采用聚類(lèi)分析方法進(jìn)行遼寧省造林分區(qū)的研究

蘇振海，曲 英

（1.遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽(yáng) 110122；2.遼寧大連市普蘭店區(qū)林業(yè)水利局）

1 課題背景

歷史上的遼寧山清水秀，森林茂密，生態(tài)環(huán)境良好，但由于工業(yè)發(fā)展及對(duì)森林的不合理開(kāi)發(fā)利用，造成環(huán)境逐步惡化，水土流失嚴(yán)重。遼寧省開(kāi)展了史無(wú)前例的青山、碧水、藍(lán)天建設(shè)工程。遼寧對(duì)造林綠化工作，投入力度之大前所未有。

但是，在遼寧省造林還存在以下問(wèn)題，一是遼寧省氣候條件復(fù)雜；二是土壤種類(lèi)繁多；三是地貌類(lèi)型復(fù)雜。在如此多的不同條件下如何選擇造林樹(shù)種、如何整地、采取什么輔助手段更為合理，都需要比較專(zhuān)業(yè)的分析和長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，然而，各地林業(yè)部門(mén)專(zhuān)業(yè)力量參差不齊，難免出現(xiàn)選擇上的困難。解決這樣問(wèn)題最好的辦法就是對(duì)遼寧省進(jìn)行造林分區(qū)。

該技術(shù)主要是研究造林相關(guān)因子的篩選、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、聚類(lèi)分析。

2 自然概況

遼寧省位于我國(guó)東北地區(qū)南部，地理坐標(biāo)處于東經(jīng) 118°53′-125°46′和北緯 38°43′-43°26′之間。南北寬約530km，東西長(zhǎng)約574km，全省共轄14個(gè)市100個(gè)縣（市、區(qū)）。

全省地勢(shì)自北向南，由東西向中部?jī)A斜，山地丘陵大致分列于東西兩側(cè)，中部為廣闊的遼河平原。全省屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年降水量在400～1150mm之間。全省土壤分為11個(gè)主類(lèi)、31個(gè)亞類(lèi)。植物區(qū)系處于長(zhǎng)白、華北、蒙古3個(gè)植物區(qū)系交匯地帶。

3 研究目標(biāo)

遼寧省造林分區(qū)及造林模式評(píng)價(jià)的目標(biāo)是為了明確遼寧省的造林分區(qū)及造林模式，為遼寧省造林工作提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持，為遼寧省造林規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，進(jìn)而加強(qiáng)遼寧省造林工程管理的科學(xué)性，提高工程建設(shè)的決策水平、工程質(zhì)量和投資效益，最終達(dá)到促進(jìn)遼寧造林綠化及生態(tài)建設(shè)的目的。

4 研究方法

研究采用因子篩選法和聚類(lèi)分析法，將分區(qū)過(guò)程中需要考慮的所有因子、條件進(jìn)行充分考慮，運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理計(jì)算得出相應(yīng)結(jié)論。

4.1 確定范圍

遼寧省造林分區(qū)僅適用于造林工程使用，不針對(duì)林業(yè)其它項(xiàng)目管理。

4.2 分區(qū)因子的篩選

分區(qū)因子必須與造林實(shí)際緊密結(jié)合，實(shí)際造林工程建設(shè)中涉及的條件和因子都是構(gòu)成要素。因子主要包括：平均海拔、平均降水量、溝壑密度、平均氣溫、山體比例、土壤類(lèi)型、有效積溫及勞動(dòng)力價(jià)格。

4.3 數(shù)據(jù)獲取

4.3.1 氣候因子

主要來(lái)自各地上報(bào)的主要造林區(qū)域連續(xù)5年平均數(shù)值。

4.3.2 地形地貌因子及土壤因子

平均海拔及土壤數(shù)據(jù)來(lái)自森林資源變檔數(shù)據(jù)，山體比例數(shù)據(jù)來(lái)自遼寧省青山保護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù)（特指造林區(qū)域內(nèi)值），溝壑密度是采用DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用Arcgis軟件的分析模塊分析獲得。

4.3.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子

農(nóng)村勞動(dòng)力價(jià)格來(lái)自各市縣上報(bào)造林地塊勞動(dòng)力平均價(jià)格，并按5元整化。

4.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

主要數(shù)據(jù)中，平均海拔、年平均降水量、年平均氣溫、山體比例有效積溫、勞動(dòng)力價(jià)格可直接參與數(shù)據(jù)分析，而溝壑密度及土壤類(lèi)型不能直接參與計(jì)算因此需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

4.4.1 土壤類(lèi)型

詳見(jiàn)表1：

表1 遼寧省各縣區(qū)土壤類(lèi)型表

4.4.2 溝壑密度含義

地理中的溝壑密度是指每平方公里內(nèi)溝壑的總長(zhǎng)度，以km·km-2表示，或稱(chēng)切割裂度。溝壑密度的大小，與降水和徑流特征，地形坡度、巖性、土壤的抗侵蝕性能、植被狀況、土地利用方式等有關(guān)，也是水土流失狀況的方式，可作為水土流失等級(jí)劃分時(shí)的參考指標(biāo)。是衡量地表破碎度的一個(gè)指標(biāo)，同樣可以衡量造林地塊分散程度。

DS=L/A

其中DS為溝壑密度，L為樣區(qū)內(nèi)的溝壑總 長(zhǎng)度,A指特定樣區(qū)的面積。

4.4.4 數(shù)據(jù)獲取方法

利用遼寧省1：5萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)，精度30m。主要采用ArcMap中Hydrology工具計(jì)算。過(guò)程及方法來(lái)自Arcgis教程，不再重復(fù)。

4.4.5 溝壑密度賦值

為減小組間差，將溝壑密度進(jìn)行等級(jí)劃分，并以區(qū)間中值作為特征值參與聚類(lèi)分析。

針對(duì)麗江古城電網(wǎng)基礎(chǔ)薄弱的情況，麗江供電局提出“建設(shè)與世界文化遺產(chǎn)相匹配的電網(wǎng)”的目標(biāo)，并采取了一系列措施確保電力供應(yīng)，自2015年至今，麗江供電局分五個(gè)批次對(duì)大研古城電網(wǎng)進(jìn)行投資建設(shè)，全面優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，總計(jì)投入9944.41萬(wàn)元新建和改造10千伏線(xiàn)路15.861公里、開(kāi)關(guān)柜47面、電纜分支箱38臺(tái)，新增配變23臺(tái)，新增變電容量26500千伏安，新建和改造低壓線(xiàn)路21.68公里，持續(xù)提升電網(wǎng)供電可靠性。另一方面，組織實(shí)施麗江智能電網(wǎng)示范工程，共投入5427萬(wàn)元新建和改造10千伏電纜入地2.5公里，新建和改造設(shè)備18臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了麗江古城內(nèi)所有10千伏線(xiàn)路雙電源供電。

4.4.6 溝壑密度等級(jí)劃分

將溝壑密度劃分為8個(gè)等級(jí)。

4.5 數(shù)據(jù)分析

4.5.1 因子表

4.5.2 分析軟件：

本次研究使用的是由中國(guó)林科院森林經(jīng)理和林業(yè)統(tǒng)計(jì)研究室開(kāi)發(fā)的ForStat統(tǒng)計(jì)之林軟件，版本為標(biāo)準(zhǔn)版2.2。

5 結(jié)果與分析

表2 溝壑密度表 單位：km·km-2

表3 溝壑密度等級(jí)劃分表 單位：km·km-2

表4 遼寧省林地分區(qū)聚類(lèi)分析因子表 單位：m、mm、度、%、元

續(xù)表

5.1 聚類(lèi)分析結(jié)果

采用系統(tǒng)聚類(lèi)，離差平方和法計(jì)算，計(jì)算公式略。

第20樣點(diǎn)和第21樣點(diǎn)合并成第1類(lèi),平方距離=.013827

第1類(lèi)內(nèi)點(diǎn)號(hào)=(20 21)

第4樣點(diǎn)和第10樣點(diǎn)合并成第2類(lèi),平方距離=.109958

第2類(lèi)內(nèi)點(diǎn)號(hào)=(4 10)

……

第6類(lèi)和第26類(lèi)合并成第38類(lèi),平方距離=20.127812

第38類(lèi)內(nèi)點(diǎn)號(hào)=(2 3 22 26 36 38)

第37類(lèi)和第31類(lèi)合并成第39類(lèi),平方距離=23.260706

第39類(lèi)內(nèi)點(diǎn)號(hào)=(27 28 29 30 31 35 37 40 43 44 45)

第36類(lèi)和第34類(lèi)合并成第40類(lèi),平方距離=25.294203

第40類(lèi)內(nèi)點(diǎn)號(hào)=(9 11 12 13 14 15 16 17 18 23 24 25 33 34 42)

表5 全省主要縣（市、區(qū)）分類(lèi)表

表6 遼寧省造林分區(qū)表

第35類(lèi)和第38類(lèi)合并成第41類(lèi),平方距離=43.814909……

從計(jì)算結(jié)果和可以得出結(jié)論，當(dāng)節(jié)距為24.3-24.5時(shí)可以將數(shù)據(jù)分為5組。見(jiàn)表5。

5.2 遼寧省造林分區(qū)

由于縣區(qū)是行政界線(xiàn)，各縣區(qū)內(nèi)部條件也存在較大差異，因此結(jié)合聚類(lèi)分析結(jié)果，對(duì)遼寧省造林分區(qū)進(jìn)行細(xì)化。