应用生态学报2008年7月

应用生态学报２００８年７月第１９卷第７期ＣｌＩｉｎｅ鸵Ｊｏ帅＿ＩａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＥｃｏｌｏｇ）ｒ，Ｊｕｌ．２００８，１９（７）：１４３７—１４４２三维可视化软件在辽东山区森林生态系统管理中的应用木冷文芳ｈ’代力民１贺红士１’２于大炮１周莉１（１中国科学院沈阳应用生态研究所，沈阳１１００１６；２密苏里大学自然资源学院，美国哥伦比亚６５２１１）摘要利用三维可视化软件ＷＣＳ６．Ｏ，结合林相图信息，构建了辽东山区普乐堡乡的虚拟森林景观，并模拟了４种经营管理方案（封育未成林幼抚、小面积皆伐、择伐和二次渐伐）下研究区林相的动态变化．结果表明：对幼龄林采取保育措施后，１０—３０龄长白落叶松的生长速度较快，大约以ｏ－６ｍ・ａ＿１的速度生长，蒙古栎的生长速度稍慢，约为０．４ｍ・ａ～；小面积皆伐对林分的影响较大，二次渐伐其次，低强度的择伐对林分的影响最小．ｗＣＳ能够直观地显示各种森林经营管理方案的后果，可以为森林经营决策提供科学依据．关键词三维可视化软件森林生态系统管理封育小面积皆伐择伐二次渐伐文章编号１００ｌ一９３３２（２００８）０７—１４３７—０６中图分类号Ｓ７５７；ＴＰ３９１．４文献标识码ＡＡｐｐｌｉ∞ｔｉｏｎｏｆ３Ｄ咖ａＨｚａｔｉｏｎ∞ｎｗａ阳ｉｎｆｏ他ｓｔ∞ｏｓｙｓｔｅｍ啪ｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｅ嬲ｔｅｍＬｉ删哩ｍｏｕｎｔａｉｌｌｏｕｓ咒ｇｉｏｎ．ＬＥＮＧＷｅｎ．ｆａｎ９１，ＤＡＩＬｉ．ｍｉｎｌ，ＨＥＨｏｎｇ．ｓｈｉ‘，－，ＹＵＤａ．ｐａ０１，ＺＨＯＵＵ１（１船啦咖旷Ａｐｐ如ｄ胁地∥，醌ｉｎｅｓｅＡｃ诎，，哕矿＆沈，嬲，妣，够ｎｇ１１００１６，醌ｉ础；２Ｓｃ幻ＤＺ矿№ｔ啪ｆＲ∞Ｄｌ脚，踟咖豇，，矿胍ｓＤ删，ｃｏｆ帆６施６５２１ｌ，嬲Ａ）．・铂玩上铆ｆ．肋Ｚ．，２００８，１９（７）：１４３７—１４４２．Ａ搬胁ｃｔ：Ｂｙｕｓｉｎｇ３Ｄｖｉｓｕａｌｉ船ｔｉ鲫ｓｏ‰ａｒｅＷＣＳ６．Ｏ，ｔｌｌｅｖｉｒｔｕａｌｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｓｃ印ｅｏｆＰｕｌｅｐｕＴｏｗｎｉｎｅ鹅ｔｅｍ“ａｏｎｉｎｇＩＴ舢ｎｔａｉｎｏｕｓｒｅｇｉｏｎｗ鹪ｃｏｎｓｔｎｌｃｔｅｄ，柚ｄｔｈｅｄｙｎ锄ｉｃｃｈａｎｇｅｓｏｆｆｏｒｅｓｔｓｕｎｄｅｒｆｏｕｒｄｉⅡＩｅｒｅｎｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔ∞ｅｎ撕∞，ｉ．ｅ．。

ｅｎｃｌｏｓｉｎｇｕｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｅｓｔ，ｓｍａＵａｒｅａｃｌｅ盯－ｃｕｔｔｉｎｇ，∞ｉｅｃｔｉＶｅ—ｌｏｇｇｉｎｇ，ａｎｄｔｗｏ－ｓｔｅｐｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｌｏｇｇｉｎｇ，ｗｅｒｅｍｏｄｅｌｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｕｎｄｅｒｅｎｃｌｏｓｕｒｅ。

１０—３０ｙｅａｌｌｓｏｌｄ如ｒ氐ｏｌ驴，坫厶ｖａｒ．ｃ九ｏｎ年ｆｐ口搪，坫函丹．ｅｗｆａｓｔｅｒ（ｃａ．Ｏ．６ｍ・ａ叫），ｗｈｉｌｅ１０—３０ｙｅａｌ弓ｏｌｄｐ＂Ｂｒ．ｃ潞，ｎＤ，ｌＩ；ｏ如。

口＃卵ｗｓｌｏｗｅｒ（ｃａ．０．４ｍ・ａ一１）．ＳｍａＵａｒｅａｃｌｅａｒ—ｃｕｎｉｎｇｈａｄｔＩＩｅｇ陀ａｔｅｓｔ硪ｂｃｔｓｏｎ出ｅｆｏｒｅｓｔｓ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｗｏ喝ｔｅｐｐｒｏｇｒｅｓｓｉＶｅｌｏｇｇｉｎｇ，ａｎｄｌｏｗｉｎｔｅｎｓｉｔｙｓｅｌｅｃ・ｔｉＶｅ・ｌｏｇｇｉｎｇ．１１ｌｅＷＣＳ姗ｗａｒｅｃｏｕｌｄＶｉｓｕａｌｌｙｄｉｓｐｌａｙｔ王ｌｅｏｕｔｃｏｍｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｅｎａｒｉｏｓ，ｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｂｅｎｅ６ｔ出ｅｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇｉｎｆ－ｏｒｅｓｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｈａｒｅ；ｆｏｒｅｓｔｅｃｏｓｙｓｔｅｍｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｅｎｃｌｏｓｕ陀；ｓｍａｌｌａｒｅａｃｌｅａｒ—ｃｕｎｉｎｇ；∞Ｉｅｃｔｉｖｅ－ｌｏｇｇｉｎｇ；Ｗｏ－ｓｔｅｐｐｍｇｒｅｓｓｉｖｅｌｏｇｇｉｎｇ．森林生态系统管理是针对森林资源及整个森林生态系统的管理活动．适当的森林生态系统管理方案能够最大化森林资源的综合效益，而不恰当的方案则会造成森林资源的损失和生态环境的破坏，这种后果往往需要上百年的时间来弥补¨。

ｊ．因此，在确定采取哪种方案之前，需要预先了解其可能产生的后果，以免造成不必要的经济损失及导致生态系统功能受损．三维景观可视化是用计算机图形学和图像处理・国家高技术研究发展计划项目（２００６ＡＡＩＯ盈５Ｉ）和国家科技支撑计划资助项目（２００６ＢＡＤ０３Ａ０９）．・・通讯作者．Ｅ・ｍａｉｌ：ｎｎｌｗｎ９９９＠伊ｌａｉｌ．嗍２００７．１０－２３收稿，２００８Ｊ∞么接受．技术将地球表面某一地域的数据信息转换为三维图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互式处理的一种新技术ＨＪ，虽然它出现的时间不超过３０年，但已被应用于与管理和规划相关的各个领域，如景观规划‘５—２ｌ、城市发展‘”。

１５１、林业管理‘埔也１和地质勘探【ｌ引等．三维景观可视化技术在林业管理方面也显示了极大的应用潜力．目前，它已被林业规划、设计和管理部门作为可持续森林管理的一个重要组成部分∞Ｊ．如Ｓｈｅｐｐ莉等Ⅲ１研究了不同森林管理方案下林分的三维动态变化，以期找到一种可持续发展的林业规划方案．Ｆａｌｃ百。

等Ⅲ１将森林景观动态可视化工具与森林生长模型结合起来，展示了未来的１４３８应用生态学报１９卷森林动态变化．国内可视化技术与林业结合的研究也相继开展，如罗传文∞。

介绍了三维虚拟林相的制作技术，权兵等。

１引构建了虚拟地理环境下林分生长的可视化模型，李建微等１８＋模拟了福建漳浦林区林火蔓延的三维可视化．但国内相关研究更注重林分可视化的技术问题，对于可视化技术在森林管理方案中的应用还鲜见报道．本文利用三维可视化软件ｗＣＳ６．Ｏ，以本溪市普乐堡乡为研究对象，构建了当地的虚拟森林景观，并研究了不同经营管理方案下林相的动态演化，以期为当地的林业决策提供科学依据．１研究地区与研究方法１．１自然概况普乐堡乡地处辽宁省本溪市桓仁县西南部（４ｌ。

０９７一ｌ０２７’Ｎ，１２４０８６７—１２５０２２７Ｅ）．乡域总面积３０７００ｈｍ２，其中耕地面积１７３０ｈｍ２、林地面积２５３３３ｈｍ２、水域面积近ｌ３３０ｈｍ２，构成了八山一水一分田的地貌．该区为中山丘陵地带，海拔２６ｌ一１３３０ｍ．研究区林分以阔叶林为主，其面积约为该区林地总面积的８８％，针叶林只占１２％．阔叶林以蒙占栎（Ｑ船ｒｃ獬脚忡讹）林为主，其面积占林地总面积的５１．５％，其次是色木槭（Ａｃｅｒ瑚加）、桦树（砌比ｓｐｐ．）、椴树（死如ｓｐｐ．）、胡桃楸（眦瑚，凇，斌＾“廊ｏ）、刺槐（舶６ｉ，ｌ缸芦ｅＭ如∞伽玩）等．针叶林以长白落叶松（ｋ哦。

妞ｎｓ括）林为主，占林地总面积的８．３％，伴有少量的红松（只，ｌ凇Ｉ｜｝Ｄｒ口如瞄站）和油松（Ｐ．把乩如咖册蠡）．１．２研究方法１．２．１Ｗｃｓ软件简介ｗＣＳ（ｗｏｒｌｄｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｓｅｔ）是由美国３ＤＮａｔｕｒｅ公司开发的一种三维地理信息系统，它能够把任何具有地理坐标的图件用三维立体显现，并在其上加入地形纹理（地面粗糙度）、地表植被覆盖（可包括地被物、下木和乔木３个层次）、天气（晴、阴、雾、雪等）、照明强度与方位（用时间来确定）、云层、天体（太阳、月亮和星辰等）、水体（河流、湖泊与海洋）和人工建筑（灯塔、道路、房屋）等．以上组件均以模块的形式组成，在ｗＣｓ软件库中包括了相应的对象实例，如在构建植被时，备选的类别中包括针叶树、阔叶树、灌丛和草等，在每个大类中又包含了许多物种，如针叶林包括松属（觑一肌ｓ）、杉属（Ｐ妇口）和柏属（鼬６ｉｍ）等，同一物种中还存在树形的区别．在建模时，可以用库中已有的对象，也可以根据需要构建对象．表ｌ普乐堡乡主要树种不同年龄的树高Ｔａｂ．１Ｈｅｉｇｈｔｓｏｆｍａ．ｍｔｒ∞ｓｐｅｄ姻ａｔｄｉｎ．ｅ他ｎｔａｇ俗．ｍＰｕｌｅｐｕＴｏｗｎ・根据前期生长速度推断得到的树高１１ｌｅｈｅｉｇ｝ｌｔｏｆｈｍｊｎｆｅｒｒｅｄｂｙｔｌＩｅ卵，“Ｉｌｇｓｐｅｅｄｏｆｔｒｅ∞ｉｎⅡｌｅｅａｒＩｉＨｐｅｉｏｄ．１．２．２数据来源与处理从本溪市林业局获取了２００５年普乐堡乡１：１００００地形图及林相图．在Ａｒｃ／ｌｎｆｏ中，将研究区地形图生成栅格为３０ｍ的ＤＥＭ，再将ＤＥＭ投影从大地坐标转换为经纬度坐标，并转换成ＡＳＣⅡ格式，以便被ＷＣＳ识别；然后ｗｃＳ将导入的ＤＥＭ转换为三维立体地形．以ｓｈａｐｅ６ｌｅ格式将研究区林相图导入ＷＣＳ，林相图中的小班边界就会附着在三维立体地形之上．１．２．３林分生长信息参数研究林分的生长演替过程，需要了解不同年龄林分的高度，而这与立地类型紧密相关．本文利用林相图信息来获得树木高度：选择相同优势树种的小班，根据年龄段排序，记录与年龄段对应的树高，如果同一年龄的树高不同，则记录其平均值，这样就可以获得树种在不同年龄时的平均树高（表１）．树木高度代表了其生长速度，可用来提供林分生长信息．１．３管理方案的设计１．３．１封育未成林的幼抚方案选取长白落叶松林和蒙古栎林各一个小班作为此种经营方案的对象．第１个小班为ｌＯｌ００１作业区２号林班２４小班，其面积约１８ｈｍ２，属人工实生的３龄长白落叶松林，林种为人工涵养林，平均海拔３７０ｍ，坡向朝南，土壤类型为棕壤，土层厚度约３０ｃｍ，目前的平均树高仪０．９ｍ，由于树龄太小，林分没有郁闭。

第２个小班为１０１００２作业区７号林班２ｌ小班，其面积约１２ｈｍ２，属天然萌生的３龄蒙古栎林，林种为水土保持林，平均７期冷文芳等：三维可视化软件在辽东山区森林生态系统管理中的应用１４３９海拔４３０ｍ，坡向朝南，土壤类型为棕壤，土层厚度约２５ｃｍ，目前的平均树高仅１．８ｍ，郁闭度约０．３．１．３．２采伐方案选择ｌｏｌ００６作业区５号林班８小班作为采伐基地，其面积约６２．１ｈｍ２，属天然萌生的６６龄蒙古栎、色木槭林，其中蒙古栎占８０％、色木槭占２０％，属一般用材林，平均海拔５００ｍ，坡向朝南，土壤类型为棕壤，土层厚度约３０ｃｍ，平均树高１６．８ｍ，平均胸径２４ｃｍ，郁闭度为０．８．对该小班实施不同的采伐方案．１）小面积皆伐：将研究区细分为几个小区域，在选择的伐区内进行皆伐．本研究选择小班下坡位的３块面积分别为６．０、６．５和７．０ｈｍ２的区域进行小面积皆伐，皆伐后进行育苗更新．２）择伐：对满足条件（树高或胸径、采伐强度及采伐树种）的单木进行择伐．本文的择伐条件为：下坡位，树高＞１４ｍ，采伐强度分别为２５％和５０％，面积分别为１０和２０ｈｍ２，采伐不分树种．３）二次渐伐：是介于皆伐与择伐之间的一种采伐方式．它与皆伐不同之处在于，皆伐是一次将成熟林木伐完，而二次渐伐则分二次伐完；皆伐主要依靠伐后更新，而二次渐伐依靠伐前母树天然下种．渐伐有４个技术要素，即采伐次数、强度、间隔期和采伐木选择．本研究中第一次采伐强度为２５％，两次采伐的间隔期约５年，第１次采伐后等幼树长至０．７一１．５ｍ高后，再将母树一次伐清．采伐不分树种．１．４数据处理首先，在Ａ∥Ｉｎｆｏ中调出目标小班的属性信息，如树种组成及其所占百分比、树高、公顷株数、下木种类、下木盖度、草本种类、草本盖度等信息；然后，在ｗＣＳ中选择目标小班对应的多边形，在地表植被覆盖模块中，添加其乔木、下木和草本的种类，在每个类别中，将不同树种作为不同的对象添加进去；再根据每个对象的公顷株数（乔木）或者盖度（灌木和草本）和高度等信息进行量化，最后渲染出目标小班的三维场景．２结果与分析２．１封育幼林７０年的动态演化由图ｌ可以看出，摸拟得出的１０龄长白落叶松林林分比较开放，平均树高约７ｍ；而３０龄的林分开始郁闭，但郁闭度仍较低，平均树高约１９ｍ，在ｌＯ～３０龄的时间段内，其长势良好，以约０．６ｍ・ａ。