评估树脂采伐对伊比利亚半岛西北部Pinus pinaster林分光谱指数响应的影响

《Forest Ecology and Management》：Evaluation of the impact of resin tapping on the spectral index response of Pinus pinaster stands in the NW of the Iberian Peninsula

松树树脂采割对光谱响应的影响研究基于三个地点的遥感数据，采用CIG、RDI、DSWI、NDVI和NDWI五种植被指数分析树脂采割与对照林的光谱差异。通过Mann-Kendall检验和Pettitt检验评估时间序列趋势和突变点，结果显示采割林与对照林光谱响应无显著差异，说明树脂采割对植被生理指标影响微弱。

　　### 中国科学家解读：树脂采集对松树的光谱响应影响研究

在全球范围内，松树树脂作为一种重要的非木质林产品，长期以来为人类提供了多种经济价值和服务。它不仅是一种可再生资源，还在碳封存、森林保护等生态系统服务中扮演着关键角色。随着对森林资源利用和保护意识的提升，研究如何评估树脂采集活动对树木健康和生态影响变得愈发重要。这项研究旨在利用卫星遥感技术，分析树脂采集对松树光谱响应的影响，特别是针对**Pinus pinaster**（石松）这一主要树脂来源树种。研究覆盖了西班牙西北部的三个地点，通过比较树脂采集与未采集区域的光谱数据，探讨其对树木生理和生态指标的潜在影响。

#### 研究背景与意义

森林生态系统在社会中具有重要地位，其多样化的类型为全球提供了广泛的服务，包括生态、社会和经济方面。在许多发展中国家，非木质林产品（NWFPs）成为经济、社会和环境财富的重要来源。同时，这些产品的市场也在欧洲迅速扩展。松树树脂因其可再生性以及其在化学工业中的应用价值，成为其中最为重要的非木质林产品之一。然而，关于树脂采集对树木健康的具体影响，科学界仍存在争议。

树脂采集通常通过手动方式实现，近年来也出现了机械化采集的趋势。采集过程中，树干被切割并去除树皮和形成层，以促进树脂分泌。这一过程会引发树木生理变化，如树脂通道的形成和树脂导管的增大。然而，关于这些变化是否会对树木的整体健康产生影响，目前尚无统一结论。某些研究指出树脂采集可能会影响树木的年轮形成，而另一些则认为其对树木活力的影响微乎其微。

#### 研究方法与数据处理

本研究选择了西班牙莱昂省的三个地区（Villaviciosa、Bra?uelas和Tabuyo del Monte）作为研究区域，共覆盖686公顷。这些区域以地中海气候为主，年均温12°C，年降水量431.1毫米，且每年至少有两个月处于干旱状态。研究选取了33个松树林，其中一部分进行了树脂采集，另一部分作为对照组未进行采集。数据采集时间跨度为五年，包括采集前和采集后的时期。

为了分析树脂采集对树木光谱响应的影响，研究采用了Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper Plus（ETM+）的卫星图像，因为其能够提供完整的时间序列数据。研究团队从每个树冠中提取了五年的时间数据，并通过图像预处理，包括坐标系统重投影、图像裁剪、云层和阴影去除等步骤，以确保数据质量。随后，研究使用了五种植被指数（CIG、RDI、DSWI、NDVI和NDWI）来评估树冠的光谱响应变化。这些指数主要基于红光、近红外（NIR）和短波红外（SWIR）波段，用于检测树木的叶绿素含量、细胞结构和水分状态。

为了确保分析的准确性，研究采用了非参数统计方法，包括**Mann-Kendall（MK）测试**和**Pettitt测试**。MK测试用于检测数据系列中是否存在单调趋势，而Pettitt测试则用于识别数据中的突变点。此外，为了处理可能存在的自相关问题，研究采用了**Bootstrap-based Mann-Kendall（BS-MK）测试**，并结合Sen’s slope估计器来评估趋势的斜率。

#### 研究结果与分析

研究结果表明，在所选的三个地点中，树脂采集对树木光谱响应的影响并不显著。具体而言，所有植被指数在树脂采集与未采集树冠之间的差异数据系列中，均未显示出明显的单调趋势或突变点。这一发现表明，树脂采集活动对松树的光谱响应几乎没有影响，从而推测其对树木健康和生理状态的影响可能也较为有限。

从统计结果来看，**RDI（比干旱指数）**表现出最高的显著趋势比例，平均为35.99%。然而，这一比例仍远低于预期，表明即使在某些特定区域，树脂采集对光谱响应的影响也不足以形成明显的趋势。此外，**CIG（叶绿素绿色指数）**、**NDVI（归一化植被指数）**和**DSWI（疾病水分压力指数）**的显著趋势比例较低，分别为12.46%、10.04%和6.98%。这些指数的显著趋势多为负值，意味着树脂采集树冠与对照树冠之间的光谱差异逐渐缩小，这可能表明树脂采集并未显著改变树木的光谱特征。

在空间分布上，显著趋势的像素在不同地点呈现出不同的模式。例如，在Villaviciosa和Tabuyo del Monte地区，显著趋势的像素较为分散，而在Bra?uelas地区，显著趋势的像素集中在特定的树冠区域。这一现象可能与不同地点的树冠管理方式、环境条件或树脂采集的频率有关。此外，研究还发现，树脂采集开始后，树木的光谱响应并未发生明显的突变，这表明树脂采集活动可能不会在短期内对树木造成显著的生理变化。

#### 讨论与启示

尽管研究结果表明树脂采集对松树的光谱响应影响较小，但这一发现仍具有重要的生态和经济意义。首先，它表明树脂采集活动可能对森林生态系统的整体健康影响有限，从而支持了其作为可持续林产品开发的潜力。其次，研究结果为未来利用遥感技术监测树脂采集活动提供了科学依据，即通过光谱指数的变化可以较为准确地评估树脂采集对树木的影响。

然而，研究也指出了一些潜在的局限性。例如，所选的地点仅限于西班牙西北部，且研究仅针对**Pinus pinaster**这一特定树种。因此，研究结果可能不适用于其他地区或树种。此外，研究仅测试了五种常见的植被指数，未来可能需要探索更多新型指数或开发专门用于树脂采集监测的指数，以提高检测的准确性和敏感性。

从实际应用角度来看，树脂采集活动的机械化趋势可能会改变树木的生理响应，因此需要进一步研究其对树木长期健康的影响。同时，树脂采集过程中使用的化学刺激剂（如硫酸、茉莉酸或水杨酸）是否会对树木光谱响应产生影响，也是一个值得深入探讨的问题。

#### 研究结论

本研究通过卫星遥感技术和统计分析方法，首次系统地评估了树脂采集对松树光谱响应的影响。研究发现，树脂采集并未在大多数情况下导致显著的光谱响应变化，因此可能对树木健康和生态影响较小。这一结论为树脂采集活动的可持续发展提供了科学支持，同时也为未来遥感技术在非木质林产品监测中的应用提供了参考。

然而，研究也指出，由于所选区域和树种的局限性，未来需要进一步扩展研究范围，以涵盖更多地理区域和树种。此外，研究建议开发更专门化的植被指数，以提高对树脂采集影响的检测能力。通过这种方式，遥感技术可以更有效地用于监测和评估树脂采集活动对森林生态系统的影响，从而为森林管理和政策制定提供科学依据。