我国现有森林面积为1.34 ×10⁸ hm², 其中天然林面积为0.87 ×10⁸ hm², 占林地总面积的65.3 %。掌握天然林资源的动态变化, 对于合理地保护和利用天然林资源, 促进我国的环境保护和维持生态平衡, 实现林业可持续发展, 都有重要意义。

林业的可持续发展需要有先进的森林资源信息管理方法, 这种管理方法是以高效率的信息反馈和对资源管理效果的及时评价为前提的, 它有赖于资源数据的及时更新、GIS的建立和应用等(唐守正等, 1991; 张少昂, 1994), 传统的资源信息管理方法已远远不能满足林业可持续发展的需要。

以往的森林资源信息管理是建立在森林资源规划设计调查(2类调查)基础上, 两次调查期间(一般为10 a)的资源变化数据是根据各项经营活动记录加以更改, 由于缺乏科学的资源信息管理系统, 使图面资料和数据库不能同步更新, 因而形成了森林资源数据“1年清、2年变、3年乱”的局面(洪玲霞等, 1991)。造成这种状况的具体原因如下:(1)资源调查因子不够全面。以往的森林资源规划调查只调查小班的树种组成, 没有调查小班株数和各组成树种的平均高、平均直径, 因而无法对异龄混交天然林用生长模型进行资源数据更新。用平均生长率法进行数据更新的误差较大, 更新后的资源数据不准确。(2)在以往的资源管理信息系统中没有地理信息系统的支持或与属性库(数据库)的管理相脱节。(3)没有天然林小班数据更新所需要的能预测各种林分因子生长的全林整体生长模型。(4)森林资源规划调查周期一般为10 a, 它是为满足总体设计、林业区划和规划等需要而进行的森林资源清查, 分林业局、林场、林班、小班四级区划¹⁾。作业调查设计(3类调查)是为进行营林活动而进行的森林资源调查, 分林业局、林场、林班、作业区、作业小班五级区划²⁾。由于这两类区划系统不统一, 作业小班通常跨越小班, 有时还跨林班, 给资源管理数据和图面的更新工作造成了一定困难, 经过几年的生产作业, 林相图与数据库就变得混乱不清。

1) 吉林省森林资源规划设计调查技术细则, 吉林省林业厅, 1998。

2) 吉林省森林采伐更新造林调查设计细则, 吉林省林业厅, 1991。

为获得每年森林资源变化后, 森林资源的准确数据和图面资料, 就必须解决上面存在的问题。

1 研究地点概况

吉林省汪清林业局位于吉林省延边朝鲜自治州的东部, 为东北天然林区中的过伐林区, 该局1947年建局, 有较长的林业生产经营史, 在东北天然林区有一定的代表性。全局有13个林场, 总面积为304173 hm², 属长白山植物区系, 森林植被以针阔叶混交林为主。1997年全局进行了第五次森林资源规划设计调查, 在这次调查中增加了小班每公顷株数和各组成树种的平均高、平均直径等因子的调查。

2 资源数据库和图库 2.1 资源数据库

资源数据库是一系列记录小班因子情况的数表, 主要包括小班库和树种库。天然林树种组成复杂, 要把各组成树种的情况记录清楚又节省空间, 就需要单独建立树种库, 并记录各组成树种的测树因子。树种库和小班库通过“小班索引”这个关键字连接。过渡库中记录了每个小班的变化情况, 由小班库、变化库、过渡库可统计出森林资源数据的变化情况。我们设计了如下5种数据库(表 1)来描述森林资源现状和小班因子的变化情况, 建库单位为林场。

2.2 图形数据库

图形数据是描述小班空间位置关系的数据, 为便于操作, 我们以林场为单位建库, 每个林场分6个图层, 除此之外, 与图形更新有关的图库还有小班变化图、变化过渡图, 详见表 2。小班图和小班数据库通过索引字段相联系。

3 森林资源数据和图面同步更新方法和原则 3.1 森林资源数据和图面同步更新过程

森林资源数据和图面同步更新的含义是:在原有林相图和森林资源数据库的基础上, 建立森林资源变化图(库), 管理者通过运行图形更新和资源数据更新程序, 计算机自动更新林相图和森林资源数据库, 产生森林资源过渡图(库)以及新的林相图及森林资源数据库, 并且, 新林相图上的小班和小班数据库的记录一一对应, 从而实现小班图库的双向查询。这些新数据和新图可为林业生产经营单位提供及时准确的基础资料, 更有利于营林生产和管理。森林资源数据和图面同步更新流程见图 1。

3.2 图面更新的方法和原则

森林资源每年都发生变化, 其变化原因可分为3种:(1)营林活动; (2)自然生长; (3)人为破坏和自然灾害(洪玲霞等, 1991)。林分的自然生长不会引起小班边界的变化, 人为活动和自然灾害经常造成小班面积和边界的变化, 当小班面积变化到一定程度后, 根据吉林省二类调查规程, 需要进行小班的重新区划, 我们根据下面的原则进行小班的重新区划:

(1) 林班界和面积保持不变。

(2) 划分小班的最小面积根据规程²⁾:过伐林区成片天然林为3 hm²; 次生林区成片天然林为1hm²; 人工林、未成林造林地为0.1 hm²; 无林地等其它地类为0.5 hm²。

(3) 当小班的面积小于规定的最小小班面积时, 将其并入相邻相似的小班。

(4) 合并小班时按面积由小到大依次合并, 直至大于规程²⁾所规定的最小小班面积。

(5) 按最小距离合并相邻小班, 权属不同的小班不合并。

我们采用一种抽象距离(唐守正, 1986)描述相邻小班的相似性, 以6个划分小班的主要因子(见表3)为变量, 则两个相邻小班(第j小班和第k小班)的抽象距离公式可以写为:

式中, dis(j, k)为两个相邻小班之间的抽象距离, n =6, w_i为权重(见表 3), d_i(j, k)为两个相邻小班(j, k)在第i个因子的距离, d_i(j, k)的值由专家指定, 例如第5个因子(龄组)的值见表 4, 其它因子的距离值表略。

3.3 小班资源数据库更新方法和原则

我们根据以下原则更新小班资源数据库:(1)由营林活动而引起的小班因子变化根据作业验收数据更新; (2)自然生长引起的小班因子变化用生长模型(杜纪山, 2000)更新; (3)由人为破坏和自然灾害引起的小班因子变化根据补充调查材料更新。具体的更新方法见图 2和有关文献(杜纪山, 2000; 唐守正, 2000)。

4 更新步骤(实例)

以吉林省汪清林业局某林场118林班为例, 说明一下森林资源图面更新过程。

建立小班库, 树种库, 图形库, 将资源数据和图面资料(图 3)输入计算机。

输入变化库, 变化图(图 4)。

运行图面更新程序生成资源过渡库和新的小班图(图 5)。图 5中的14、19小班虽然优势树种相同但树种组成略有差异, 因此不在进行合并。

运行数据更新程序生成新的资源数据库。

5 开发软件

计算机软硬件的飞速发展为我们建立信息管理系统提供了更好的工作基础和更广阔的选择空间。在众多的开发软件中我们选择了PowerBuilder和MapInfo, 利用MapBasic编程语言和PowerBuilder编程语句通过ODBC、OLE等功能可以把数据管理和图面管理结合在一起, 形成图库更新一体化的管理信息系统。

6 结论和建议

本文所提出的森林资源数据和图面更新方法具有如下特点:(1)单独建立小班树种库记录小班中各组成树种的测树因子, 树种库和小班库通过小班索引字段相连接。过渡库中记录了小班变化前后的情况, 由过渡库、变化库、原小班库可统计各种资源变化情况。(2)由GIS支持的资源管理系统使得图面资料和资源数据能够同步更新, 每年都能得到新的资源数据, 用于决策和调整。(3)用此套方法管理森林资源数据和图面资料, 避免了传统资源管理方法所存在的问题。

在天然林区其它林业局推广应用时应注意如下几个方面:(1)森林调查时应增加小班每公顷株数和各组成树种的平均高、平均直径、平均年龄等因子, 组成树种的起源分人工和天然。(2)合并破碎小班块的方法参考各省的森林资源规划设计调查技术细则。

随着人们认识水平的提高, 森林资源对环境与发展的作用越来越受重视, 林业的可持续发展对森林资源信息管理提出了更高的要求, 传统的资源信息管理只重视森林资源数量的保持或增长, 而忽视了森林生态系统的维护与发展, 将来的森林资源信息管理除了管理资源数据和图面资料以外, 还要包括森林生态效益的计量和分析、社会和经济的发展对林林资源多效益要求的变化分析等, 这有待于在今后的工作中进一步补充和提高。