基于物候的西双版纳橡胶林扩张过程与林龄结构重建研究

Xishuangbanna, on the northern edge of tropical regions, experienced a rapid land cover conversion from tropical rainforests to rubber plantations in the past decades. Ecosystem and environment issues from this conversion attracted lots of attention all over the world. It is necessary and urgent to reconstruct the spatial temporal expansion and stand age for rubber plantations as well as explore the sensibility of rubber plantation expansion to environmental factors. Defoliation responding to the cold air temperatures in dry seasons is the unique physiology characteristic of rubber plantations in the north edge of tropical regions. This research plans to examine the spectral and phenology divergences of different ages of rubber plantations and improved the existing phenology-based algorithm of mapping rubber plantations. An automatic platform for data preprocessing of Landsat data will be developed. All the available Landsat historical archived data will be collected to map rubber plantations in continuous epochs from 1985 to present. Furthermore, this research will analyze the constraint effects of physical (including precipitation, air temperature, soil, elevation, slope and aspect) or anthropogenic factors (management styles and market demands) based on field surveys. This study expects to provide practical method to monitor rubber plantation area and distribution at the northern edge of tropical regions, and also provide theoretical and scientific supports for regional land management and sustainable development.

地处中国热带北缘的西双版纳地区在过去几十年经历了热带雨林向橡胶林的急速转型，由此导致的生态和环境问题备受关注。重建该地区的橡胶林时空扩张过程和林龄结构并探讨橡胶林对环境制约因子的敏感性具有重要的科学和现实意义。本研究拟结合热带北缘橡地区胶林在干季落叶的独特生理特征，基于所有Landsat存档时间序列数据来识别不同林龄橡胶林物候和光谱差异，构建面向时间序列Landsat数据的预处理和自动分类平台，实现橡胶林多期分布信息的快速准确提取，从而掌握过去几十年来橡胶林扩张时空规律并构建林龄数据库。在此基础上通过实地调查，分析各自然地理要素（降水、温度、高程、坡度和坡向）和人类活动（管理方式与市场需求）对橡胶林发展的制约和影响，定量化环境因子对橡胶林时空变化的控制作用。本研究将为热带北缘地区橡胶林的监测提供新途径，并为西双版纳区域土地管理和可持续发展提供理论依据和技术支持。

地处中国热带北缘的西双版纳在过去经历了热带雨林向橡胶林的急速转型，由此导致的生态和环境问题备受关注。重建该地区的橡胶林时空扩张过程和林龄结构并探讨橡胶林对环境制约因子的敏感性具有重要的科学和现实意义。研究结合热带北缘橡胶林在干季落叶的独特生理现象，基于所有存档Landsat时间序列数据识别不同林龄橡胶林的物候和光谱差异，构建面向Landsat时间序列的预处理和自动分类平台，实现橡胶林多期分布信息的快速准确提取，以掌握橡胶林扩张时空规律，并分析各自然地理要素和人类活动对橡胶林发展的制约和影响。.取得的主要结果有：(1) 发现C、SCS+C、Minnaert、B-I和VECA不适用于高山峡谷地区遥感图像地形校正，而Teillet-回归和B-II校正适用，且B-II的效果优于Teillet-回归；(2) 发现落叶期或快速生长期是橡胶林提取的两个关键物候期，基于物候特征能有效实现橡胶林遥感提取，揭示了近20年橡胶种植是以景洪为中心向勐腊和勐海扩张，1990至2000年间橡胶种植面积增长率高于2000至2010年间。(3) 发现橡胶林龄与落叶程度呈反比关系，五年以下橡胶林LSWI为负值，结合长时间序列遥感数据能够有效重构橡胶林龄，揭示了橡胶林从水热条件较好的景洪中部低海拔和缓坡区域开始扩展，并呈辐射状不断向高海拔山地扩张。(4) 发现集成MODIS、Landsat和PALSAR采用决策树在像元级能够有效识别热带森林，揭示了当前森林面积在海拔及坡度上呈现出正偏态分布，在坡向上分布较为均匀的特点；近12年来西双版纳热带森林干扰具有持续性的特征；橡胶种植破坏了热带森林的垂直生态系统分布；(5) 揭示了橡胶种植在地形上是从缓坡度和南坡向不断向陡坡和北坡向扩张，南坡面积大于北坡，各坡向的扩展张程度都较强的规律。(6) 揭示了森林景观在地形上的破碎化程度差异性较大，随着海拔上升及坡度增加，森林破碎化程度逐渐降低，北坡向破碎化程度明显高于其他坡向的规律；(7) 探明橡胶种植不断增加的主要驱动因素是天然橡胶价格、人口压力和土地利用政策；橡胶种植扩张的形式在1990至2000年是土地利用政策驱动的国营农场，而2000至2010年是天然橡胶价格不断上涨驱动的民营企业和小农户。.本研究将为热带北缘地区橡胶林的监测提供新途径，并为西双版纳区域土地管理和可持续发展提供理论依据和技术支持。