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第２４卷第１期 ２００８年１月 森林工程 Ｖｏ１．２４ Ｎｏ。１ Ｆ０ＲＥＳＴ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊａｎ．．２００８ 基于ＧＩＳ的岷江上游植被特征研究 倪春迪，殷晓伟，罗传文 （东北林业大学，哈尔滨１５００４０） 摘要：基于ＧＩＳ技术，探索岷江上游植被空间格局与地形因子（高程、坡度、坡向等）之间的关系，得 出不同地形地貌区的植被分布特征。研究表明，不同地形地貌区植被的分布状况不同，各种植被因受地形、水 份等因素影响而具有一定的分布特征，ＧＩＳ技术在植被空间分异研究中有很大的应用前景。 关键词：ＧＩＳ；ＤＥＭ；岷江上游；植被；空间格局；景观指数 中图分类号：Ｑ９４８．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—００５Ｘ（２００８）０１—０００１—０４ Ｒｅｓｅ．ａｒｄａ Ｏｎ Ｃｈａｒａ￣ｒｉｓｔｉｅｓ ｏｆ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｕｐｐｅｒ Ｒｅａｃｈｅｓ ｏｆｔｈｅ Ｍｉｎ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｅｄ ０１１ ＧＩＳ Ｔｅｄｍｉｑｕ￣，／Ｎｉ Ｃｈｕｎｄｉ， Ｙｉｎ Ｘｉａｏｗｅｉ，Ｌｕｏ Ｃｈｕａｎｗｅｎ（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００４０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｅｒｒａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ，ｇｒａｄｉｅｎｔ，ａｎｄ ａｓ— ｐｅｃｔ ｅｔｃ．ｉｎ ｕｐｐｅｒ ｒｅａｃｈｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎ Ｒｉｖｅｒ＇ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉ— ｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｖａｒｉｏＬ１ｓ ｐｈｙｓｉｏｇｎｏｍｙ ａｒｅａｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ｔｈｅｉｒ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉ￣ｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｒｒａｉｎ，ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｅｔｃ．，ａｎｄ ＧＩＳ ｈａｓ ａ ｇ００（ｊ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｌｎｄｓｃａｐａｅ ｅｃｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＧＩＳ；ＤＥＭ；ｕｐｐｅｒ ｒｅａｅｂｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎ Ｒｉｖｅｒ；ｓｐａｔｉａｌ ｐａｔｔｅｒｎ；ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｉｎｄｉｃｅｓ 植被是一个地区植物群落的总体，是对生态 环境因素的综合反映。由于环境因素（诸如地貌、 １研究概况 １．１研究区域概况 气候、土壤等）分布的不规则性和复杂性，导致植 被分布的空间异质性。植被格局的变化可以引起该 地区自然条件、生物种类的变化，进而影响到人类 的生产与生活，与人类的生产活动紧密相关。格局 分析的目的就是研究那些人们无法直接判定的植被 的分布特征，自从Ｇｒｅｉｇ－－－Ｓｍｉｔｈ提出格局分析的概 岷江是长江重要支流之一，生物多样性丰富而 独特，是世界生物多样性的热点地区，是我国生物 多样性保护的关键和优先地区。岷江上游地处四川 盆地的丘陵山地，向川西北高原的过渡地带，属青 藏高原东缘高山峡谷区。区域位置在北纬３０。４５ ～ ３３。ｏ９ ，东经１０２。３５ ～１０３。５６ 之间（如图１），包 念以来，产生了等级方差分析、谱分析及小波分析 等很多有效的格局分析方法，能够解释格局存在的 规模、强度或位置。但是对于完整认识植被空间格 括都江堰区首以上松潘、黑水、理县的全部以及汶 川、茂县的部分地区，流域干流全长３３７ ｋｍ，面 积约为２１２万ｋ 。海拔差异悬殊，加之干旱河谷 局来说，光靠这些是不够的，ＧＩＳ技术的出现为植 被空问格局分析提供了新的手段和方法。 这一特殊地貌的存在，使流域内的生态环境较为复 杂。与生态环境的多样性相适应，区域内的植被类 型也反映出了极大的丰富性。沿高程有明显的垂直 本文以四川岷江上游为例，以ＤＥＭ数据为基 础，对岷江上游植被类型、土地覆被类型进行划 分，并结合高程、坡度、坡向等地形因子及景观指 数等环境因子，基于“ＧＩＳ”空间地理信息系统的 技术，对岷江上游植被格局及其与环境之间的关系 进行分析 、 收稿日期：２００７—１０—２０ 基金项目：国家基础研究重点规划项目（２００２ＣＢ１ １ １５０４）；国家 “十一五”科技支撑项日（２００６ＢＡＤ０３Ａ０４０４） 第一作者简介：倪春迪（１９８３一），女，黑龙江哈尔滨人，硕士 研究生。研究方向：“３Ｓ”技术。 图１研究区地理位置 维普资讯 http://www.cqvip.com
２ 森林工程 第２４卷 地带性，由下至上具有亚热带、温带、亚高山和高 １５．４５％，包括亚热带和热带山地针叶林、温带针 山寒带等多样化气候。植被垂直带分布明显，表现 出明显的温性森林、干旱河谷灌丛、亚高山森林、 亚高山草甸、灌丛等生态类型。同一海拔高度的范 围内，由于不同坡向所引起的水热分配状况不同， 导致阴坡森林多，阳坡草坡多。 １．２数据来源 本研究基于１：１００万中国植被图，ＴＭ遥感解 日ｔ林；阔叶林和针阔混交林分别占流域面积的 ４．２ｌ％和８．７８％；沼泽占４．６８％。 植被类型 译土地利用图及１：４０万地形 。ＤＥＭ数据，为了 研究植被空间格局特征与地形因子的关系，本研究 选择了ＤＥＭ作为高程数据。由于目前我国最为常 用的是以等高线地形图为基础生成的ＤＥＭ，我国 基础地理数据库中各级比例尺ＤＥＭ均是在对相应 比例尺的地形图进行等高线数字化的基础上建成。 因此，本文主要基于等高线建立ＤＥＭ数据来探讨 岷江上游植被空间格局问题。 １．３研究方法 利用数字高程模型（ＤＥＭ）生成坡度、坡向 图 依据ＩＧＢＰ分类标准将岷江上游植被划分为针 叶林、阔叶林、针阔叶混交林、灌丛、草丛、草 甸、高山植被和沼泽等８类。基本空间分析方法如 下： 在应用地理信息系统软件空间分析功能进行植 被空间格局研究中，利用了很多常见的空间数据分 析处理方法，如空问查询与检索，空间包含缓冲区 分析、叠加分析和聚类聚合分析等。 ２岷江上游植被特征分析 通过多年的研究表明，影响植被分布的因子有 气温、湿度、降雨量、径流、海拔高度、日照、土 壤和坡向等，本研究选取 其中重要的几个因子： 海拔、土壤和坡度进行研究。 ２ １岷江上游植被地理分布特征分析 植被地理分布参照如图２，分析表明（如图 ３），岷江上游植被面积占９５ ３２％，在整个研究区 域中，草地（草丛和草甸）为岷江上游第一大植被 类型，占流域面积的３２ ２７％；灌丛是岷江上游覆 盖植被的第二大类型，占流域面积的３１．８５％，分 为稀疏灌丛和郁闭灌丛，具体包括亚高山落ＵｆｌＮｎｆ 灌丛、亚高山革质常绿阔叶灌丛、温带落叶灌丛、 亚热带、热带常绿阔叶、落叶灌丛（常含稀树）； 岷江上游的森林主要分布在卧龙自然保护区、米亚 罗和镇江关以上区域，约占流域面积的２８．４４％， 其中针叶林所占比例最大，占流域面积的 凰圈沼泽 灌丛 草丛 图草甸 翻针叶林 圈针阔叶混交林林 阔叶林 图２岷江上游植被分布图 圆面积，ｋｍ２ ～ 一比例％ ３５ ＼ ： ３０ ２５２Ｏ丑 恒 １Ｏ ｌ丑 ‘固． ５ 。 ＿ ｌ５ Ｏ 图３植被类型 综上所述，岷江上游的森林、草地、灌丛间的 分布面积比例间差异不大，其中灌丛为主要优势植 被类型。 ２ ２植被与土壤类型的关系分析 植被的分布与土壤类型密切相关，将栅格化植 被类型分布图与栅格化土壤分布图进行叠加分析， 计算每种土壤在每种植被类型上的分布数量，以每 种土壤在不同植被类型的分布百分比表示该土壤类 型上的生长适宜程度（如图４）。针叶林对应的土 壤类型主要为酸性棕壤土和暗棕壤土，二者在针叶 林中的分布比例分别为２７．８２％和２６．６９％。阔叶林 以酸性棕壤土为主，分布比例为３８．５６％。混交林 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期 倪春迪等：基于ＧＩＳ的岷江ｌ卜游值被特征研究 ３ 以酸性棕壤土和石灰性褐土为主，分布比例分别为 ３５．７５％和２２．１１％。郁闭灌丛以酸性棕壤和暗棕壤 为主，分布比例分别为２９ １３３％和２１．６３％。稀疏 灌丛以高山草甸土和石灰性褐土为主，比例为 ２８．５２％和２４．０７％。草地主要以高山草甸土和亚高 表征着土壤的发育方向及相应的土壤类型特征。 表１土壤类型面积 ｈｍ２ Ｉ』Ｉ草甸土为主，比例为３４．６０％和３１ １９２％。高山 草甸以高山草甸土为主，比例为５０．２７％。农｝Ｈ以 灰性褐土为主，比例高达６１．１ｌ％。其他土壤类 型包括赤红壤、沼泽土、裸岩、黄色石灰、暗褐 土、恢化棕色针叶林土、酸性紫色土和泥炭沼泽土 等，由于面积相对较少，归结为其他土壤类型。表 １为各土壤所占面积。植被分布与土壤分布联系性 表现在：植被是土壤生境条件的综合反映，同时也 ７０ ６０ ＋＋＋针叶林 阔叶林 混交林 ５０ ４０ －＊－郁闭灌丛 —奁３０ ２０ １０ ＊，＿一稀疏灌丛 草地 ＋—十一高ＩＩｊ草甸 农田 一０ ２．３植被格局特征的地形分异 高程、坡度和坡向是衡量地形的３个主要属性 垂直性格局分异、坡度性格局分异、坡向性格局分 异等。 ２．３．１植被的垂直性格局分异 特征，也是决定植被生境其他要素分异（如土壤、 小气候和水文等）的主导因子。地形影响一方面可 以表现在植被垂直带谱、群落分布和种群分布等不 同生物组建层次上。另一方面，也可以表现在生物 多样性分布、群落结构甚至物种的能量结构上，是 植被空间分异的主要网子？此外，地形分异还对人 地球表面高低起伏、崎岖不平，由于随高度的 变化，气温、土壤、含水量、土壤有机质含量、光 照、水份等都有逐渐变化的趋势，植被在一定的水 平位置范围，也随高程呈现一定的规律性变化。 为研究岷江上游植被垂直性格局分异，根据岷 为活动产生显著的影响，在弄清植被地形分异的基 础卜，了解生物资源的空问分布规律，以便进行合 理的开发利用，或根据人为活动的地形分异特点及 江上游高程值处于４５０～５ ９４１ ｎｌ之问，高程落差约 为５ ４９１ ｎｌ，以岷江上游植被图和数字高程模型为 基础数据利用ＧＩＳ软件进行叠加分析，提取每类植 影响后果，制定适宜的生态保护与管理对策，促进 生态恢复与建设。 本节将利用植被图和ＤＥＭ数据进行分析，建 立起样区内植被类型在高程、坡度和坡向上的分布 系列，以期真实反映植被地形分异特征。主要包括 被的高程信息，并利用其自统计功能，算出每类植 被的平均高程信息，如图５所示。 各类植被的平均高程分布表现出一定的规律 性，各种植被类型对应的环境因子的区间是不同 的，其中植被分布的高程梯度较为明显，高山植被 维普资讯 http://www.cqvip.com ４ 森林工程 第２４卷 和草丛高程较高，平均为４ １３２．７５ ｍ和３ ９３３．３４ 分布较为分散的植被类型，平均海拔在３ ０００— ｍ；针阔混交林平均高程为２ ５９０．９２ ｍ；阔叶林主 ３ ３００ ｍ之间。 要集中于卧龙地区，平均海拔为２ ０３３．３４ ｍ；其他 ∞ 柏 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ｏ ｌ Ｏ ｊ粤 １．５ｅ＋１０ １ ｛９｛ｌ 褪 目 辎 １．０ｅｍ ：ｉ 靶 ｇ ５ ０．５ｅ＋１０ ｌ ６ ｌ ７ Ｏ．０ｅ＋１０ ’８ 植被类型 图５高程与植被关系图 ｌ一草甸，２一沼泽，３一针叶林，４一灌丛，５一阔叶林，６一针阔叶混交林，７一草丛 ８一高山植被，０一其它植被；线状图为植被在高程范围内的面积 ２．３．２植被的坡度性格局分异 能，提取岷江上游坡度图层，通过提取坡度图，可 坡度作为地形的一个基本因子，它可以通过调 以看出岷江上游的坡度在０ｏ～４２．０７８。之间，采用 节太阳辐射、水分等自然要素的分配，间接影响植 叠加分析方法提取每一分区对应的植被信息，并利 被的分布。另一方面，坡度的不同使得人类活动对 用ＧＩＳ软件的自统计功能，得出植被的平均坡度。 植被干扰程度不同，从而也影响到植被格局的形成 如图６所示。 和变化。本节利用ＧＩＳ软件中的自动提取坡度功 ５０ ４０ ｌ Ｏ １ ３Ｏ 娶：：２ ２Ｏ §５ １Ｏ ０．５ｅ＋９ ｌ ６ ｌ ７ Ｏ ０．０ｅ＋Ｏ０ ・８ 植被类型 图６植被与坡度关系图 ｌ一草甸，２一沼泽，３一针叶林，４一灌丛，５一阔叶林，６一针阔叶混交林，７一草丛 ８一高山植被，０一其它植被；线状图为植被在坡度范围内的面积 各类植被中，沼泽平均坡度最小，为 （１）植被与土壤的关系。植被分布与土壤分布 １０．７８５ ３。。其次为草丛、针阔叶混交林，平均坡度 联系性表现在：植被是土壤生境条件的综合反映， 分别为２５．５５。和３８．０１。，其他类植被和这三类植被 同时也表征着土壤的发育方向及相应的土壤类型 的平均坡度相比，差异较大，平均坡度从小到大依 特征。 次为沼泽、草丛、针阔叶混交林、草甸、阔叶林、 （２）植被高程范围表现出一定的规律性。阔叶 针叶林、灌丛和高山植被。 林、针阔叶混交林、草丛、高山植被表现尤为明 ３结论 显；各类植被都有一定的高程生存幅度。 本文利用ＧＩＳ空间分析技术和景观生态学理论 （３）各类植被的坡度分异规律都很强；草丛与 和方法，对岷江上游植被空间格局进行了挖掘和分 高山植被尤为明显。 析，总结整篇论文，得出以下结论： （下转第９页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期 王唤良：基于属性识别模型的森林火险等级综合评价 ２１（２）：６—７． ９ 综合评判不能比较更细微的火险程度的问题。属性 识别模型由于概念清楚、数学理沦严谨，其评价结 果更能客观地反映森林火险的实际情况，能计算出 ６］拿艳梅．基于承灾体的ｌ｝ｌ困森林火灾危险性评价［Ｊ］．北京帅 范大学学报（自然科学版），２００５，４１（１）：９２—９５． ［７］谷建才，陆贵巧，吴斌，等．八达岭森林健康示范区森林火 险等级区划的研究［Ｊ］．河北农业大学学报，２００６，２９（３）： ４６—４８． 各评价样本的评分值，使样本排序成为可能。由属 性识别模型理论表明，该方法适用于林业上根据各 种因子数据评价“强弱”、“程度”和“等级”等问 ［８］于化锋，邹［９］关文忠，韩军，赵晓东，等．基于二级Ｆｕｚｚｙ综合评判的林 丹．森林火险等级的模糊综合评判［Ｊ］．森林工 题。但是，对于各指标（如火线因子）权重的确定 以及如何更科学地建立属性测度模型，有待于各地 区“因地制宜”的确定和专家学者更多地实践探讨 和研究 木火险等级的划分［Ｊ］．内蒙古林业科技，２００２（１）：２７—２８． 程，２００４，２０（３）：１７—１９． ［１０］程乾生．属性识别理论模型及其应用［Ｊ］．北京大学学报 （自然科学版），１９９７，３３（１）：１２—２０． 【参１］易浩若，纪考文献】 ［１１］程乾生．质量评价的属性数学模型和模糊数学模型［Ｊ］．数 理统计与管理，１９９７，１６（６）：ｌ８—２３． 平，覃先林全囤森林火险预报系统的研究与运 ［１２］程乾生．属性数学～属性测度和属性统计［Ｊ］．数学的实践 与认识，１９９８，２８（２）：９７—１０７． 行［Ｊ］．林业科学，２００４，４０（３）：２０３—２０６． ２］康永祥，张景群，李登武．秦岭中段北坡主要植被类型潜在火 ［１３］张礼兵，程占林，金菊良，等．改进属性识别模型及其在城 市环境质量综合评价中的应用［Ｊ］．环境工程，２００６．２４ （３）：７４—７６． 行为划分［Ｊ］．东北林业大学学报，１９９９，２７（５）：２０—２４． ［３］屈字，李保会．森林火险级划分的研究现状［Ｊ］．河北林果 研究，２００１，１６（４）：３９２—３９４． ［１４］张贵．广州市林火动态监测研究［Ｄ］．长沙：ｒｆ１南林业科 ［４］徐爱俊，李清泉，方陆明，等．基于ＧＩＳ的森林火灾颅报预测 技大学博士论文，２００４． 模型的研究与探讨［Ｊ］．浙江林学院学报，２００３，２０（３）：２８５ ［１５］陈守煜，熊德琪．城市大气环境质量评价模糊识别理论模型 ［Ｊ］．环境科学研究，１９９２，５（５）：１０—１４． ２８８． 【５］杨崇军．森林火险天气等级预报与应用ｌ Ｊ］．森林工程，２００５， 【责任编辑：刘美爽］ 西北植物学报，２００３，２３（４）：５２４． （上接第４页） ［９］沈茂才，张跃进，陈彦生．秦岭田峪河流域植被研究［Ｊ］．西 【参考文献】 北植物学报，２００１，２１（３）：５３３—５３６． １ｌ０］赵宪文，李崇贵，斯［１］席跃翔．太行山中段植物群落的生态关系研究［Ｄ］．太原： Ｉ 西大学，２００４． 林，等．森林资源遥感估测的重要进 展［Ｊ］．中国工程科学，２００１，（８）：１５—１６． 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