劉 菊

(山西省林業(yè)科學研究院，山西 太原 030012)

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基于GIS的林地郁閉度測定方法研究

劉 菊

(山西省林業(yè)科學研究院，山西 太原 030012)

為了探究一種精度高、成本低的林地郁閉度測定方法，筆者提出了基于GIS的樹冠投影法，從測定方法的精準度和測定時間2個方面對傳統(tǒng)樹冠投影法和基于GIS的樹冠投影法進行了比較。結果表明：將GIS系統(tǒng)與樹冠投影郁閉度測量方法相結合，既保證了郁閉度的測量精度，又提高了工作效率。關鍵詞： 樹冠投影法； 郁閉度； GIS

郁閉度是描述森林系統(tǒng)狀態(tài)與環(huán)境指標的重要特征之一，指森林中喬木樹冠遮蔽天空的程度，即單位面積上立木樹冠投影面積之和與該林地面積之比。其常被作為控制擇伐和間伐強度以及富裕采伐強度的指標，也是區(qū)分未成林造林地、有林地和疏林地的指標之一，在森林經(jīng)營中具有極其重要的作用。近年來，郁閉度的測定方法隨著應用研究的逐漸深入而得到了完善和發(fā)展。趙彤堂等在研究郁閉度的測定方法時，通過對3種測定方法進行比較，最終確定以郁閉度測定器法為最優(yōu)方法，其結果的相對誤差較小；樣點抬頭觀測法和樹冠投影法的結果誤差與郁閉度測定器法相比有±3%的誤差。李永寧等在郁閉度測定相關研究中綜述了約14種不同的郁閉度測量與計算方法。吳宇昕在郁閉度的調(diào)查方法研究中總結出了樹冠投影法、測線法、統(tǒng)計法、目測法和比較法等5種方法，其中樹冠投影法、測線法和統(tǒng)計法合稱為實測法，目測法和比較法合稱為目測法。在諸多郁閉度調(diào)查方法中，樹冠投影法計算郁閉度比較準確，步驟為：選擇待測林木，將林木定位；然后測量其冠幅(即樹冠邊緣到樹干的水平距離)，為保證測量的精確度，要求分別從幾個不同的方位進行測量；在圖紙上標繪樹冠投影(按照一定的比例)；最后，計算出林冠投影的總面積(去除相鄰樹冠互相遮蔽部分的影響)，其與整塊林地面積的比值，即為郁閉度。

隨著RS，GIS，GPS技術迅速發(fā)展，3S技術在森林郁閉度測定中得到了廣泛的應用。筆者在實際工作中，將實地調(diào)查的數(shù)據(jù)導入GIS系統(tǒng)，利用其空間分析功能，將每木位置進行定位，并計算每木投影面積，使傳統(tǒng)的樹冠投影法得到改進，進而實現(xiàn)了森林郁閉度的簡潔快速測算。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

試驗數(shù)據(jù)來源于2014年山西省森林生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡調(diào)查結果。調(diào)查樣方位于太原市森林公園西山林場，地理坐標為 35°51′10″ N， 112°17′3″ E. 樣方面積1 hm2，劃分為25個20 m×20 m的標準樣地。隨機抽取其中1個標準樣地的林木調(diào)查數(shù)據(jù)作為分析材料。

1.2 研究方法

在野外標準地(20 m×20 m)內(nèi)先將林木定位，用皮尺和羅盤儀測定東西方向、南北方向的冠幅值，并記錄數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)錄入計算機，保存為 Excel文件；將Excel數(shù)據(jù)導入GIS 10.0軟件；在空間分析模塊下，計算出標準地林冠的投影面積。該投影面積與標準地的面積之比，即為該林地的準確郁閉度。

2 操作流程分析

在GIS平臺下的樹冠投影法測定林分郁閉度，操作步驟較為簡單，主要是：

1) 將調(diào)查的每木位置及冠幅數(shù)據(jù)輸入計算機，數(shù)據(jù)內(nèi)容增加"冠幅半徑"并計算出相應結果，保存為Excel表格文件。調(diào)查的每木位置及冠幅數(shù)據(jù)，見表1.

表1 標準地內(nèi)每木調(diào)查數(shù)據(jù)

2) 根據(jù)坐標數(shù)據(jù)X，Y字段，將Excel表格導入GIS系統(tǒng)，保存為shp點文件，生成相對于原點(0，0)的每木位置圖。標準地每木位置圖，見圖1.

圖1 標準地每木位置

圖2 標準地林冠的投影面積

3) 在ArcMap操作下，利用其緩沖功能，以每木位置為圓心，以冠幅為半徑做緩沖(見圖2)，并保存為shp面文件。然后打開shp面文件屬性表，添加字段“投影面積”，并自動計算面積，統(tǒng)計面積之和為緩沖區(qū)面積，即林冠投影面積，用Sc表示。林冠投影面積統(tǒng)計結果，見表2.

表2 標準地內(nèi)每木樹冠投影面積自動計算 m2

4) 郁閉度計算

郁閉度的計算公式為：

Pc=Sc/Sr.

式中:Pc——標準地的郁閉度；Sc——林冠投影面積,m2；Sr——標準地總面積,m2.

本研究中標準地總面積為400.00 m2，林冠投影面積為132.40 m2.經(jīng)計算，此標準地林分郁閉度為0.33.由每木調(diào)查結果可知，樹冠投影面積為157.90 m2，則可進一步計算出標準地的樹冠重疊度為1.19，即林分中樹冠投影面積之和與林冠投影面積(去除重疊部分)的比值。

3 與傳統(tǒng)樹冠投影法的比較

基于GIS的樹冠投影法與傳統(tǒng)樹冠投影法的野外工作內(nèi)容相同，郁閉度的計算方法不同，通過對2種郁閉度測定方法的精度和測定時間進行比較，結果見表3.

表3 樹冠投影法測定結果比較

由表3可以看出，基于GIS的樹冠投影法其測定結果精準度較高，通過計算機軟件自動計算樹冠投影面積是提高精準度的關鍵。相反，傳統(tǒng)樹冠投影法在實施過程中，受人為因素影響較多，測定者的經(jīng)驗等對研究結果影響較大，很難滿足精度上的要求。同時，基于GIS的樹冠投影法使工作效率得到了明顯提高，傳統(tǒng)樹冠投影法的測定時間是基于GIS的樹冠投影法的10倍以上?？梢?，將GIS與樹冠投影相結合測定林地的郁閉度，既保證了測量的精度，又提高了工作效率。

4 結論與討論

4.1 結論

由于林木在自然生長時冠幅多呈現(xiàn)不規(guī)則的幾何形狀，且存在著不同程度的樹冠重疊和空隙，導致冠幅難以測定。傳統(tǒng)冠幅測量依靠人眼來判斷，人為主觀性造成的測量誤差較大。通過對基于GIS的樹冠投影法與傳統(tǒng)樹冠投影法進行比較，結果表明，基于GIS的樹冠投影法，不僅明顯提高了測定林地郁閉度的效率，也提高了郁閉度測量的精準度。同時，基于GIS的樹冠投影法也可用于蓋度的測定和植物葉面積的精確測定。

4.2 討論

基于GIS的樹冠投影法計算時沒有去除林冠超出地界線部分的面積，因為相鄰標準地內(nèi)的林冠層同樣也有可能會延伸到本標準地，筆者認為兩部分的影響互相抵消。

郁閉度的測定方法沒有絕對最準確的，基于GIS的樹冠投影法也只是準確度相對較高。因此，為了減少觀測誤差，測量者應選擇最佳觀測點并保持視線垂直向上，盡量選擇多處典型位置的冠幅進行測量。測量點越多測量結果越接近真實冠幅，也可多次測量以均值作為測定結果，測量誤差明顯降低。但在實際調(diào)查中，由于調(diào)查方法不同、林分類型不同，導致郁閉度的計算精度有所差異。所以，選擇適合的方法是郁閉度精準調(diào)查的前提。對于林分密度和林木高度對郁閉度測量結果的影響以及如何降低這種影響，仍需進行更深入的研究和探討。

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Measurement Method of Forest Land Canopy Density Based on GIS

Liu Ju

(ShanxiAcademyofforestrySciences，Taiyuan030012，China)

This study provided a new method to measure the canopy density, which was high accuracy and low cost. It presented the crown projection method based on GIS, and compared crown projection and crown projection based on GIS from accuracy and measuring time. The results showed that combining the method of measuring crown projection canopy density with GIS, both to ensure the measurement accuracy, and improve work efficiency.

Crown projection method; Canopy density; GIS

2015-03-21

山西省煤炭可持續(xù)發(fā)展基金(GHY-2013-J68)

劉 菊(1982— )，女，山東成武人，2009年畢業(yè)于山西大學，工程師。

S758.58

A

1007-726X(2015)02-0033-03