摇 0. 458
摇 0. 878摇 0. 108摇 1. 000摇 0. 601摇 0. 643摇 0. 689摇 0. 645摇 0. 341摇 0. 834摇 0. 876
摇 0. 339摇 0. 031摇 0. 004摇 0. 145摇 1. 000摇 0. 474摇 0. 522摇 0. 340摇 0. 018摇 0. 058
摇 0. 038摇 0. 363摇 0. 126摇 0. 394摇 0. 025摇 0. 023摇 1. 000摇 0. 322摇 0. 402摇 0.
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C21
C22
C23
C24
C25
C26
C27
摇 0. 940摇 0. 581摇 0. 870摇 0. 521摇 0. 949摇 1. 000摇 0. 600摇 0. 507摇 0. 595摇 0. 572
摇 0. 940摇 0. 619摇 0. 869摇 0. 524摇 0. 952摇 1. 000摇 0. 595摇 0. 512摇 0. 595摇 0. 571
摇 0. 282摇 0. 290摇 1. 000摇 0. 302摇 0. 375摇 0. 394摇 0. 248摇 0. 415摇 0. 344摇 0. 342
摇 0. 282摇 0. 290摇 1. 000摇 0. 302摇 0. 375摇 0. 394摇 0. 248摇 0. 416摇 0. 344摇 0. 342
摇 0. 702摇 0. 901摇 0. 811摇 0. 981摇 0. 709摇 0. 677摇 0. 916摇 1. 000摇 0. 935摇 0. 950
摇 1. 000摇 0. 315摇 0. 390摇 0. 280摇 0. 884摇 0. 503摇 0. 437摇 0. 437摇 0. 606摇 0. 654
摇 0. 993摇 0. 878摇 1. 000摇 0. 839摇 0. 916摇 0. 977摇 0. 890摇 0. 830摇 0. 877摇 0.
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C34
C35
摇 0. 787摇 0. 683摇 0. 763摇 0. 543摇 0. 925摇 1. 000摇 0. 619摇 0. 660摇 0. 718摇 0. 674
摇 0. 033摇 0. 213摇 0. 188摇 1. 000摇 0. 030摇 0. 021摇 0. 400摇 0. 230摇 0. 229摇 0. 103
摇 0. 538摇 0. 215摇 0. 249摇 0. 637摇 0. 474摇 0. 136摇 0. 380摇 0. 473摇 0. 511摇 1. 000
摇 0. 986摇 0. 864摇 0. 871摇 0. 905摇 0. 932摇 0. 816摇 0. 891摇 0. 891摇 0. 884摇 1. 000
摇 0. 676摇 1. 000摇 0. 925摇 0. 861摇 0. 847摇 0. 923摇 0. 711摇 0. 713摇 0. 696摇 0.
é
ë
ê
ê
ê
ê
ê
êê
ù
û
ú
ú
ú
ú
ú
úú848
C41
C42
C43
C44
摇 0. 307摇 0. 332摇 1. 000摇 0. 353摇 0. 357摇 0. 442摇 0. 475摇 0. 394摇 0. 614摇 0. 373
摇 0. 458摇 0. 501摇 1. 000摇 0. 251摇 0. 256摇 0. 314摇 0. 251摇 0. 208摇 0. 310摇 0. 090
摇 0. 489摇 0. 349摇 0. 900摇 0. 652摇 0. 564摇 0. 410摇 0. 970摇 0. 941摇 1. 000摇 0. 798
摇 0. 631摇 0. 672摇 0. 114摇 0. 945摇 0. 757摇 1. 000摇 0. 552摇 0. 739摇 0. 233摇 0.
é
ë
ê
ê
ê
ê
ê
ù
û
ú
ú
ú
ú
ú702
C11 + C12 + C13 + C14 + C15 + C16 臆 4. 334
C21 + C22 + C23 + C24 + C25 + C26 + C27 臆 5. 939
C31 + C32 + C33 + C34 + C35 臆 3. 946
C41 + C42 + C43 + C44 臆 3.
ì
î
í
ï
ïï
ï
ï 016
(7)
(7)式中的数字依次为森林资源、森林景观、环境和社会经济因子的最高得分值。
3摇 结果与分析
3. 1摇 土地利用分类结果
利用 ArcGIS 软件的自动统计功能对山东黄河流域 2000、2006 年的遥感土地利用分类专题图进行统计,
具体结果见表 3。
表 3摇 土地利用类型统计表
Table 3摇 Statistics and ratio of land鄄use type
地类
Land type
2000 年的面积
Area in 2000 / hm2
比例
Percentage / %
2006 年的面积
Area in 2006 / hm2
比例
Percentage / %
变化值
Change value / hm2
变化率
Change rate / %
有林地 Forest land 516600. 5 13. 44 651402. 9 16. 95 134802. 4 26. 09
灌木林地 Shrub 39018. 6 1. 02 38531. 6 1. 00 -487 -1. 25
疏林地 Open forest land 32787. 5 0. 85 42125 1. 10 9337. 5 28. 48
其它林地 Other woodland 12146. 9 0. 32 12165. 4 0. 32 18. 5 0. 15
宜林荒山荒地 Barren hills and lands
suitable for afforestation 220808. 9 5. 75 238955. 7 6. 22 18146. 8 8. 22
农田 Farmland 2018226 52. 52 1826199 47. 51 -192027 -9. 51
水域 Water 233441. 6 6. 08 249188 6. 48 15746. 4 6. 75
草地 Grassland 216687. 6 5. 64 237395. 5 6. 18 20707. 9 9. 56
建设用地 Construction land 476240. 7 12. 39 494857. 4 12. 87 18616. 7 3. 91
未利用地 Unutilized land 76631. 4 1. 99 53234 1. 38 -23397. 4 -30. 53
总计 Total 3842590 100 3844055 100 1465. 1 0. 04
从表 3 中可看出,6a间,山东黄河流域的森林资源呈现缓慢增长的态势,虽然森林覆盖率增加了 4 个百
分点,但其比例仍然不高。 农田、未利用地减少的面积较大。 森林资源主要分布于鲁中南的泰安、莱芜、济南
等山地及丘陵地区。 6a间,宜林荒山荒地的面积变化率为 8. 2% ,到 2006 年,仍然有 238955. 7 hm2 的宜林荒
山荒地需要大力进行改造[18鄄19]。
3. 2摇 森林资源的现状及分析
对 270 个外业样点的数据进行分析,研究区森林资源具有林种组成相对单一、树种年龄结构不合理、四旁
树量大、混交林少,纯林多的特点[18鄄19]。 济南、泰安和莱芜市的森林资源较多,其它地区的相对较少。 森林覆
盖率和林分蓄积量分布不均会造成森林生态系统的不稳定。 森林资源因子中,通过合理地植树造林和宜林荒
7491摇 6 期 摇 摇 摇 董斌摇 等:基于 TM遥感影像的森林资源线性规划与优化配置研究 摇
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山荒地改造,实现单位面积蓄积量、有林地百分比、针阔叶混交林百分比、经济林百分比的优化。 环境因子和
社会经济因子中,建设用地的比例可以进行合理的规划,土壤侵蚀模数与水土流失面积比例可通过调整森林
资源的格局加以改善。 环境因子和社会经济因子中的均年降雨量、年平均气温、人均 GDP、人口密度以及人
均耕地面积无法调整[18]。
3. 3摇 森林资源的线性优化结果
本文依照层次分析法构建各评价指标因子矩阵,计算并得出森林资源空间格局各因子相对最优得分值。
由于森林资源空间格局评价的主要因子为森林资源因子和森林景观因子,而后者又与前者密不可分。 一般来
说,森林资源因子的指标高,其森林景观生态因子的指标也较高。 根据研究区 10 个地市的森林资源空间格局
的四个因子评价得分值可知,其最高分代表的地区分别为泰安市、东营市、济宁市和东营市。 线性规划后的结
果见表 4。
表 4摇 宜林荒山荒地寻优参数表
Table 4摇 Selected character value of forest resources spatial distribution
变量 Variable C11 C12 C13 C14 C15 C16 C21 C22 C23 C24 C25
最优值 Optimal value 0. 947 0. 720 1. 000 0. 643 1. 000 0. 025 0. 870 0. 869 1. 000 1. 000 0. 811
变量 Variable C26 C27 C31 C32 C33 C34 C35 C41 C42 C43 C44
最优值 Optimal value 0. 390 1. 000 0. 543 1. 000 0. 637 0. 905 0. 861 1. 000 1. 000 0. 900 0. 114
表 4 中,优化后的森林资源因子与泰安市、济南市和莱芜市的森林资源因子 6 个指标比较接近,所以依照
这三个城市对山东黄河流域的森林资源空间格局进行调整,本文仅将宜林荒山荒地优化为混交林、针叶林和
阔叶林,由于灌木林、疏林地和其它林地的比例较小,所以不对其优化。 宜林荒山荒地优化后的区域森林资源
面积和比例见表 5。
表 5摇 优化前后各森林类型面积及比例
Table 5摇 Area and ratio of different forest categories before and after structure optimizing
森林类型
Forest type
优化前的面积 / hm2
Area of before optimizing
比例 / %
Percentage
优化后的面积 / hm2
Area of after optimizing
比例 / %
Percentage
混交林 Mixed forest 131040. 1 3. 41 164303. 1 4. 27
阔叶林 Broadleaf forest 315272. 2 8. 20 441769. 9 11. 49
针叶林 Coniferous forest 205090. 6 5. 33 284285. 6 7. 40
灌木林 Shrub 38531. 6 1. 00 38531. 6 1. 00
疏林地 Open forest land 42125 1. 10 42125 1. 10
其它林地 Other woodland 12165. 4 0. 32 12165. 4 0. 32
宜林荒山荒地 Barren hills and lands
suitable for afforestation 238955. 7 6. 22 0 0
从表 5 可看出,有林地的比例由优化前的 16. 95%增加到优化后的 23. 17% 。,宜林荒山荒地的比例由优
化前的 6. 22%变为优化后的 0% 。 优化配置后的混交林颐阔叶林颐针叶林颐灌木林颐疏林地颐其它林地颐宜林荒山
荒地为 1. 7颐4. 5颐2. 9颐0. 4颐0. 4颐0. 1 颐0。 其中,阔叶林的比例最大,这是由于流域地带性的植被类型是落叶阔叶
林,分布的范围广、面积大。 其次是针叶林,这是由于宜林荒山荒地所处的山区土地多瘠薄,仅适合部分优势
针叶树种的生长。 通过合理的措施对宜林荒山荒地进行林分改造后,不仅可以减少水土流失、提高单位面积
蓄积量,还可以有效地改善流域的森林景观生态。
3. 4摇 线性优化后的信息墒分析
1948 年,美国数学家 Shannon把玻尔兹曼熵引入信息论,称之为信息熵,并提出信息熵的数学公式,从量
的方面描述了信息的传输和提取问题[20鄄21]。 香农信息熵 H的函数为:
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H =- 移
n
i = 1
pi lnpi (8)
式中, pi 是随机事件可能结果出现的概率, 0 臆 pi 臆1( i = 1,2,…,n) ,移
n
i = 1
pi = 1。
香农把信息熵 H作为一个随机事件的不确定性量度,熵值反映了对样本集合 H 分类的不确定性。 熵值
越小,划分的纯度越高,对样本分类的不确定性越低。 理论上,当土地利用类型的面积相等时,其信息熵达到
理论最大值[21]。 土地利用结构信息熵描述了系统的有序程度,结构不同,其信息熵及有序程度会相应改变。
本文利用信息熵的原理分析山东黄河流域森林资源线性优化配置的结果。 根据香农信息熵的数学模型,对
2000、2006 年以及利用线性优化配置后的 10 个土地利用分类图进行分别计算,结果见表 6。
表 6摇 土地利用结构比例及其信息熵
Table 6摇 Land鄄use composition and information entropy
时间
Time
有林地
Forest
land / %
灌木林地
Shrub / %
疏林地
Open forest
land / %
其它林地
Other
woodland
/ %
宜林荒山
荒地 / %
Barren hills
and lands
suitable for
afforestation
农田
Farmland
/ %
水域
Water / %
草地
Grassland
/ %
建设用地
Construction
land / %
未利用地
lUnutilized
land / %
信息熵
Information
entropy
2000 13. 44 1. 02 0. 85 0. 32 5. 75 52. 52 6. 08 5. 64 12. 39 1. 99 1. 5469
2006 16. 95 1. 00 1. 10 0. 32 6. 22 47. 51 6. 48 6. 18 12. 87 1. 38 1. 6136
优化后
After
optimizing
23. 17 1. 00 1. 10 0. 32 0 47. 51 6. 48 6. 18 12. 87 1. 38 1. 4788
从表 6 中可看出,2000、2006 年的信息熵分别为 1. 5469、1. 6136,6a 间,信息熵值增加了 4. 3% 。 通过对
区域森林资源中的宜林荒山荒地线性优化配置后,其信息熵值为 1. 4788,比优化前的 2000、2006 年分别降低
了 4. 4% 、8. 4% ,流域森林资源及土地利用空间结构有序度明显提高,各土地类型比优化前的状态更加稳定。
4摇 结论与讨论
山东黄河流域是黄河入海的最后区域,也是水土流失最为严重的地区之一,基于遥感影像和数学方法优
化配置森林资源对区域尺度的水土保持具有重要意义。 研究表明,该区域森林资源空间分布极不均匀,且主
要集中于鲁中南山地及丘陵地区。 对该区域的宜林荒山荒地进行林种的线性优化配置后,土地利用结构信息
墒明显降低,土地利用空间结构有序度显著提高,森林资源的空间格局得到明显改善。 今后,应重点保护天然
林和天然次生林,加大宜林荒山荒地的改造力度,建立泰山、济南、莱芜等重点山区的生态保护区和植被恢复
区,这对于该区域的水土保持和流域治理具有重要意义。
研究区 270 个外业样地数据中,杨树占 58. 5% ,侧柏占 17. 4% ,刺槐占 7. 4% ,其它树种占 16. 7% 。 说明
该区域的优势树种为杨树、侧柏和刺槐;其它次要树种为杜仲、枫树、臭椿、白蜡、龙柏、流苏、女贞、柳树、楸树
等[18鄄19]。 根据森林资源的空间格局以及地形、土壤等因子将研究区划分为三大树种配置区。 其中,济南、泰
安和莱芜的地形复杂、水土流失严重、荒山荒地的比例高,属鲁中南地区。 淄博、滨州、菏泽、德州、济宁和聊城
的地形基本相同,属黄泛平原区,东营市属黄河三角洲地区[22]。 根据不同地区采取的措施如下:
(1)鲁中南山地摇 由于宜林荒山荒地主要分布于鲁中南的莱芜市、泰安市和济南市,对这 3 个地市森林
资源的优化措施主要是荒山荒地改造。 由于该地区的地形复杂、海拔较高、水土流失严重,所以选择刺槐,栓
皮栎、麻栎、油松、侧柏、赤松、紫穗槐以及灌木林、灌草丛等水源涵养林和水土保持林为主。
(2)黄泛平原区摇 淄博、滨州、菏泽、德州、济宁和聊城等地市属于黄泛平原区,该地区的最大特点是森林
覆盖率低、林种结构单一,地形与土壤质地相似。 优势树种为杨树、侧柏和刺槐,并且大多是四旁树和农田防
护林。 通过选择不同的优势及乡土树种进行混合栽植,以改善森林景观的连通性、美观度以及生态系统的稳
定性和物种的多样性。 以杨树、刺槐、国槐、侧柏、泡桐、女贞、柳树、臭椿、杜仲、枫树、榆树和紫穗槐等树种的
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混交模式为主,以便于病虫害的防治和后期管理。
(3)黄河三角洲地区摇 东营市是黄河三角洲地区,其特点是地下富含石油和能源。 该地区的土壤板结且
盐碱化、森林覆盖率低、草地和灌草丛居多。 选择适合盐碱土壤生长的树种如柽柳、刺槐、黑松和灌草丛等海
岸防风固沙林为主。
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技, 2003, 5:47鄄48.
0591 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 6 March,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Quantitatively monitoring undergoing degradation of plateau grassland by remote sensing data: a case study in Maqu County,
Gansu Province, China ZHOU Jianhua, WEI Huaidong, CHEN Fang, et al (1663)……………………………………………
Using periphyton assemblages to assess stream conditions of Taizi River Basin, China
YIN Xuwang,QU Xiaodong,LI Qingnan,et al (1677)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Water-holding capacity of an evergreen broadleaf forest in Ailao Mountain and its functions in mitigating the effects of Southwest
China drought QI Jinhua, ZHANG Yongjiang, ZHANG Yiping, et al (1692)……………………………………………………
The relationship between protistan community and water quality along the coast of Qingdao
YANG Jinpeng, JIANG Yong, HU Xiaozhong (1703)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Simulation of effects of warming on carbon budget in alpine meadow ecosystem on the Tibetan Plateau
QI Weiwei,NIU Haishan, WANG Shiping,et al (1713)
………………………………
……………………………………………………………………………
Features of leaf photosynthesis and leaf nutrient traits in reservoir riparian region of Three Gorges Reservoir, China
JIE Shenglin,FAN Dayong,XIE Zongqiang,et al (1723)
…………………
……………………………………………………………………………
Spatio-temporal distribution of fish in the Pengxi River arm of the Three Gorges reservoir
REN Yuqin, CHEN Daqing, LIU Shaoping, et al (1734)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Analysis on allelochemicals in the cell-free Filtrates of Amphidinium carterae
JI Xiaoqing, HAN Xiaotian, YANG Baijuan, et al (1745)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of starvation on expression patterns of the MYP gene in Strongylocentrotus intermedius
QIN Yanjie, SUN Bolin, LI Xia, et al (1755)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Habitat selection of feral yak in winter and spring in the Helan Mountains, China
ZHAO Chongnan, SU Yun, LIU Zhensheng, et al (1762)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Using cellular automata to study patchy spread in a predator-prey system YANG Li, LI Weide (1773)………………………………
Effects of insect-resistant transgenic Bt rice with a fused Cry1Ab+Cry1Ac gene on population dynamics of the stem borers, Chilo
suppressalis and Sesamia inferens, occurring in paddyfield LI Zhiyi, SUI He, XU Yanbo, et al (1783)…………………………
Effect of spectral sensitivity and intensity response on the phototaxis of Frankliniella Occidentalis (Pergande)
FAN Fan, REN Hongmin, LU Lihua, et al (1790)
………………………
…………………………………………………………………………………
The synergistic action and UV protection of optical brightener on three different geographic isolates of Asian Gypsy Moth
Nucleopolyhedrovirus (LdMNPV) WANG Shujuan, DUAN Liqing, LI Haiping, et al (1796)……………………………………
The availability of trace elements in an oasis soil under different utilization intensity in an arid area in China
LI Haifeng, ZENG Fanjiang, GUI Dongwei, et al (1803)
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Multivariate regression analysis of greenhouse gas emissions associated with activities and populations of soil microbes in a
double-rice paddy soil QIN Xiaobo, LI Yu′e, SHI Shengwei, et al (1811)………………………………………………………
Distribution characteristics of humus fraction in soil profile for the typical regions in the Loess Plateau
DANG Ya′ai, LI Shiqing, WANG Guodong (1820)
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N2O emissions from vegetable farmland with purple soil and the main factors influencing these emissions
YU Yajun, WANG Xiaoguo, ZHU Bo (1830)
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Relationships between carbon source utilization of soil microbial communities and environmental factors in natural secondary
forest in subtropical area, China WANG Yun, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (1839)…………………………………
Numerical soil classification using fuzzy K-means algorithm and predictive soil mapping at regional scale
LIU Pengfei, SONG Xuan,LIU Xiaobing, et al (1846)
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Releasing characteristics of nonpoint source pollutants from straws under submerging condition
YANG Zhimin, CHEN Yucheng, ZHANG Yun, et al (1854)
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Effects of delayed irrigation at jointing stage on nitrogen accumulation and its allocation, and NO3 -N migration in wheat
WANG Hongguang, YU Zhenwen, ZHANG Yongli, et al (1861)
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Risk division on winter wheat suffering from spring wet damages in Jiangsu Province
WU Hongyan, GAO Ping, XU Weigen, et al (1871)
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Determination of the initial depth of water uptake by roots of steppe plants in restored and overgrazed communities, Inner Mongolia,
China GUO Yuran, WANG Wei, LIANG Cunzhu, et al (1880)…………………………………………………………………
Fine root architecture and morphology among different branch orders of six subtropical tree species
XIONG Decheng,HUANG Jinxue,YANG Zhijie,et al (1888)
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Numerical analysis of inter-specific relationships in Alpine steppe community in Bayanbulak
FANG Fei, HU Yukun, ZHANG Wei, et al (1898)
…………………………………………
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Analysis of shade-tolerance and determination of evaluation indicators of shade-tolerance in seedlings of Chrysanthemum grandiflorum
and its closely related genera SUN Yan, GAO Haishun, GUAN Zhiyong, et al (1908)…………………………………………
Effect of the parasitic Cuscuta australis on the community diversity and the growth of Alternanthera philoxeroides
WANG Rukui, GUAN Ming, LI Yonghui, et al (1917)
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Diversity and community structure of basidiomycete laccase gene from subtropical broad-leaved and coniferous forest ecosystems
based on cDNA cloning CHEN Xiangbi, SU Yirong, HE Xunyang, et al (1924)…………………………………………………
Fine root longevity and controlling factors in subtropical Altingia grlilipes and Castanopsis carlesii forests
HUANG Jinxue, LING Hua, YANG Zhijie, et al (1932)
……………………………
…………………………………………………………………………
Linear programming and optimal distribution of the forest resources based on TM remote sensing images
DONG Bin,CHEN Liping,WANG Ping,et al (1943)
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………………………………………………………………………………
Urban green space landscape patterns and thermal environment investigations based on computational fluid dynamics
LIU Yanhong, GUO Jinping,WEI Qingshun (1951)
………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Review of the ecological compensation efficiency ZHAO Xueyan (1960)………………………………………………………………
Scientific Note
The effects of petroleum exploitation on water quality bio-assessment and benthic macro-invertebrate communities in the Yellow
River Delta wetland, Dongying CHEN Kai, XIAO Nengwen, WANG Beixin, et al (1970)………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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(半月刊　 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷　 第 6 期　 (2012 年 3 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
　
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Vol． 32　 No． 6　 2012
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