基于遙感的廣東省桉樹區(qū)域分布

樊 晶，楊燕瓊，黃本勝

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣東 廣州 510642； 2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510610)

基于遙感的廣東省桉樹區(qū)域分布

樊 晶1，楊燕瓊1，黃本勝2

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣東 廣州 510642； 2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510610)

以Landsat TM影像為信息源，遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)及統(tǒng)計分析等為手段，結(jié)合定位系統(tǒng)(GPS)實地調(diào)查驗證，研究廣東省桉樹區(qū)域分布。結(jié)果表明：TM影像提取廣東省桉樹信息平均精度為92.78%；2011年廣東省桉樹林面積1350165 hm2，占全省森林面積的13.3%；珠三角、粵西、粵東、粵北4個區(qū)域桉樹面積分別為466687.03、375885.71、349579.92、158012.11 hm2，分別占廣東省桉樹總面積的34.6%、27.8%、25.9%、11.7%。

遙感；桉樹；分布

桉樹(Eucalyptus)為優(yōu)質(zhì)速生豐產(chǎn)林樹種，被90多個國家和地區(qū)引種。我國早在1890年就開始引種桉樹，到2009年全球桉樹人工林面積達(dá)到2007萬 hm2[1]，據(jù)2011年中國林學(xué)會桉樹專業(yè)委員會統(tǒng)計，我國桉樹人工林面積為368萬 hm2。

廣東省是桉樹重要種植區(qū)之一，桉樹種植為廣東省農(nóng)民帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時，引起的生態(tài)環(huán)境問題受到廣泛關(guān)注[[2-6]，甚至還有個別地區(qū)禁止種植桉樹。反對桉樹種植的水環(huán)境學(xué)家認(rèn)為桉樹耗水量大，大面積種植會破壞水量平衡，影響水分循環(huán)，從而導(dǎo)致林區(qū)無法蓄積洪水，致使洪峰期流量增大，枯水期徑流減少[7]，而一些研究者認(rèn)為桉樹人工林生態(tài)環(huán)境問題不是其本身造成的，而是種植經(jīng)營技術(shù)不科學(xué)導(dǎo)致[8-10]。因此，準(zhǔn)確、可靠、快速地摸清桉樹資源分布現(xiàn)狀及其變化趨勢是桉樹資源調(diào)查和監(jiān)測的目標(biāo)，具有重要的研究意義。本研究以廣東省2010年美國Landsat TM衛(wèi)星影像為信息源，用GPS準(zhǔn)確定位外業(yè)采樣，建立桉樹的光譜特性和構(gòu)圖特征，通過目視判讀、先驗知識，進(jìn)行桉樹信息提取，研究廣東桉樹的區(qū)域分布情況，為廣東省林業(yè)發(fā)展政策的制定和桉樹可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣東省位于中國大陸南部，東經(jīng)109°39′—117°19′、北緯20°13′—25°31′。地處熱帶北部和亞熱帶南部，受季風(fēng)氣候影響較大，具典型的熱帶、南亞熱帶氣候特征，雨量充沛，熱量豐富，除南嶺山地帶外，年均氣溫20 ℃以上，日均溫不低于10 ℃的年活動積溫≥6500 ℃，年均降水量1500～2000 mm；地勢總體北高南低，北部多為山地和高丘陵，地貌類型有山地、丘陵、臺地和平原。廣東的光、熱、水資源條件與桉樹原產(chǎn)地相近，很適合桉樹人工林的大面積種植[11]。廣東省桉樹人工林一般1～5 a成林，樹高可達(dá)12～15 m，胸徑大于8 cm，平均年產(chǎn)量在15 m3·hm-2以上。

根據(jù)自然、經(jīng)濟(jì)、社會因素，廣東省通常被劃分為粵北、珠三角、粵西、粵東4個區(qū)域，其中粵北包括韶關(guān)、清遠(yuǎn)2市，珠三角包括廣州、深圳、佛山、珠海、東莞、中山、惠州、江門、肇慶9市，粵西包括湛江、陽江、茂名、云浮4市，粵東包括潮州、汕頭、揭陽、汕尾、梅州、河源6市。

1.2 信息源及圖像處理

廣東省屬多云多雨、灰霾較多地區(qū)，同一年、同一季節(jié)或同一時間段內(nèi)的可用衛(wèi)星影像不容易獲取，故本項目以 2010年成像的Landsat TM圖像數(shù)據(jù)為基本遙感數(shù)據(jù)源，開展廣東省桉樹區(qū)域分布研究，該數(shù)據(jù)的空間分辨率為30 m。利用ERDAS軟件提供的Geometric Correction模塊，以1∶1萬地形圖為基準(zhǔn)，用二次多項式法對衛(wèi)星影像進(jìn)行幾何校正，誤差控制在1個像元內(nèi)，并將12景TM影像鑲嵌、剪切。

根據(jù)GPS定位采集的野外桉樹信息，合成假彩色圖(TM5、TM4、TM3波段分別賦予紅、綠、藍(lán)色或TM7、TM4、TM2波段分別賦予紅、綠、藍(lán)色)。桉樹大部分都是人工種植，分布在路旁、水旁、坡度小于25°的低丘、山坡，為了使桉樹在遙感圖像中的表現(xiàn)更為明顯和清晰，便于判讀，對各景圖像進(jìn)行非線性拉伸。在圖像處理系統(tǒng)軟件ERDAS環(huán)境下，分別對各景圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦欤菏紫?，在圖像中選擇外業(yè)調(diào)查桉樹的訓(xùn)練區(qū)，即感興趣區(qū)域(AOI)，分析圖像表現(xiàn)特性，然后用分段直線拉伸法對圖像進(jìn)行線性分段拉伸，這樣處理得到的圖像，達(dá)到了既增強桉樹的信息表達(dá)，又盡可能地保持原有圖像層次豐富的效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 桉樹構(gòu)圖特征分析

以區(qū)域(粵北、珠三角、粵西、粵東)為第1層，市(縣)為第2層，在其邊界內(nèi)進(jìn)行分層隨機(jī)抽樣(以衛(wèi)星影像像元為基本單位)。用GPS定位進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，若抽樣的像元點內(nèi)非桉樹，則取其鄰近桉樹像元進(jìn)行調(diào)查，共調(diào)查1291個訓(xùn)練樣地，總結(jié)出桉樹在TM543和TM742假彩色合成圖的構(gòu)圖特征。

2.1.1 山區(qū)桉樹構(gòu)圖特征 由圖1可知，生長在山區(qū)的桉樹，因是人工種植，有整齊的耕種痕跡(一般沿山脊、山谷、防火線方向分布)。在TM543假彩色合成圖上呈墨綠色，間有灰色(灰綠色)，并有顆粒感，近水(桉樹在水邊長得好)、近路(采伐周期短，采伐時容易運輸)，分布細(xì)碎(生態(tài)林區(qū)、原天然林區(qū)禁止種植等)，同一顏色均勻(生長環(huán)境相同、種植時間相同、品種單一，生長速度相近造成)。

2.1.2 平緩地區(qū)桉樹構(gòu)圖 由于平緩地區(qū)多種植水稻、蔬菜等農(nóng)作物(耕種整齊)或有草，故用TM472彩色合成圖判讀較好(7波段利于農(nóng)作物、土壤的判讀，4波段利于植物的分類、桉樹信息提取，2波段利于草的判別)。從圖2看，桉樹有突出感(桉樹生長較快，比農(nóng)作物、草高)，灰綠或黃綠色，有顆粒感。

2.2 桉樹信息提取精度分析

由表1可知，用隨機(jī)抽樣方式，在整個遙感區(qū)域隨機(jī)抽取2138個樣地，其中1746個桉樹樣地(不含訓(xùn)練樣地)檢驗桉樹信息提取精度，通過GPS定位外業(yè)調(diào)查，結(jié)果有1620個樣地判別正確，平均精度為92.78%，達(dá)到森林資源調(diào)查的精度要求(90%以上)。

2.3 廣東省桉樹區(qū)域分布情況

根據(jù)遙感圖像數(shù)據(jù)，2010年廣東省全省桉樹面積1350165 hm2，占全省森林面積的13.3%。根據(jù)廣東省的自然與人文情況，將廣東劃分為珠三角、粵西、粵東、粵北4個區(qū)域(圖3)，其桉樹面積分別為466687.03、375885.71、349579.92、158012.11 hm2，分別占廣東省桉樹總面積的34.6%、27.8%、25.9%、11.7%?；浳骱椭槿堑貐^(qū)桉樹面積較大，是當(dāng)?shù)卣叩闹С趾透叨燃s化經(jīng)營的結(jié)果，尤其是湛江和肇慶；粵北地區(qū)桉樹面積明顯小于珠三角地區(qū)、粵西地區(qū)和粵東地區(qū)，這是由于粵北處于北回歸線以北，溫度較低，不適宜桉樹生長。

表1 桉樹信息提取精度的檢驗

珠三角、粵西、粵東、粵北4個區(qū)域桉樹的分布如圖4所示。由圖4a可知，珠三角地區(qū)的桉樹主要分布在龍門縣、懷集縣、廣寧縣、封開縣、博羅縣、臺山市、恩平縣、開平市、鶴山市、惠東縣、高要市、從化市，桉樹面積分別為40724.18、39939.40、34949.74、34061.42、31476.77、30375.69、29819.71、26464.05、26275.22、23565.55、23315.54、22459.92 hm2；而端州區(qū)、鹽田區(qū)、福田區(qū)、江海區(qū)、大旺區(qū)、南山區(qū)的桉樹面積都較低，僅分別為89.08、55.97、45.13、30.88、28.81、28.79 hm2。由圖4b可知，粵西地區(qū)大部分桉樹分布雷州市、濂江市、化州市、陽春市、徐聞縣、高州市，面積分別為66088.75、48309.94、45657.59、37802.38、34421.73、24075.76 hm2；赤坎區(qū)的桉樹面積最低為139.15 hm2，遠(yuǎn)高于珠三角、粵東、粵北地區(qū)的最低水平。由圖4c可知，粵東地區(qū)桉樹主要分布河源和梅州，東源縣、梅縣、紫金縣、豐順縣、大埔縣、平遠(yuǎn)縣、龍川縣的桉樹面積分別為56206.60、37944.85、33987.70、33127.89、20822.98、19576.62、18294.34 hm2；東山區(qū)、紅海灣和榕城區(qū)的桉樹分布較少，其面積分別為15.04、13.51、4.24 hm2。由圖4d可知，粵東地區(qū)桉樹主要分布清新縣、南雄市、英德市、曲江區(qū)、佛岡縣、連州市，桉樹面積分別為31363.32、22577.41、16527.81、15643.45、13800.50、12624.47 hm2；連南縣的桉樹面積最低，為45.79 hm2。

3 結(jié)論

1)根據(jù)GPS定位采集的野外桉樹信息，合成假彩色圖(TM543和TM742)，結(jié)合GIS和RS技術(shù)完成桉樹的判讀，更加快速、客觀，大大地提高了工作效率，其平均精度為92.78%，達(dá)到森林資源調(diào)查的要求。

2)2010年廣東省全省桉樹面積1350165 hm2，占全省森林面積的13.3%。全省桉樹面積分布不均勻，主要分布在珠三角和粵西地區(qū)，分別占廣東省桉樹總面積的34.6%和27.8%?；洷钡貐^(qū)桉樹面積明顯低于珠三角地區(qū)、粵西地區(qū)和粵東地區(qū)。湛江地區(qū)的桉樹面積最大，肇慶次之，其次是梅州、河源，汕頭地區(qū)的桉樹面積最少。

3)雖然桉樹具有適應(yīng)性強、生長快、輪伐期短、病蟲害少、萌芽更新能力強，木材纖維含量高、造紙性能好等優(yōu)點，但不合理的桉樹人工林種植將造成地力下降、土地板結(jié)等問題，故廣東省要求桉樹的種植要布局合理，科學(xué)規(guī)劃：粵西沿海臺地、低丘可大面積推廣種植，粵北、粵東、粵中的丘陵山地嚴(yán)格控制栽種；桉樹人工林只能在國家劃定的商品林區(qū)種植，嚴(yán)禁在生態(tài)公益林區(qū)，特別是水源涵養(yǎng)林區(qū)栽種；桉樹人工林種植應(yīng)選擇宜林荒山、采伐跡地、火燒跡地、低效林地種植，不得毀林造林，不得在氣溫較低山區(qū)，國道、省道、高速公路、鐵路兩旁第一重山河坡度25°以上陡坡地帶種植；提倡營造混交林，連片造林66.7 hm2以上的要求多個樹種搭配，增加生物多樣性。

[1]Git Forestry Consulting.Global Eucalyptus Map[EB/OL].(2009-10-19)[2012-10-11]http：//www.git-forestry.com.

[2]溫遠(yuǎn)光.桉樹生態(tài)、社會問題與科學(xué)發(fā)展[M].北京：中國林業(yè)出版社，2008.

[3]陳少雄.桉樹生態(tài)問題的來源與對策[J].熱帶林業(yè)，2005，33(4)：26-30.

[4]項東云.華南地區(qū)桉樹人工林生態(tài)問題的評價[J].廣西林業(yè)科學(xué)，2000，29(2)：57-64，86.

[5]錢國欽.桉樹生態(tài)問題及發(fā)展思路[J].湖南林業(yè)科技，2007，34(2)：67-70.

[6]黃光明.泉州市桉樹發(fā)展探索[J].林業(yè)勘察設(shè)計，2006(2)：163-165.

[7]張笛，鄒進(jìn)，胡吉敏.淺析桉樹種植對林區(qū)水文特性的影響[J].林業(yè)實用技術(shù)，2011(8)：11-13.

[8]韓藝師，魏彥昌，歐陽志，等.連栽措施對桉樹人工林結(jié)構(gòu)及持水性能的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2008，28(9)：4610-4617.

[9]羅素梅.閩西北桉樹人工林可持續(xù)經(jīng)營技術(shù)研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2010.

[10]王紀(jì)杰.桉樹人工林土壤質(zhì)量變化特征[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2011.

The Research of GuangdongEucalyptusRegional Distribution Based on Remote Sensing

FAN Jing1，YANG Yan-qiong1，HUANG Ben-sheng2

(1.Collegeofforestry，SouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou510642，Guangdong，China；2.GuangdongResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower，Guangzhou510610，Guangdong，China)

Based on Remote Sensing Technology，GIS software，and other Data Analysis Method，this paper summarizes GuangdongEucalyptusregional distribution combined with the GPS verification and using of Landsat TM data.The result shows：Average precision for information extraction of GuangdongEucalyptusis 92.78%.In 2011，GuangdongEucalyptusis distributed in an area of about 1350165 hm2，accounting for the forest area of 13.3%.Pearl River Delta region，Western Guangdong，Eastern Guangdong and Northern GuangdongEucalyptusare distributed apart in an area of about 466687.03 hm2，375885.71 hm2，349579.92 hm2and 158012.11 hm2，accounting for the forest area of 34.6%，27.8%，25.9% and 11.7% respectively.

RS(remote sensing)；Eucalyptus；regional distribution

2015-03-03；

2015-04-07

廣東省水利科技創(chuàng)新項目(2010484)

樊晶(1991—)，女，山西忻州人，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院在讀碩士，從事森林資源動態(tài)監(jiān)測研究。E-mail：990052340@qq.com。

黃本勝(1965—)，男，廣東省水利水電科學(xué)研究院教授級高級工程師，從事水利水電、水環(huán)境研究。E-mail：bengsheng@21cn.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.01.027

S792.39；S771.8

A

1002-7351(2016)01-0126-04