基于二类调查的大凤川林场森林资源动态研究

    赵亚宁 马文艳 盖含文

    

    

    

    摘要：以大凤川林场1986 — 2008年森林资源二类调查数据为基础，借助地理信息系统技术和马尔科夫预测模型，对大凤川林区22年间的森林类型转移变化进行了分析，并对2020年大凤川林场的森林类型状况进行了预测。结果表明，在过去的22年间，大凤川林区有林地面积增加，其他类型林地面积减少，软阔叶类林地是当前的优势森林类型，但硬阔叶类林地是林区未来的优势类型。

    关键词：森林资源二类调查;动态研究;大凤川林场

    中图分类号：S757? ? ?文献标志码：A? ? ? 文章编号：1001-1463（2021）08-0038-07

    doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.08.010

    Abstract：Based on the secondary forest resource survey data of Dafengchuan Forest Farm from 1986 to 2008， the article analyzes the forest type transfer changes in the past 22 years with the help of GIS and Markov's model， in the end forecasts the forest type status of Dafongchuan Forest Farm in 2020. The results showed that in the past 22 years， the study area of forestland in Dafengchuan Forest Farm has increased， while the area of other types of forestland has decreased. Soft broad-leaved forestland is the dominant forest type at present， but hard broad-leaved forestland is the dominant forest type in the future.

    Key words：Second class survey of forest resources;Dynamic study;Dafengchuan forest farm

    子午岭林区是黄土高原目前保存较好的一块天然植被区，是黄土高原中部地区重要的生态公益林之一。甘肃子午岭林区是陇东地区重要的水源涵养林，也是庆阳市最大的国有林区，更是庆阳经济社会发展的绿色屏障，大凤川林场位于子午岭林区的核心区域。运用马尔可夫模型对大凤川林场森林资源动态变化进行分析并预测其发展趋势，有助于了解林区森林形成、发展和演替的方向，通过森林规划、经营等途径，施以科学的经营管理方式，实现对森林资源的有效保护、恢复和永续利用[1 - 4 ]，这对提高甘肃子午岭林区森林经营水平、维持区域生态功能过程的动态平衡、增强区域森林群落的完整性和稳定性也有重要价值[5 - 7 ]。

    1? ?研究区概况

    大凤川林场位于甘肃省庆阳市华池县境内，介于东经108° 12′～108° 24′、北纬36°07′～36° 18′，属黄土高原丘陵沟壑地貌类型。地势呈北高南低，海拔1 073～1 665 m，相对高差200～400 m，坡度一般15～35°。属北温带大陆性季风气候区，年平均气温8.4 ℃，年无霜期165 d，年均降水量481.2 mm，土壤类型主要有灰褐土、黄绵土、黑垆土、草甸土。森林植被以暖温带阔叶林为主，区内共有木本植物43科82属172种，有野生脊椎动物24目61科156种，其中鱼类11种，两栖类4种，爬行类9种，鸟类100种，兽类32种。国家一级保护动物有金钱豹、黑鹳、金雕、野雁等4种，国家二级保护动物有豺、石貂等13种。大凤川林场总经营面积16 110 hm2，其中林地面积16 060.4 hm2，非林地面积49.6 hm2。活立木总蓄积量684 118 m3，森林覆盖率95.84%，林木绿化率96.31%。

    2? ?研究方法

    2.1? ?数据来源

    数据均来源于甘肃子午岭林业管理局华池分局1986、1996、2008年3期森林资源二类调查资料，包括林相图、小班属性数据库、地形图以及相关统计资料。

    2.2? ?数据预处理

    对研究区林相图、地形圖进行扫描、地理配准等进行数字化预处理。

    2.3? ?矢量化

    在ArcGis10.2支持下，以林相图为底图进行矢量化，建立1986、1996、2008年3期小班属性数据库作为基础数据。

    2.4? ?景观分类

    综合森林资源清查数据和研究区经营实际，将研究区森林景观进行两级分类。第一级按地类划分，有林地（100）、疏林地（120）、灌木林地（130）、未成林地（140）、苗圃地（150）、宜林地（170）和非林地（200）;第二级对有林地按树种组成来分类，为软阔叶类林地（590）、硬阔叶类林地（490）和松类林地（1111）。硬阔叶类林地的优势树种为栎类和杜梨，软阔叶类林地的优势树种为杨类和桦类，松类林地的优势树种为油松、落叶松、侧柏。

    2.5? ?景观类型转移分析

    基于ArcGis10.2，对1986、1996、2008年3期矢量化数据进行空间叠加分析，通过CIS的计算结果提取各地类之间相互转化的面积，根据转化面积结果，建立研究区森林景观类型转移矩阵，进而建立转移概率矩阵。转移概率是发生转移的森林景观类型面积除以相应的森林景观类型的基数[8 ]。转移矩阵、转移概率矩阵和马尔可夫预测模型的具体公式如下所示。

    式中，A（T+1）为T+1时期的状态矩阵，也就是T+1时期森林景观类型的状态;A（T）为T时期的状态矩阵，P为T-1时期向T时期发生转移的概率矩阵。

    3? ?结果与分析

    3.1? ?一级森林资源类型转移分析

    由表1、表2可以看出，1986 — 1996年，大凤川林场有林地、灌木林地、未成林地、苗圃地和宜林地面积都在增加，疏林地和非林地的面积减小。森林类型之间转移明显，林区土地利用和森林类型处于调整阶段。从转化方向看，疏林地转出面积最大，为2 163.00 hm2，占1986年总面积的52.08%;有林地次之，转出面积为1 635.01 hm2，占1986年总面积的15.01%;1996年转入面积最多的有林地为2 048.80 hm2，占1996年有林地总面积的18.12%;转入占比最大的是未成林地，占1996年未成林地总面积的65.32%。从发生转化的森林景观类型看，有林地、疏林地和未成林地与各类森林类型均发生转化，而灌木林地、苗圃地和非林地只与部分森林类型发生了转化。

    林区森林资源的变化与这一时期研究区的林业发展政策密切相关。大凤川林场1984年以后，逐步改农还林，农业用地逐渐消失，取而代之的是林地面积的扩充和与造林、森林资源保护等配套设施的增加。

    由表3、表4可知，1996 — 2008年，大凤川林场有林地面积明显增加，其他各森林类型面积减少，并向有林地发展。从绝对数量看，各类型变化由大到小依次为有林地、疏林地、未成林地、灌木林地、宜林地、非林地、苗圃地，有林地净增加了4 174.91 hm2，而疏林地减少了2 752.49 hm2。从相对百分比看，疏林地转化为有林地的占比高达98.19%，未成林地转化为有林地的占比达97.87%。从转化方向看，各类森林类型之间都有转化，并且均有向有林地转化的态势，但疏林地、灌木林地、未成林地没有向苗圃地发生转化。

    3.2? ?二级森林资源转移分析

    从表5、表6可知，1986 — 1996年大凤川林场二级森林景观面积变化明显，硬阔叶类林地增加了287.15 hm2，软阔叶类林地减少了477.08 hm2，松类林地开始出现，灌木林地、未成林地、苗圃地和宜林地都有所增加，疏林地和非林地面积缩减。从具体数值看，松类林地面积变化最大，净增加603.72 hm2，主要由软阔叶类林地和疏林地转化而来。从转化类型看，软阔叶类林地、疏林地和硬阔叶类林地向其他森林类型发生转化较多，灌木林地和苗圃地向其他森林类型转移较少。

    由表7、表8可知， 1996 — 2008年，大凤川林场二级森林类型变化显著，除软阔叶类林地和疏林地外，其他森林类型面积趋向稳定，面积变化较小，也反映出大凤川林场森林群落演变稳定。从绝对数值看，软阔叶类林地和疏林地的面积变化最大，松类林地面积变化最小，软阔叶类林地在大凤川林区占据绝对优势，面积从1996年的6 832.82 hm2增加到2008年的11 151.76 hm2。从发生转化的类型看，硬阔叶类林地、软阔叶类林地和松类林地较为活跃，与其他各森林类型发生均发生转移;从转化方向看，軟阔叶类林地主要由硬阔叶类林地、疏林地、未成林地、松类林地转移而来，这4类林地的转入面积占2008年软阔叶类林地面积的52.52%。

    3.3? ?森林资源变化分析

    由图1可以看出，1986 — 2008年，大凤川林区有林地面积保持增长势头，疏林地、非林地持续减小，灌木林地、未成林地、苗圃地和宜林地面积表现出先增加后减小的趋势。

    从图2可以看出，1986 — 2008年，大凤川林区硬阔叶类林地面积先增后减，2008年的面积大于1986年的面积;软阔叶类林地面积先减后增，2008年的面积远远大于1986年的面积;松类林地在1986年后形成，面积比较稳定。

    3.4? ?2020年森林类型预测

    根据马尔可夫预测模型，以12 a为预测尺度，由公式（3）计算可获得大凤川林场2020年一级和二级森林类型面积（表9）。

    由表9看出，2020年大凤川林场一级森林类型基本保持稳定态势，各森林类型面积基本稳定，有林地较2008年仅增加了0.18 hm2，灌木林地比2008年增加了98.43 hm2，其他土地利用类型均无变化，这与大凤川林场经营实际在一定程度上相符，大凤川林场是一个纯林林场，从建场至今，经过30多年的植树造林和植被恢复，林场辖区内林地范围基本确定，森林群落发展演变受人类活动干扰减小，受自然因子影响深刻。

    由表9可以看出，2020年大凤川林场二级森林类型面积有增有减，但变化幅度较小，硬阔叶类林地面积较2008年增加了171.53 hm2，灌木林地增加了6.04 hm2，非林地增加了2.72 hm2，其他类型森林面积都减小，以软阔叶类林地和松类林地减少最多，分别为66.93、54.77 hm2，其他森林类型减少不大。这在一定程度上反映出大凤川林区森林类型趋向稳定，能够看出森林群落的演替方向，以栎类为主的硬阔叶类群落扩张，以杨类和桦类为主的软阔叶类群落缩减。

    4? ?小结

    大凤川林场自1986年开展森林资源二类调查以来，有林地面积逐年增加，疏林地、灌木林地、未成林地、苗圃地、宜林地和非林地的面积减少。有林地中的硬阔叶类林地将成为林区未来的优势类型，软阔叶类林地是目前林区的优势类型，松类林地变化较小。若在森林资源动态变化的基础上，对林区变化的驱动力进行分析，能够更全面的了解森林资源变化的外在因子[9 ]。

    参考文献：

    [1] 徐化成，郑均宝.? 封山育林研究[M].? 北京：中国林业出版，1994.

    [2] 兰国玉，雷瑞德.? 植物种群空间分布格局研究方法概述[J].? 西北林学院学报，2003（2）：17-21.

    [3] 邬建国.? 景观生态学—格局、过程、尺度与等级[M].? 2版.北京：高等教育出版社，2007.

    [4] BASKENT E Z.? Controlling spatial structure of forested landscapes：a case study towards landscape management[J].? Landscape Ecology，1999，14（1）：83-97.

    [5] 曹新向，郭志永，雒海潮.? 区域土地资源持续利用的生态安全研究[J].? 水土保持学报，2004（2）：192-195.

    [6] 曹建英.? 赵满来.? 基于GIS的县级土地管理信息系统的设计和实现[J].? 甘肃农业科技，2005（2）：53-55.

    [7] 张? ?军，陈? ?英，程文仕，等.? 榆中县土地利用的景观格局分析[J].? 甘肃农业科技，2008（6）：3-8.

    [8] 张宗震.? 马尔可夫预测法基本原理解析与应用[J].? 成都电子机械高等专科学校学报，2001（2）：25-29.

    [9] 余新晓，李秀彬，夏? ?兵，等.? 森林景观格局与土地利用/覆被变化及其生态水文响应[M].? 北京：科学出版社，2010.

    （本文责编：陈? ?伟）