森林立地分類方法研究進(jìn)展

朱萬才 李亞洲 李 夢(mèng)

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，哈爾濱 150081)

森林立地分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)是林業(yè)生產(chǎn)重要的基礎(chǔ)工作之一，森林立地分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究在世界各國廣泛開展，并在理論和技術(shù)應(yīng)用上取得了很大進(jìn)展。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，森林立地分類與評(píng)價(jià)技術(shù)正向著綜合技術(shù)、多目標(biāo)的方向發(fā)展。

1 國內(nèi)外研究概述

近代國外森林立地類型研究始于18世紀(jì)，C.A.Karns (1926)在德國最早開展森林立地分類研究，他倡導(dǎo)的多因子森林立地分類發(fā)展成為一種以氣候、地形、土壤和植被等為基礎(chǔ)的綜合多因子分類方法，此法在歐洲和北美被公認(rèn)為最有效的立地分類方法，并在奧地利、加拿大和美國廣泛流行、應(yīng)用和發(fā)展，其中最有代表性的是Hill在加拿大安大略省發(fā)展的全生境森林立地分類(TotalSiete Classification),以Jurdant為代表的生物—物理立地分類(Bio-physical site Classification),和以Krajina為代表的不列顛哥倫比亞省生物地理氣候立地分類(Biogeoclimatic site classification)。20世紀(jì)40年代，蘇聯(lián)形成了兩個(gè)林型學(xué)派，即蘇卡喬夫?yàn)槭椎纳锏乩砣郝鋵W(xué)派和波格萊勃涅克為首的生態(tài)學(xué)派，至今仍對(duì)前蘇聯(lián)的林型和立地分類研究具有深刻的影響。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和多元統(tǒng)計(jì)分析等數(shù)學(xué)方法的介入，不僅使綜合多因子分類成為可能，也使森林立地分類逐漸從定性邁向定量化或定性和定量相結(jié)合的分類階段。

我國系統(tǒng)的立地分類研究起步相對(duì)較晚，1958年林業(yè)部造林設(shè)計(jì)局、北京林學(xué)院等單位應(yīng)用蘇聯(lián)波格來勃涅克林型學(xué)說，開始對(duì)我國造林地區(qū)進(jìn)行“立地條件類型”的劃分，在全國各省(區(qū))一些造林地區(qū)編制了“立地條件類型表”，并進(jìn)行了造林類型的典型設(shè)計(jì)，該研究工作由于各種原因沒有得到進(jìn)一步推廣，但其研究成果對(duì)我國森林立地研究卻產(chǎn)生了較大影響。70年代末，由于我國造林發(fā)展的需要，且吸收了德國、美國、加拿大和日本等國的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合土壤造林樹種再次廣泛開展立地分類、評(píng)價(jià)研究。南方14省(區(qū))組織協(xié)作開展了杉木產(chǎn)區(qū)區(qū)劃、立地分類與評(píng)價(jià)研究，華北石質(zhì)山地、黃土高原、珠江三角洲、東北西部地區(qū)及華北中原平原地區(qū)等也相繼開展了大量的森林立地研究工作，建立了局部的森林立地分類系統(tǒng)和編制了杉木、落葉松和馬尾松等地位指數(shù)表、數(shù)量化地位指數(shù)表。當(dāng)前，我國森林立地分類與評(píng)價(jià)研究己進(jìn)入新的歷史階段，在分類基礎(chǔ)上的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)、立地類型樹種間生產(chǎn)力代換評(píng)價(jià)、計(jì)算機(jī)繪制立地圖、遙感圖像應(yīng)用于立地分類與制圖、立地?cái)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的建立等應(yīng)用技術(shù)研究都不同程度取得新進(jìn)展，同時(shí)立地研究成果在大面積營造速生豐產(chǎn)林中也得到應(yīng)用。

2 森林立地類型分類的指標(biāo)確定

由于各國的自然地理?xiàng)l件、森林集約經(jīng)營強(qiáng)度、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平以及研究人員的認(rèn)識(shí)、研究角度和深度的不同，在森林立地類型分類指標(biāo)方面形成了不同的觀點(diǎn)。有關(guān)森林立地類型分類指標(biāo)主要包括：(1)植被和環(huán)境是統(tǒng)一的，許多學(xué)者都認(rèn)為植被本身就是立地條件的最佳反映者和最好指示者，因而主張把植被作為立地類型劃分的重要依據(jù)。利用植被因子進(jìn)行立地分類和評(píng)價(jià)主要包括以林木生長效果和植被組成、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)特征為指標(biāo)。(2)以影響林木生長的環(huán)境因子氣候、地形、地質(zhì)、地貌、水文和土壤等為指標(biāo)，根據(jù)它們的差異可以從性質(zhì)上劃分各種立地類型。(3)國內(nèi)外在森林立地分類研究上應(yīng)用最多的還是以綜合多因子為指標(biāo)，即通過對(duì)氣候、地形、土壤和植被的綜合研究來劃分立地類型或立地單元，可分為因子路線和景觀路線兩類，前者以前蘇聯(lián)——烏克蘭學(xué)派和德國巴登——符騰堡立地分類為代表，后者則以加拿大的生物物理分類為代表。按照立地分類指標(biāo)選擇研究的進(jìn)程，主要有兩種篩選方式。一是定性方式，即從立地類型的涵義出發(fā)，根據(jù)立地類型分類的原則，結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況和分類目的，借鑒專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。二是定量分析、數(shù)學(xué)模型篩選方式，即采用“數(shù)學(xué)分類”方法(包括逐步回歸、數(shù)量化方法I或主量分析等)找出與立地類型密切相關(guān)的重要指標(biāo)。

3 森林立地分類的技術(shù)方法

根據(jù)立地類型分類的指標(biāo)確定，在立地類型分類技術(shù)方法研究方面，概括起來主要有3種方法。

3.1 定性分析分類法

即根據(jù)研究區(qū)域的具體實(shí)際，借助專家經(jīng)驗(yàn)分析林木生長與各環(huán)境因子關(guān)系，確定若干個(gè)對(duì)立地分類有重要影響的主導(dǎo)因子，然后進(jìn)行分級(jí)組合并通過野外實(shí)地踏勘劃分立地類型。如1981—1983年由北京林學(xué)院主持的以提高造林成效為目的地“黃土高原立地條件類型劃分和適地適樹研究”，按全國氣候區(qū)劃、植物區(qū)土壤區(qū)劃和林業(yè)區(qū)劃實(shí)行控制，依據(jù)地形部位和坡向、土壤類型的組合對(duì)立地條件類型進(jìn)行劃分，將黃土高原劃分為125個(gè)立地條件類型。

3.2 數(shù)學(xué)模型定量分析分類法

主要是運(yùn)用多元回歸分折、數(shù)量化理論、主成分分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析、聚類分析及其他多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，研究林木生長與立地因子間的定量關(guān)系，根據(jù)立地因子對(duì)林木生長的貢獻(xiàn)大小找出主導(dǎo)因子，并以主導(dǎo)因子的分級(jí)組合通過實(shí)地踏勘來進(jìn)行立地分類和評(píng)價(jià)。如伍海芳等(1996)在對(duì)西寧南北山造林立地類型劃分研究中，對(duì)定性分析所選取的坡向、坡度、坡位、地表侵蝕強(qiáng)度(以植被蓋級(jí)直觀判斷)和海拔等指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，以距離系數(shù)λ=2.0截集而把全部樣本分成兩個(gè)立地類型組，以距離系數(shù)λ=1.0附近截集而把全部樣本分成了10個(gè)立地類型。

3.3 基于GIS,GPS和RS與數(shù)學(xué)模型集成技術(shù)分類法

隨著計(jì)算機(jī)和航空航天遙感技術(shù)的發(fā)展，為森林立地分類研究提供了現(xiàn)代化的技術(shù)手段，推動(dòng)森林立地分類技術(shù)方法的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，提供了應(yīng)用空間數(shù)據(jù)綜合分析的立地分類的新方法?？臻g數(shù)據(jù)可以是指單個(gè)地或群體地以位置為參照的數(shù)據(jù)，常以圖、圖表或圖像形式表示，林業(yè)中常用的林相圖、森林土壤圖、采用多元信息迭置分析法，借助GIS軟件實(shí)現(xiàn)森林立地類型的自動(dòng)分類。所謂多元信息疊置分析，即多種要素的空間合成。它是把兩幅或兩幅以上同一地區(qū)、相同比例尺、同一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、不同空間信息表示的圖件疊置在一起，以地理多變量計(jì)算分析為基礎(chǔ)，對(duì)地域和結(jié)構(gòu)上既相互重疊又相互聯(lián)系的多種變換進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)。根據(jù)數(shù)據(jù)形式的不同可將多元信息疊代分析分為多邊形疊置和網(wǎng)格(柵格)疊置兩種，網(wǎng)格疊置方法簡單，運(yùn)算速度快，但精度不高，多邊形疊置法數(shù)據(jù)量大，但精度較高。根據(jù)多邊形疊置分析的基本原理，借助ARC/INFO空間分析模塊，將相同比例尺的林地坡度、坡向、土層厚度和物理性黏粒含量空間和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，根據(jù)主導(dǎo)因子屬性相同的原則進(jìn)行多邊形的融合歸類，劃分出森林立地類型并建立相應(yīng)的空間和屬性數(shù)據(jù)庫。余其芬(2003)借助遙感與地理信息系統(tǒng)，將各分類層次的主導(dǎo)因子及輔助因子專題圖疊置，編制了紙坊溝流域立地類型圖。張曉麗(1998)針對(duì)目前森林立地分類和立地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究中存在的問題，從立地分類和評(píng)價(jià)方法上開展技術(shù)創(chuàng)新研究，以生態(tài)學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和專家系統(tǒng)(ES)為主要技術(shù)手段，借助相關(guān)數(shù)學(xué)分析，對(duì)北京市森林進(jìn)行立地類型劃分，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行立地質(zhì)量評(píng)價(jià)及多目標(biāo)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

4 森林立地分類發(fā)展趨勢(shì)

森林立地分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)，將在森林生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步統(tǒng)一起來，形成一個(gè)完整的，包括各層次水平的森林立地分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。特別是計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，為我們?nèi)鏈?zhǔn)確地獲取立地信息和進(jìn)行信息加工提供了科學(xué)手段，多因子、多層次的綜合立地分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)代表了未來方向。

森林立地分類和評(píng)價(jià)的進(jìn)步愈來愈依靠林業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。生態(tài)綜合多因子分類，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)、遙感技術(shù)進(jìn)行的定量分類，多目標(biāo)、多功能的森林立地分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)，從定性到定量再到數(shù)字化分類，是森林立地分類發(fā)展趨勢(shì)。

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