利用GIS研究城市林业

城市森林是宝贵的资源，需要精心养护和管理以确保其健康。可以利用地理信息系统（GIS）软件来绘制城市森林中树木的分布、状况以及森林的规模和形态图。

城市中的树木可能包括简单的行道树、景观林荫大道、绿道、公共花园，或工业废弃地上的树木。这些城市森林共同构成了城市基础设施的重要组成部分。城市林业采用创新方法，以应对城市树木特有的需求与挑战。

城市森林在生态环境中发挥着重要作用，能够净化空气和水源、调控雨水径流、防止水土流失、降低噪音并节约能源。此外，城市森林还能为动物提供重要的栖息地，为动物筑巢提供庇护所，或作为野生动物迁徙的通道。其价值还体现在社会层面，可将城市居民与自然相连接，提升建筑景观效果，并提供了解自然的教育机会。

城市森林的结构、多样性及其所产生的生态价值可以通过地理信息系统（GIS）软件进行量化。GIS 支持大规模的数据收集与管理，为整合城市林业数据提供了理想的框架。GIS 允许用户将地理数据与树木调查数据相结合，生成城市森林的精确地图。

本视频将演示如何收集树木调查数据，将这些数据整合到地理信息系统（GIS）平台中，并评估目标树木的环境价值。

城市森林调查可在多种地点进行。通常记录人行道与路缘之间种植的行道树。数据通常按城市街区进行采集，记录树木的位置、树种、健康状况、土地利用类型以及胸径（DBH）。

树木健康状况的评估基于六个类别进行目视判断。这些类别包括树干状况，需考虑树皮缺失或腐朽等因素；生长速率，通过观察小枝伸长情况及当年新生枝条的长度来评估；以及结构状况，需注意是否存在枯死或折断的枝条。同时需记录病虫害情况；树冠发育状况，用于评估树木的枝条、叶片和繁殖结构是否分布均衡；最后是预期寿命，根据该树种的正常寿命，并结合现有损伤程度进行判断。

每个类别均采用评分系统，依据不健康树木特征的累计数量进行评分，各项评分综合得出树木的整体状况得分。该得分可对应于从优良、很好、良好、一般、较差到很差的分级树木健康度量。

全球定位系统（GPS）接收器利用传输到手持设备的卫星定位信号，使用户能够记录纬度和经度的大地坐标。位置信息也可通过邮政地址进行标注。数据收集完成后，可将其输入地理信息系统（GIS）软件，从而对树木及其特征进行空间和地理空间统计分析。目前有多种此类软件可供使用，包括 ArcGIS 或 Google Earth。

国家树木效益计算器是一款免费的在线软件工具，用于对城市和郊区树木所提供的经济价值进行货币化估算。用户可在此选择其调查区域，并从该地区树木列表中进行选择。输入一些简单的信息，包括树干直径和土地利用类型，即可估算出树木在若干关键领域中的价值，如财产价值、空气质量以及雨水径流控制。

现在我们已经熟悉了城市林业调查的概念及其背后的原理，接下来让我们看看这些调查在野外是如何进行的。

开始调查时，选择一个合适的户外地点并打开 GPS 接收器。等待其连接卫星并确定位置。前往选定用于数据采集的调查区域起点。每次调查一个城市街区路段。遇到每棵树时，使用本系列视频《树木识别》记录其物种。同时记录 GPS 接收器提供的经度、纬度以及邮政地址。

接下来，测量每棵树距离地面 4.5 ft 处的直径，该直径称为胸径（DBH）。为每棵树编号，在每个区段开始时重新从 1 开始编号。

根据下表所示的标准，通过目测评估并评分每棵树的状况。将各项得分相加，得到每棵树的总分，并据此划分相应的健康等级。

可用于汇编地理信息系统（GIS）数据的两个程序是 Google Earth 或 ArcGIS。使用这些程序，可以对树木进行单独标记，或将其坐标汇总到单个文件中并上传。

使用 Google Earth 地理信息系统（GIS）程序时，输入树木的坐标，利用“添加地标”功能选择新建地标。根据物种名称为每棵树命名，当所有树木数据点均保存为地标后，右键单击“我的位置”标签，选择“另存为”，然后保存到任意位置。

使用 ArcGIS 程序时，在导入数据前需确保所有列标题中不含空格，可使用下划线代替。如果坐标为纬度和经度格式，则应在导入 ArcGIS 前将其转换为十进制度格式。

将数据保存为逗号分隔的 CSV 文件。接下来，使用“添加数据”工具，通过“文件：添加数据”菜单或标准工具栏上的“添加数据”按钮，将 CSV 文件添加到 ArcMap 中以创建图层。

右键单击新图层，然后选择“显示 XY 数据”。确保 ArcMap 已正确选中 X（经度）和 Y（纬度）字段。

接下来，单击“编辑”，然后单击“选择”以高亮显示点的坐标系，再单击“添加”和“确定”。正确的坐标系可直接从 GPS 设备本身获取。

此时，目录树顶部应出现一个与 CSV 文件同名且名称末尾带有“Events”字样的点图层。这是一个“事件主题”，属于临时图层。要创建永久副本，需右键单击该图层，选择“Data”（数据），然后选择“Export Data”（导出数据）。选择输出位置并输入文件名，将默认的“Export Output”更改为“Urban_Forestry_Survey”，然后点击“OK”。

输入到 ArcGIS 程序中的数据将生成城市林业数据地图。这些地图可用于多种用途，包括识别胸径（DBH）尺寸的分布模式，或判断特定区域的树木是否未能达到预期寿命。

打开 iTree for Education 软件工具。针对每棵树输入相关数据，并记录每棵树带来的环境效益。可估算城市树木的效益，并将其转化为货币价值，包括树木在暴雨管理、财产价值、能源效率和碳封存方面的年度效益。

利用国家树木效益计算器进行分析所得的结果，可以总结所调查树木的经济与环境价值。这有助于城市规划人员决定是否需要移除树木，或在调查区域内补充种植其他树木以获得更大效益。

城市林业地图可用于多种应用场景，其中一些应用在此处进行探讨。

在城市住宅区或郊区，城市林业对树木的要求通常与商业区或零售区有所不同。树木可能因其相似的生态特性（如防风、降噪或水资源管理功能）而受到保护或被选中种植。然而，在住宅区林业中，美学价值可能占据更重要的地位。

地理信息系统还可用于绘制多种自然或人为现象的地图。通过汇编和利用土壤中铅含量的自然测量数据生成的GIS地图，可以确定污染程度，或判断种植食用作物的安全与非安全区域。

您刚刚观看了JoVE关于使用GIS进行城市林业研究的简介。现在，您应该理解了城市林业的重要性，如何使用GIS创建用于研究城市树木的地图，以及如何使用国家树木效益计算器来确定所调查树木的价值。感谢观看！