第33 卷第6期2014 年6月
地理科学进展
Progress i n Geography
Vol.33, No.6
June 2014中南半岛森林覆被变化研究进展
廖谌婳1, 2，封志明1，李鹏1，张景华1
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(1. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；2. 中国科学院大学，北京100049)
摘要：中南半岛森林覆被是热带地区极为重要的自然资源，对当地生态环境和社会经济发展都有重要影响。本文从遥感监测与制图、时空变化格局、影响因素和生态环境效应4 个方面，系统总结和评述了中南半岛森林覆被变化的研究进展，并对研究问题和发展方向进行了讨论。研究表明：①中南半岛森林覆被遥感监测数据源由光学遥感逐渐转向雷达遥感，监测方法向采用多分类器和多源信息转变，监测对象主要是天然森林覆被，人工林监测仍面临多重困难；②1980-2010 年期间，中南半岛不同地区森林覆被变化时空差异明显，其中，在1990 年前森林覆被面积为净增加，之后净减少；在空间上，泰国、老挝、
缅甸和柬埔寨森林面积在1990 年后均持续减少，只有越南呈增长趋势；③中南半岛森林覆被变化的直接驱动因素主要为经济林扩张、刀耕火种农业、道路建设和商业采伐，间接驱动因素包括人口、社会经济和政策等因素，主要表现为森林数量变化、森林退化和森林再生/恢复等方面，其程度与干扰方式、强度、频率直接相关；④中南半岛森林覆被变化的生态环境效应主要体现在水分效应、大气环境效应、土壤效应和生物效应4 方面。
关键词：森林覆被监测；时空变化；驱动因素；生态环境效应；中南半岛
doi: 10.11820/dlkxjz.2014.06.014 中图分类号：S718.5 文献标识码：A
1 引言
森林生态系统是最重要的陆地生态系统，储藏许多独有的生物多样性。森林覆被变化对大气温室气体、生物多样性和区域的气候变化都有重要影响。随着联合国气候变化框架公约(UNFCC)制定“减少森林砍伐和退化所致的碳排放”计划(REDD) 以减缓气候变化，热带地区森林覆被变化再次引发了世界各国的普遍关注。
在世界几大热带地区中，东南亚森林损毁率最高。20 世纪，东南亚天然林损毁率为年均1.4% (McMorrow et al, 2001)，哥伦比亚和美国中部为1.2%，南美洲为0.5% (Laurance, 2007)。近几十年，
东南亚森林面积仍在持续减少。据联合国粮农组织(FAO)森林资源评估(FRA)报道，1990-2010 年，东南亚地区毁林达4200 万hm2，相当于该地区陆地面积8%，森林年减少率约为1.0%(FAO, 2010)。截至2000 年，东南亚的原始森林面积仅占森林总面积的41.3%~44.2%(McMorrow et al, 2001)。据估算，如果当前的毁林速度不降低，到2100 年东南亚将损失3/4 的原始森林覆被(Donald, 2004)和42%的生物多样性(Green et al, 2005)。
中南半岛是东南亚地区的重要组成部分，地域范围包括中国云南省、缅甸、越南、老挝、泰国、柬埔寨和马来西亚西部。森林覆被是该地区主要的土地覆被类型。近20 年，中南半岛森林受人为活动和自然作用的干扰日趋严峻(FAO, 2010)。一方面，干旱气候引发的自然火灾对森林覆被的影响进一步增加(Cochrane, 2003)。另一方面，在人口、经济和政策的作用下，商品农业迅速扩张，占据大面积的原始森林和次生林地。系统了解和掌握中南半岛森林覆被变化，不仅有利于森林保护和管理、REDD 等计划的实施，也有助于中国了解东南亚周边国家的资源环境状况，并为中国边境地区土地利
收稿日期：2013-11；修订日期：2014-04。基金项目：国家自然科学基金项目（41271117；41301090）；中国科学院地理科学与资源研
究所战略科技计划项目（2012SJ008）。作者简介：廖谌婳（1987-），女，江西吉安人，博士研究生，研究方向为资源开发与区域发展，E-mail: ********************。通讯作者：封志明（1963-），
男，河北平山人，研究员，主要从事资源开发与区域可持续发展研究，E-mail: fengzm@igsnrr.ac。
853-864 页
用安全和可持续发展、跨国资源开发等提供科学依据。为此，本文以中南半岛为研究区域，从森林覆被遥感监测与制图、时空变化格局、驱动力、生态环境效应4个方面，系统总结和评述国内外相关研究进展，在此基础上，对研究问题和发展方向做了进一步讨论。
2 森林覆被遥感监测与制图研究
2.1 遥感监测数据源
过去几十年，森林监测制图主要依赖于光学遥感。大尺度的植被遥感分类研究主要利用NO- AA_AVHRR、SPOT4- VEGETATION 和Terra 卫星的MODIS 数据，中尺度的植被遥感分类研究主要利用MODIS、Landsat TM/ETM + 和Terra ASTER 数据，小尺度的植被遥感分类研究主要利用IKO- NOS、SPOT5 HRG 和ALOS 等高空间分辨率数据。潮湿热带地区的云雾覆盖使得光学遥感应用于热带森林制图具有局限性。与光学影像相比，雷达数据具有不受天气干扰、分辨率高、全天候工作、有效穿透地表掩盖物等特点(Longépé et al, 2011)，应用于热带地区植被遥感分类制图具有很大优势。研
究表明，PALSAR 影像对于区域森林监测具有较大潜力(Miettinen et al, 2011; Walker et al, 2010)。Baghdadi 等(2009)认为，长波雷达比短波雷达具有更强的穿透树林冠层的能力，更适合应用于森林监测。Dong 等(2013)利用定向排列类型的长波合成孔径雷达PALSAR 的50m 分辨率的合成影像提取森林覆被分布信息，在此基础上，结合30m 分辨率的Landsat 数据，根据天然林和橡胶林的物候特征差异，准确获取了橡胶林的空间分布信息，用户精度和生产者精度都达到了96%。
2.2 遥感分类方法
据文献调研，目前森林覆被的遥感分类方法主要包括决策树分类、面向对象分类、最大似然法、马氏典型性、神经网络分类法、基于知识库的分类方法，以及监督分类和非监督分类相结合等方法。决策树分类法应用最为广泛，但在处理混合像元方面具有局限性，且存在过度拟合的缺陷(Li et al, 2012)。其他的传统硬分类方法也都存在这些局限性。马氏典型性方法和神经网络分类法属于软分类方法，在处理混合像元分类的不确定性问题上具有较大优势，近年来被越来越多地应用于植被遥感分类和物种分布预测(Foody, 2002)。研究表明，马氏典型性方法对监测橡胶林、柚木林等空间面积小、异质性高的植被遥感监测具有更好的效果(Her- nandez et al, 2008; Li et al, 2011b)。植被遥感参数的计算、组合和筛选，也是植被遥感分类的重要步骤。遥感参数的计算和组合一般是基于遥感传感器可见光、近红外及短波红外波段数据计算归一化植被指数(NDVI)、植被水分指数(LSWI)、和增强型植被指数(EVI)等，或基于多传感器的多波段组合，如TM 传感器的NDVI 与归一化水体指数(NDWI) 组合(林川等, 20
10)、AVHRR NDVI 数据与陆地表面温度组合(王长耀等, 2005)等。遥感参数的筛选一般应用主成分分析、聚类分析等统计学方法提高分类参数的区分度。由于地表植被存在“同物异谱”或“异物同谱”特点，许多研究还借助地理信息作为遥感分类的辅助手段，主要包括数字高程模型(Eiumnoh et al, 2000)、纹理特征分析等方法。
活动主题名称大全2.3 典型人工林的遥感识别
从研究对象上看，中南半岛森林覆被遥感识别多集中于常绿/落叶阔叶林、针叶林、灌木林等天然林。相对而言，橡胶林、桉树林、柚木林等典型人工林的遥感识别仍处于研究的初级阶段，其中以橡胶林的研究稍多，其他人工林较少。从研究尺度和研究区域上看，橡胶林遥感分类尺度以中尺度居多，研究区域主要包括中国云南省的西双版纳(刘晓娜等, 2012; 李亚飞等, 2011)、海南省(Dong et al, 2013; 陈汇林, 2010; 张京红等, 2010)、泰国北部(Li et al, 2011a)、湄公河沿岸(Li et al, 2011b)；大尺度的橡胶林识别很少，以中南半岛五国等地区(Li et al, 2012)为研究区域。油棕榈、柚木林(Taweesuk et al, 2005)、桉树林等其他人工林所占空间面积更少。从分类精度上看，中尺度的橡胶林遥感识别精度较高，一般橡胶成林可达到85%以上，橡胶幼林可达到70%以上，而大尺度的橡胶林分类精度较低，通常仅达到50%~60%。小尺度的油棕榈、柚木林、桉树林等遥感分类精度则达90%左右。迄今为止，中南半岛人工林遥感识别仍面临多重挑战，尤其是大区域和景观破碎化地区的人工林遥感识别与制图，造成这一事实的原因是多方面的。Li 等(2012)总结了橡胶林遥感分类识别的两个主要困难：一是
成年橡胶林与热带常绿森林具有相似的多光谱反射特征，这容易造成对橡胶林种植面积的高估；二是幼年橡胶林生长在复杂异质性高的环境中，常常与其
他土地覆被类型混合在一起，尤其易与旱地、裸地等混分。Gutiérrez- Vélez 等(2011) 指出，由于农户经营、管理不同和空间配置不同等特点，油棕榈种植园往往空间分布面积较小，且具有较高的空间异质性，在光谱特征和结构上易与次生植被、湿地森林等混淆；此外，油棕榈迅速生长形成密集冠层，导致卫星难以获得其结构特征(Morel et al, 2011)，这也为油棕榈遥感监测造成了挑战。
3 森林覆被变化空间格局
根据文献调研、联合国粮食及农业组织（FAO）生产年鉴等资料，统计了中南半岛主要国家1980-2010 年不同时期森林覆被变化情况，见表2。总体而言，中南半岛森林覆被面积在1980-1990 年期间净增加，1990 年以后(1990-2000 年; 2000-2010 年)净减少。1980-1990 年间，中南半岛森林覆被面积净增加，年均增长率为1.0%，其中，缅甸、老挝、泰国森林覆被面积净增加，越南和柬埔寨净减少；1990- 2010 年，中南半岛森林覆被面积净减少，其中，除越南在1990 年后出现森林增长外，森林覆被面积净增加，缅甸、老挝、泰国和柬埔寨森林覆被面积则持续减少。孕妇能喝红糖吗
从不同国别来看，1990 年缅甸森林覆被面积为3924.2 万hm2，2010 年降低到3177.3 万hm2，20 年间损失了746.9 万hm2，森林年均净减少率约为1.0%。森林覆被变化的地区差异很大，减少率最大的
是伊洛瓦底省(A yeyarwady)、曼德勒省(Manda- lay) 和实皆省(Sagaing)，森林年均减少率分别为1.2%、0.5%和0.4%，这些地区均为人口密度大的中心行政区，而较为偏远地区，如克钦邦、德林达依和邦钦的森林年损失率则低于整体平均水平。减少的林地类型主要为红树林、低地常绿林和沼泽森林(Leimgruber et al, 2005)。20 世纪90 年代以前，越南森林覆被面积持续减少，从1943 年的44% 减少到1983 年的23%(陈文, 2008)，主要是向商品农业和养殖用地转变。20 世纪90 年代后，越南出现森林转型，森林面积占土地总面积的比例从1992 年的24.7%稳步增加到2005 年的38.2%(Meyfroidt et al, 2008a)。老挝是中南半岛唯一的内陆国，森林资源丰富，占国土面积的3/4 左右。由于公路建设以及次区域经济合作的深入，老挝北部山区土地利用/
表1中南半岛主要林地类型的遥感监测研究进展
Tab.1 Progress of rearch on the remote nsing monitoring of main forest types in the Indo-China Peninsula 林地类型研究尺度数据源监测方法特点
天然林大NOAA- AVHRR、S POT- 4 Vegeta-
tion、MODIS 非监督分类、决策树分类林地类型可分至二级类，空间分辨率
较低，尤其是破碎化地区
中PALSAR决策树分类分辨率明显提高，且不受天气干扰
中小Land sat、IKONOS、S POT-5面向对象法、决策树分类高分辨率影像用于监测天然林组分
三伏具有较大优势
橡胶林大MODIS、AS TER 决策树分类、马氏典型性分类精度很低，橡胶成林在50% 左
右，橡胶幼林一般低于30%
中环境星、Land sat、MODIS、PALS AR决策树分类、面向对象分类、最
大似然分类、神经网络分类、非
监督分类分类精度较高，橡胶成林在85% 左右，橡胶幼林在70%左右
柚木林小Landsat最大似然分类法、基于知识库分
类法知识库分类法分类精度达80%以上，比仅依靠光谱特征的分类方法精度提高约20%
油棕榈大中MODIS 250 m 土地覆被分类产品、
90 m 分辨率高程数据、ALOS 卫星
数据首先基于ISODATA 聚类的分类
方法，再结合ALOS 数据，对类
别进行目视组合
一般只能监测到成年油棕榈，分类精
度低，破碎化地区尤其如此
小Landsat、PALS AR决策树分类分类精度较高，达90%以上桉树林小Landsat监督和非监督分类方法结合分类精度较高，达85%
土地覆被正经历着快速的变化。在老挝北部的琅南塔省，随着农民越来越多地从事经济作物生产，次生林地迅速转变为商品农业用地(Thongma- nivong et al, 2006)。按1995 年年损失率计算，泰国森林损失是中南半岛所有国家中最高的，森林覆被面积占国土面积的比例从1961 年的53%减为1998 年的25%，37 年间森林面积共减少1440 万hm2，年均减少40 万hm2(Charuphat, 2000)。柬埔寨北部以林地为主导土地覆被类型，特别拉达那吉里省森林资源丰富，但商业活动的加剧导致该地区原始森林的
退化(Bann, 1997)。橡胶林、油棕榈等经济林面积增加是柬埔寨LUCC 的主要特征之一(Fox et al, 2005)。中国云南省森林覆被变化主要体现在森林覆被向其他土地用途转变、森林郁闭度降低两个方面。云南澜沧江流域的林地面积虽从1990 年的64.9%增长到1998 年的66.4%，但郁闭度大于30%的有林地则从1991 年的52.6% 减少到1998 年的35.3%( 许建初等, 2003)。何承刚等(2008) 研究发现，云南省西双版纳州林地景观结构和异质性指数均发生了重要变化，1980-2000 年间有林地和疏林地大幅度减少，草地、建筑用地和旱地显著增加。
4 森林覆被变化驱动机制
4.1 直接驱动因素
热带地区森林砍伐和退化的直接驱动因素为：经济林的扩张、刀耕火种农业、道路建设和商业采伐。
4.1.1 经济林扩张中南半岛是世界天然橡胶的主
要产地。过去
几十年，有100 多万hm2 非传统橡胶种植区域的土地转为橡胶种植区域(Li et al, 2011a)。2000- 2010年的联合国粮农组织统计调查表明，橡胶林是中南半岛山区扩张最快的林木作物(FAO, 2000, 2010)。截至2009 年，中国、老挝、缅甸、泰国、柬埔寨、越南等国有超过50 万hm2 的山地转为橡胶林地(Zi
egler et al, 2009)。除橡胶林外，其他类型的人工种植园也已经或正在迅速扩张。在越南的中央高地，受世界咖啡价格影响，咖啡种植面积大幅增加(De Koninck, 2006)。在印度尼西亚和马来西亚，油棕榈的种植面积从2007 年的420 万hm2 增加到2009 年的710 万hm2；此外尚有其他几百万hm2 土地正在转化中(McCarthy, 2010)。随着中南半岛种植园经济的迅速扩张，天然林和次生林都在迅速减少。Li 等(2007)使用1976、1988、2003 年的陆地卫星影像研究了西双版纳地区土地利用和土地覆被变化，结果表明，1997 年，森林覆被面积占该地区土地总面积的70%，到2003 年减至50%以下，其中，热带季雨林受橡胶林扩张影响最大，损失近14 万hm2。Ziegler 等(2009)预测，到2050 年，东南亚的橡胶种植面积将会增加到现有面积的2~3 倍，大面积地取代常绿阔叶林地和刀耕火种的次生林地。
4.1.2 刀耕火种农业刀耕火种农业是中南半岛山区
几个世纪以来
主导的传统土地利用类型。长期以来，刀耕火种农业被认为是热带地区毁林的主要原因(Achard et al, 2002)。据统计，35%的美洲热带林、70%的非洲热带林和49%的亚洲热带林消失于刀耕火种(Whit- more, 1998)。刀耕火种包括一个较短时期(2~3 a) 的农作物种植阶段和一个较长时期(10~15 a)的次生林自然恢复阶段。这两个阶段及其时间分配是决定刀耕火种农业可持续性及其植被恢复的关键因素(Haur et al, 2001)。Roder(1997) 发现，在老挝，15~20 a 的休耕期才能使土壤中的有机碳保持
表2中南半岛五国1980-2010 年森林覆被变化统计
Tab.2 Forest cover changes in the five countries of the Indo-China Peninsula during 1980-2010
2010 年森林面国家2010 年其他林地森林覆盖森林面积年变化率/%
积/万h m2面积/万hm2率/% 1980-1990 1990-2000 2000-2005 2005-2010 缅甸3177.3 2011.3 49 2.0 -1.2 -0.9 -0.9
活生蚝怎么保存
老挝1575.1 483.4 68 2.8 -0.5 -0.5 -0.5
泰国1897.2 0.0 37 1.8 -0.3 -0.1 0.1
柬埔寨1009.4 13.3 57 -0.3 -1.1 -1.5 -1.2
越南1379.7 112.4 44 -1.0 2.3 2.2 1.1
合计9038.7 2620.4 48 1.4 -0.5 -0.3 -0.4
较高含量，40~50 a 的休耕期才能使热带森林得以恢复。近年来，学界开始关注刀耕火种农业的积极效应，认为刀耕火种农业并不会对热带森林造成真正威胁，而只是暂时使用了林地(Fox, 2000)。Fox (
2000)对中南半岛土地利用/覆被的调查发现，刀耕火种农业持续存在的区域，77%~95%的景观仍处于次生植被状态，且次生林的自然恢复非常稳定，真正的森林数量减少仅占土地覆被变化的7%~8%。但是，刀耕火种农业造成森林景观破碎化、改变森林组分和结构，导致森林退化的情况较为严重。Fox 等(2000) 调查了1952-1995 年越南西北部村庄的土地利用/覆被变化情况，该地区刀耕火种农业持续了近一个世纪，由此导致的次生林斑块数量由18 增长到292，平均斑块面积由37 ha 下降到2 ha。Fox 等(1995, 2000)对中南半岛刀耕火种农业盛行已久的几个地区调查发现，密闭型冠层的森林和开敞型冠层的森林均退化为最初级的演替阶段，一部分密闭型冠层的森林甚至消失了。
4.1.3 道路建设和商业采伐随着“大湄公河次区域经
济合作”的开展，中南
半岛道路网建设进入高速发展的阶段，如昆曼高速公路、中缅国际铁路等。道路建设提高了人们对偏远地区的可达性，但也使伐木、狩猎及林地转变为农业和畜牧业开发成为可能(Nagendra et al, 2003)，加速了森林的破碎化，减少了森林的再生。在泰国东北部地区(Panayotou et al, 1994)、北部和中部地区(Griffiths et al, 2001)，道路建设导致林地转变为作物生产地或放牧地。Patarasuk(2012) 分析了1989-2006 年间泰国华富里府的道路变化范围和土地覆盖变化，结果表明，道路建设导致经济作物的增加和森林的减少，这种变化随着与道路的距离增加而减少。在越南北部山区，可达性是土地利用变化的重要驱动因子(Rasul et al, 2003)。
森林采伐是热带森林面积减少和物种丧失的主要原因之一。由于采伐方式、强度、间隔时间的不同，采伐对于森林生态系统的结构、功能和生物多样性的影响存在较大差别(Chazdon, 2003)。Kan- ninen 等(2007)认为，选择性砍伐只将很小比例的树木砍伐，与皆伐相比对环境和生物多样性没有严重影响。若移除冠层的比例低，则选择性伐木的影响则相对较小且是短期的；但若移除冠层的比例高，则可能彻底改变树种的基本生态过程。Bhandari (2003)认为选择性伐木是森林生态系统可持续性的主要威胁，是造成森林退化的主要原因之一。Mon (2012)对缅甸巴格城市中心山区的经济林进行了调查(此地区自1856 年以来采用选择性伐木系统(简称MSS)，结果表明，当采伐强度在MSS 许可的范围之内时，选择性伐木则不会引起区域内的森林退化，但高于MSS 许可的强度范围后，森林退化的可能性则会明显增加。
表3中南半岛森林覆被变化的直接影响因素
Tab.3 Direct driving forces of forest cover change in the Indo-China Peninsula
影响因素经济林扩张
刀耕火种农业道路建设选择性伐木
数量增/减
天然林面积减少，人工
林面积增加
短期内使森林面积减意大利袋鼠
少，长期内对森林面积
的影响与不同休耕周期
下的森林恢复直接相关
导致森林面积减少，这
种变化与距道路距离、
道路等级相关
直接导致森林面积减少
对森林覆被的影响
退化/恢复
橡胶林、油棕榈生长的排他性
特点，造成天然林难以再生
使森林退化为最初阶段的演
替，造成一部分密闭型冠层的
森林消失
减少了森林的再生
当采伐强度低于一定阈值，则
不会引起森林退化，否则导致
森林退化
景观生态变化
林地景观组分单一化，生物
多样性降低
有识之士造成林地破碎度显著提高
关于承诺的作文加速森林景观破碎化
对于森林生态系统的结构、
功能和生物多样性存在影
响，且与采伐方式、强度、频
率直接相关
主要作用区域
西双版纳、湄公河沿岸、
泰国南部、越南南部、柬埔
寨东部和东南部老挝北部、
缅甸北部、越南北部
“金三角”地区
缅甸、老挝中部和南部、
柬埔寨
