“3S”技术支持下的长江上游防护林体系空间配置与结构优化
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摘要
防护林的空间配置是防护林学研究的一项重要内容，是防护林体系建设取得最佳效益的关键技术。防护林的空间配置不仅需要根据防护林林种的结构、功能和经营目标，确定防护林功能经营区和经营类型，实现分区、分类经营，而且需要在经营类型区内因地制宜地安排防护林林种，在林种中配置防护林类型。防护林的空间配置结果可为区域生态林业工程建设、森林健康经营以及低效林改造提供科学依据和决策。
本文以林业公益性行业科研专项“川中丘陵区人工柏木林健康经营技术研究”、“十一五”国家科技支撑计划重大项目“长江上游防护林体系空间配置与结构优化技术研究”和“川中丘陵区坡耕地整治和农林结构优化技术集成与示范”紧密结合，以长江上游具有典型代表性的平通河流域（中尺度）和官司河小流域作为研究对象，充分运用“3S”技术，以削洪增枯、水源涵养、减少水土流失以及增加长防林工程区农民经济收入为目标，对两个流域的防护林体系进行空间配置和结构优化。论文的主要研究内容和取得的主要成果如下：
（1）运用物元模型和层次分析法模型，辅助以“3S”技术分别对平通河流域和官司河流域的防护林进行了质量评价和健康评价。初步建立了一套基于“3S”技术的流域防护林健康或质量评价技术方法。
首先利用GPS作为野外调查的辅助工具，采集解译标志；再利用遥感影像客观地获取流域的地表信息，在此基础上获取防护林体系的土地利用现状和防护林分布现状信息；最后在GIS技术的支持下，利用物元模型和层次分析法进行流域防护林的健康或者质量水平评价。“3S”技术在信息获取、处理与分析方面具有较强的的客观性，从而使评价结论更加切合实际。
（2）将“3S”技术运用到区域最佳森林覆盖率的确定研究。
区域尺度防护林空间配置解决的主要一个问题是在区域尺度上,森林植被覆盖率达到多少才能够满足区域发展的需求。国内学者提出以最佳森林覆盖率为指标的区域防护林空间配置的方法。本文对公式进行了改进。首先利用“3S”技术对区域森林进行健康或者质量评价，将评价结果落实到每一个地块并确定其每一个等级的面积，最后对最佳森林覆盖率的变量进行面积加权，从而获取区域适宜森林覆盖率，使计算结果更加合理、科学，为下一步进行防护林的空间配置提供了依据。
（3）总结出一套“3S”技术支持下的防护林空间配置及结构优化技术体系。利用“3S”，首先对研究区的防护林进行健康或质量或土地利用适宜性评价，进而确定该区域的适宜森林覆盖率，然后利用数学模型进行防护林结构优化，最后通过分析大量野外调查资料，在GIS下进行空间配置，丰富了防护林学研究的技术方法。
（4）区域防护林适宜植被类型和结构的确定是防护林体系研究和建设的重点及难点。在分析大量野外调查数据的基础上，利用数学模型提出了代表长江上游不同地貌经济区的适宜防护林植被类型和林分结构，为防护林工程建设和低效林改造提供了科学依据。
（5）系统地提出了代表四川盆地以北的长江上游山地丘陵区防护林林分结构定向调控技术
针对四川盆地以北的长江上游山地丘陵区内主要的三种低效林—柏木纯林、马尾松纯林和松柏混交林，针对这三种类型的林分郁闭度、林下灌木、草本盖度等，提出了“开窗补阔”和“生态疏伐”两种调控技术。并对调控后的效果进行了对比分析，选择提出了改造后林下补植的阔叶树种，为长防林工程建设、低效林改造以及森林健康经营提供科学依据。
The spatial allocation is an important content of protection forest research, andthe key technology to achieve optimal benefits of protection forest systemconstruction. The spatial allocation of protection forest needs not only division offunction and management models according to forest category structure, function andthe management goal, but also rational arrangement of forest category and foresttypes on the basis of site condition. The results of protection forest spatial allocationwill provide scientific reference for regional ecological forest project and decisionmaking for improvement of low yield and low function forests.
The study was combined to the public special forestry research project in forestryHealth Management of Cypress Plantations in Central Sichuan Hilly Areas, theeleven-fifth key national research projects Optimization of Spatial Allocation andStand Structure of Protection Forest Systems in the Upper Reach of Yangtze River,and Renovation of Sloping Farmland and Optimization of Agro-forestry Structure inCentral Sichuan Hilly Areas.Taking the two typical watersheds-Pingtong river andGuansi river as objects of study, taking flood control, water conservation, increase ofriver runoff in poor rainfall season and enhancement of forest farmers' income as thetarget, the spatial allocation and structural optimization of protection forest system inthe two watershed were carried out through "3S" technology. The paper mainlyresearch content and the main achievements were made as following:
(1)Using matter-element model and AHP model, aided by "3S" technology, the quality and health condition of protection forests in Pingtong river and Guansi riverwere evaluated. A set of watershed protection forest health or quality evaluationtechnique system was initially established.
Firstly, the GPS was used as the auxiliary tool in field investigation, collection ofinterpretation marks; land surface information was objectively gotten through remotesensing image. On the basis of above information, land use status and the distributionof protection forest was gained. Finally, under the support of GIS technology andusing mathematical model, the watershed protection forest health or quality level wasassessed."3S" technology is very useful in information acquisition, processing andanalysis, thus makes evaluation conclusion more practical.
(2)"3S" technology was applied to the determination of the best forest coveragearea.
The objective of regional scale spatial allocation of the main protection forestswas to solve the forest coverage rate, that is, how much forest could meet the needs ofthe comprehensive development of the region. Some Chinese scholars took the bestforest coverage rate as an index to determine the regional spatial allocation ofprotection forests. This paper firstly used "3S" technology for health or qualityevaluation of the regional forest, evaluation result was fulfilled to each plot and thearea of each quality level was determined; finally, the weighted area was used tocalculate the suitable forest coverage rate, the result of calculation is more rationaland scientific, and could provide the basis for further protection forest spatialallocation.
(3) A set of "3S" technology for protection forest spatial allocation and structuraloptimization technology system was summarized. The "3S"was used to study thehealth or quality or land use suitability, then the suitable forest coverage wasdetermined and optimization of protection forest structure was implemented throughmathematical model. Through analysis of the field data, spatial allocation was carriedout under GIS support, this richened the research techniques for protection forestscience.
(4)Regional protection forest vegetation type and structure was the key issues forresearch and construction of protection forest system. On the analysis of the fieldsurvey data and using mathematical model, protection forest vegetation types and thestand structure was put forward respectively, which represented different landscapeand economic regions in the upper Yangtze river; this result offered scientific basisfor protection forest construction and improvement of low yield and low function forest.
(5)Protection forest structural regulation technology in the upper Yangtze riverHilly region of North of sichuan basin was systematically put forward.
In the researched area, there were three kinds of low yield and low functionforests, that is, pure cypress forests, pure pine forests and pine-cypress mixed forest.On the basis of canopy density, coverage of shrubs and grasses,"Open-and-beatingwith broad-leafed species and ecological thinning technology were put forward.Besides, the effect after regulation was analyzed. This result will provide scientificbasis for protection forest project construction, improvement of low yield and lowfunction forest, and forest health management.
本文以林业公益性行业科研专项“川中丘陵区人工柏木林健康经营技术研究”、“十一五”国家科技支撑计划重大项目“长江上游防护林体系空间配置与结构优化技术研究”和“川中丘陵区坡耕地整治和农林结构优化技术集成与示范”紧密结合，以长江上游具有典型代表性的平通河流域（中尺度）和官司河小流域作为研究对象，充分运用“3S”技术，以削洪增枯、水源涵养、减少水土流失以及增加长防林工程区农民经济收入为目标，对两个流域的防护林体系进行空间配置和结构优化。论文的主要研究内容和取得的主要成果如下：
（1）运用物元模型和层次分析法模型，辅助以“3S”技术分别对平通河流域和官司河流域的防护林进行了质量评价和健康评价。初步建立了一套基于“3S”技术的流域防护林健康或质量评价技术方法。
首先利用GPS作为野外调查的辅助工具，采集解译标志；再利用遥感影像客观地获取流域的地表信息，在此基础上获取防护林体系的土地利用现状和防护林分布现状信息；最后在GIS技术的支持下，利用物元模型和层次分析法进行流域防护林的健康或者质量水平评价。“3S”技术在信息获取、处理与分析方面具有较强的的客观性，从而使评价结论更加切合实际。
（2）将“3S”技术运用到区域最佳森林覆盖率的确定研究。
区域尺度防护林空间配置解决的主要一个问题是在区域尺度上,森林植被覆盖率达到多少才能够满足区域发展的需求。国内学者提出以最佳森林覆盖率为指标的区域防护林空间配置的方法。本文对公式进行了改进。首先利用“3S”技术对区域森林进行健康或者质量评价，将评价结果落实到每一个地块并确定其每一个等级的面积，最后对最佳森林覆盖率的变量进行面积加权，从而获取区域适宜森林覆盖率，使计算结果更加合理、科学，为下一步进行防护林的空间配置提供了依据。
（3）总结出一套“3S”技术支持下的防护林空间配置及结构优化技术体系。利用“3S”，首先对研究区的防护林进行健康或质量或土地利用适宜性评价，进而确定该区域的适宜森林覆盖率，然后利用数学模型进行防护林结构优化，最后通过分析大量野外调查资料，在GIS下进行空间配置，丰富了防护林学研究的技术方法。
（4）区域防护林适宜植被类型和结构的确定是防护林体系研究和建设的重点及难点。在分析大量野外调查数据的基础上，利用数学模型提出了代表长江上游不同地貌经济区的适宜防护林植被类型和林分结构，为防护林工程建设和低效林改造提供了科学依据。
（5）系统地提出了代表四川盆地以北的长江上游山地丘陵区防护林林分结构定向调控技术
针对四川盆地以北的长江上游山地丘陵区内主要的三种低效林—柏木纯林、马尾松纯林和松柏混交林，针对这三种类型的林分郁闭度、林下灌木、草本盖度等，提出了“开窗补阔”和“生态疏伐”两种调控技术。并对调控后的效果进行了对比分析，选择提出了改造后林下补植的阔叶树种，为长防林工程建设、低效林改造以及森林健康经营提供科学依据。
The spatial allocation is an important content of protection forest research, andthe key technology to achieve optimal benefits of protection forest systemconstruction. The spatial allocation of protection forest needs not only division offunction and management models according to forest category structure, function andthe management goal, but also rational arrangement of forest category and foresttypes on the basis of site condition. The results of protection forest spatial allocationwill provide scientific reference for regional ecological forest project and decisionmaking for improvement of low yield and low function forests.
The study was combined to the public special forestry research project in forestryHealth Management of Cypress Plantations in Central Sichuan Hilly Areas, theeleven-fifth key national research projects Optimization of Spatial Allocation andStand Structure of Protection Forest Systems in the Upper Reach of Yangtze River,and Renovation of Sloping Farmland and Optimization of Agro-forestry Structure inCentral Sichuan Hilly Areas.Taking the two typical watersheds-Pingtong river andGuansi river as objects of study, taking flood control, water conservation, increase ofriver runoff in poor rainfall season and enhancement of forest farmers' income as thetarget, the spatial allocation and structural optimization of protection forest system inthe two watershed were carried out through "3S" technology. The paper mainlyresearch content and the main achievements were made as following:
(1)Using matter-element model and AHP model, aided by "3S" technology, the quality and health condition of protection forests in Pingtong river and Guansi riverwere evaluated. A set of watershed protection forest health or quality evaluationtechnique system was initially established.
Firstly, the GPS was used as the auxiliary tool in field investigation, collection ofinterpretation marks; land surface information was objectively gotten through remotesensing image. On the basis of above information, land use status and the distributionof protection forest was gained. Finally, under the support of GIS technology andusing mathematical model, the watershed protection forest health or quality level wasassessed."3S" technology is very useful in information acquisition, processing andanalysis, thus makes evaluation conclusion more practical.
(2)"3S" technology was applied to the determination of the best forest coveragearea.
The objective of regional scale spatial allocation of the main protection forestswas to solve the forest coverage rate, that is, how much forest could meet the needs ofthe comprehensive development of the region. Some Chinese scholars took the bestforest coverage rate as an index to determine the regional spatial allocation ofprotection forests. This paper firstly used "3S" technology for health or qualityevaluation of the regional forest, evaluation result was fulfilled to each plot and thearea of each quality level was determined; finally, the weighted area was used tocalculate the suitable forest coverage rate, the result of calculation is more rationaland scientific, and could provide the basis for further protection forest spatialallocation.
(3) A set of "3S" technology for protection forest spatial allocation and structuraloptimization technology system was summarized. The "3S"was used to study thehealth or quality or land use suitability, then the suitable forest coverage wasdetermined and optimization of protection forest structure was implemented throughmathematical model. Through analysis of the field data, spatial allocation was carriedout under GIS support, this richened the research techniques for protection forestscience.
(4)Regional protection forest vegetation type and structure was the key issues forresearch and construction of protection forest system. On the analysis of the fieldsurvey data and using mathematical model, protection forest vegetation types and thestand structure was put forward respectively, which represented different landscapeand economic regions in the upper Yangtze river; this result offered scientific basisfor protection forest construction and improvement of low yield and low function forest.
(5)Protection forest structural regulation technology in the upper Yangtze riverHilly region of North of sichuan basin was systematically put forward.
In the researched area, there were three kinds of low yield and low functionforests, that is, pure cypress forests, pure pine forests and pine-cypress mixed forest.On the basis of canopy density, coverage of shrubs and grasses,"Open-and-beatingwith broad-leafed species and ecological thinning technology were put forward.Besides, the effect after regulation was analyzed. This result will provide scientificbasis for protection forest project construction, improvement of low yield and lowfunction forest, and forest health management.
引文
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