1987—2018年西双版纳橡胶林时空变化及其线状特征

翟佳豪，刘 影，肖池伟

（1. 江西师范大学地理与环境学院，南昌 330022；2. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101）

橡胶树（Hevea brasiliensis）原产于亚马孙河流域，主要种植在赤道附近全年潮湿多雨的地区，如巴西和印度尼西亚等传统种植区。为了国防建设和经济发展，打破西方封锁，20 世纪50 年代初中国投入大量资金研究在非传统地区种植橡胶林的可行性，并在云南西双版纳地区成功种植（Li et al.,2012）。其后的几十年间，橡胶林在西双版纳地区迅速扩张。尽管橡胶种植可以显著提高农户收入、增加就业机会和改善生计（Zhang et al.,2015），但其造成的土地占用和粮食安全问题也是不争的事实（Chiarelli et al.,2018），对生态环境造成的负面影响更为突出，如热带雨林消失、生物多样性减少、水土流失、土壤肥力下降等（周宗等，2006；Li et al., 2007; Zhang et al., 2007; Guardiola-Clara et al.,2008;De Blecourt et al.,2013）。西双版纳橡胶林种植具有明显的地域分布特征且扩张势头强劲（张佩芳等，2006；刘晓娜等，2013）。因此，及时准确地掌握橡胶林空间分布、时空扩张过程与特征，对促进橡胶可持续发展和维持区域生态系统稳定意义重大。

已有对橡胶林种植研究集中在种植面积、空间分布变化及其生态环境效应等方面（刘晓娜等，2013；廖谌婳等，2014），侧重讨论橡胶林分布与地形因子（海拔、坡度、坡向）之间的关系（李增加 等，2008；封志明 等，2013；李阳阳 等，2017）。事实上，除了地形因素制约，人工种植园（如茶园）往往还受道路、河流的影响，即倾向于沿道路、河流（水源）扩张种植（刁亚芹等，2013；李雪柔等，2020）。与道路和河流的距离是农户种植经济作物时选择区位的重要影响因素（Xiao et al.,2015），但在橡胶林扩张种植中尚未有相关报道。地理景观格局和过程往往受到道路的直接影响而改变（李月辉等，2003），沿线景观转移变化幅度与道路干扰强度呈正比，即道路驱动着沿线景观格局发生变化（张景华等，2013；Zheng et al.,2021），如青藏公路沿线地区的草地退化严重而建设用地增加迅速，同时景观破碎化程度加剧（张镱锂等，2002；阎建忠等，2003）。自然林大规模转换为橡胶林是过去几十年来西双版纳地区最明显的景观变化（李红梅等，2007；Ziegler et al.,2009；刘晓娜等，2014），因此有必要开展西双版纳道路沿线橡胶林分布特征研究。同时，橡胶（树）生长对水分的需求极高，土壤含水量是橡胶树生长和产胶量的重要影响因素（李国尧等，2014；张明洁等，2015）。一般而言，河流及其附近区域土壤含水量更高（蔡亮红等，2017），对橡胶（胶乳）产量影响较大，特别在旱期灌溉更为重要（陈瑶，2010）。而已有研究普遍关注降水对橡胶林种植区位的选择以及橡胶林扩张种植对气候（降水）的影响（刘少军等，2015；2016），鲜有关注橡胶林沿河流（水源）扩张特征。另外，自1990年以来中国—中南半岛地缘政治经济合作不断加强，边境地区的土地利用/覆被已经或正在发生急剧变化（刘晓娜等，2013），人工种植园的持续扩张是导致自然林减少的主要原因（冯京辉等，2021）。其中，西双版纳橡胶林的扩张表现最为明显，并持续向中国与老挝、缅甸交界的地区扩张（刘晓娜等，2014），且其跨境种植势头不可逆（封志明等，2013；Xiao et al.,2019a），但其扩张规律亟待进一步研究。

基于此，本文利用1987—2018年西双版纳橡胶林空间分布数据产品，基于GIS空间分析方法，定量揭示过去32年西双版纳橡胶林在河流沿线、交通廊道以及边境地区的空间分布规律和线状特征。以期明晰西双版纳地区橡胶林种植的空间分布规律，为未来橡胶林的合理布局与可持续发展提供参考。

1 研究区概况

西双版纳位于21°10′—22°40′N、99°55′—101°50′E之间，面积约19 124.5 km2，西南与缅甸接壤，东南与老挝相连（图1）。西双版纳地势周围高、中间低，西北高、东南低，山地丘陵占95%，海拔为369～2 404 m（图1-a）。西双版纳地处热带北部边缘，北有哀牢山、无量山为屏障，南面东西两侧靠近印度洋和孟加拉湾，形成了高温多雨、旱雨季分明的气候特征。年均温18.9～22.6 ℃，年均降雨量1 136～1 513 mm；旱季从当年11月到次年4月，雨季为5―10 月。西双版纳下辖一市两县（景洪市、勐腊县、勐海县），首府位于景洪市，共32个乡镇，常住总人口118万人（2018年①https://www.xsbn.gov.cn/597.news.detail.dhtml?news_id=78799）。西双版纳主要公路有213 国道、171 县道、允大公路、昆磨高速公路等（图1-b），主要河流有澜沧江、补远江、流沙河、南阿河、南腊河等（图1-c）。

西双版纳是中国第二大天然橡胶生产基地，橡胶是西双版纳的特色支柱产业，成为农民增收和地方财政收入的主要来源。但橡胶林的急剧扩张也给生态环境带来了很多不利的影响（Mann, 2009），其中自然林的不断减少尤其突出。西双版纳热带雨林作为中国重要和独特的生态系统，具有唯一性和不可替代性（吴学灿等，2020）。但由于橡胶需求量增大，导致西双版纳众多热带雨林转化为人工橡胶林（邹国民等，2015）。单一化橡胶林种植改变了西双版纳热带雨林的景观格局，并出现较为严重的片段化和破碎化（张佳琦等，2013）。

西双版纳橡胶林种植面积从1987 年的329.7 km2增加到2018 年的2 287.2 km2，其中景洪市（1 086.5 km2） 和勐腊县（1 122.2 km2） 占比约96.6%，勐海县不到78.5 km2（Xiao et al., 2019b）。橡胶林种植面积在2000―2010年增长速度最快，10年间增加了1 374.1 km2，占32 年间增长总面积的70.2%；2010年后由于橡胶价格低迷和“地尽其用”（封志明等，2013；李达 等，2020），到2018 年全州橡胶种植面积仅增加了97.1 km2。当前，西双版纳的橡胶林主要分布在景洪市的景哈乡、嘎洒镇、勐罕镇和勐龙镇，勐腊县的关累镇、勐捧镇、勐满镇和勐仑镇，而勐海县的橡胶种植高度集聚于中缅边境的打洛镇（图1-d）。

图1 西双版纳地形（a）、道路（b）、河流（c）及当前橡胶林分布（d）Fig.1 The topography(a),road(b),river(c)and current rubber plantations distribution(d)of Xishuangbanna

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

西双版纳橡胶林空间分布数据产品源于已有研究（Xiao et al., 2019b），时间尺度为1987—2018年、空间分辨率为30 m。从中选取1987、1990、2000、2010、2018年为代表年份，据此表征不同时间节点橡胶林的空间分布，并分析过去32年西双版纳橡胶林的线状（沿道路、河流与边境线）扩张特征。

道路和水系矢量数据来源于OSM（OpenStreet-Map, https://www.openstreetmap.org），这是一款由网络公众共同打造的免费开源地图，具有高丰富性和准确性等优点（罗路长等，2017）。基于OSM的道路和水系矢量数据提取西双版纳的主要道路（如允大公路）和河流（如澜沧江）（见图1-b、c）。

2.2 研究方法

基于1987年西双版纳橡胶林分布与道路、河流的距离关系，定义缓冲区距离为道路、河流两侧5 km，以1 km 为间隔建立缓冲区量化西双版纳橡胶林在道路、河流沿线的线状扩张特征。

在对边境研究和边境管理中，通常将边境地区定义为距国境线20 km 的带状区域（刘景峰等，2006；刘美玲等，2006a，2006b）。基于此，在国境线中国一侧建立5、10、15、20 km 4 个缓冲带，定量刻画西双版纳橡胶林在边境地区的分布特征和扩张规律。需要说明，在构建边境地区缓冲区时，中缅和中老边境缓冲区在勐腊县境内的关累镇和勐捧镇重叠部分较多，鉴于关累镇大部分与缅甸接壤，勐捧镇只与老挝相连，所以将关累镇境内橡胶林归为中缅边境，勐捧镇境内橡胶林归为中老边境。

3 结果与讨论

3.1 橡胶林沿道路扩张特征

从西双版纳道路两侧不同距离内橡胶林种植面积（图2-a）及占比变化（图2-b）可知，1987—2018年，在西双版纳道路两侧0～1、1～2、2～3、3～4、4～5 km 范围内，橡胶林面积分别增加787.0、476.6、311.4、203.1、95.5 km2。不难发现，在不同时期，各缓冲带内橡胶林面积占比均随着距离的增加而减少，呈明显衰减趋势。换言之，橡胶林优先种植在距离道路更近的区域，即可达性高更有利于胶林开垦、种植、割胶和运输，道路交通条件对国营农场保障橡胶的及时转运、个体胶农割胶后的及时存储与交易具有重要作用。西双版纳道路两侧5 km内橡胶林种植面积由1987年的264.6 km2增加到2018 年的2 139.2 km2，增长了7.1 倍，而其余地区仅增长了1.3倍（78.7 km2）。过去32 年间，西双版纳96.0%的新增橡胶林位于道路两侧5 km以内的区域，特别是在允大公路、171 县道和昆磨高速两侧尤为明显。整体上，1987—2018 年道路沿线5 km内的橡胶林种植面积占比呈现先上升后趋于平稳的趋势。细言之，1987—2000 年道路沿线5 km 缓冲区内橡胶林的种植面积占比由81.3%持续上升到94.2%，面积增加了501.4 km2。2000年后5 km缓冲区内橡胶林种植面积占比维持在九成左右，且其增加面积高达1 373.2 km2。

图2 1987—2018年西双版纳道路沿线橡胶林面积（a）及占全区比例（b）变化Fig.2 Change of rubber plantation area(a)and proportions(b)along roads in Xishuangbanna from 1987 to 2018

距道路不同距离缓冲区内，橡胶林面积占比变化明显，0～1 km内先升后降，而1～2和2～3 km内稳中有升，3～4和4～5 km内则为先降后升，5 km以外明显的先降后稳。西双版纳橡胶林早期会在距离道路更近的地方种植，随后逐渐向两侧扩张。与此同时，随着橡胶林不断扩张，不同缓冲区内种植面积占比发生变化。其中，道路沿线2 km以内橡胶林扩张最为明显。1987―2000 年道路沿线2 km 内橡胶林的种植占比由53.6%持续上升到74.5%，相应面积增加了431.3 km2；其中超七成（310.2 km2）的增长发生在道路沿线1 km以内，其橡胶林面积达全区橡胶林种植总面积的一半以上。2000―2010年，橡胶林加速扩张，道路2 km 范围内种植面积增加了870.7 km2。虽然这一时期道路沿线2 km以内区域橡胶林面积占比下降，但仍维持在67.8%，而道路沿线2～5 km 内橡胶林面积占比呈上升趋势。由此可见，西双版纳橡胶林优先在道路沿线2 km内大规模种植；随着橡胶林不断向外扩张，2 km缓冲带内的面积占比有所下降，但其面积仍增长迅速。2010年后西双版纳橡胶林面积快速增长态势减弱，道路附近种植空间所剩不多，加之2012年以来天然橡胶价格持续下跌，部分个体胶农改种经济收益更高的其他作物，如菠萝、香蕉等。该时期，道路沿线1 km范围内橡胶林种植面积首次减少，占比由45.4%下降到39.4%；但道路5 km范围内橡胶林面积依然增加，占比也略有上升。由此可知，交通运输及其道路可达性是影响橡胶林扩张种植的重要因素。

3.2 橡胶林沿河流扩张特征

1987年以来，西双版纳橡胶林种植面积在河流沿线5 km 内明显增加，由1987 年的180.6 km2增加到2018年的1 665.2 km2，增长了近8.2倍（图3-a）。其中，河流沿线2 km以内增长了11.3倍，种植面积达851.2 km2，而全区仅增长了5.9 倍。由于橡胶种植对水分需求较大，橡胶林种植区位的选择倾向于距离河流更近的区域，如澜沧江、南阿河与南腊河沿岸地区。不难发现，这些区域普遍地势低平，土壤含水量较高且靠近水源，十分适宜橡胶林种植。

图3 1987—2018年西双版纳河流沿线橡胶林面积（a）及占全区比例（b）变化Fig.3 Change of rubber plantations area(a)and proportion(b)along rivers in Xishuangbanna from 1987 to 2018

1987—2018 年，西双版纳有76.0%（1 484.6 km2）的新增橡胶林位于河流沿线5 km 以内，其中40%位于2 km 内。具体地，1987―2000 年，河流沿线1 km 内橡胶林扩张速率最快，在2000 年占比最高，达26.7%。2000年后河流沿线1 km以内和1～2 km 内橡胶林占比有所下降，其他区域占比上升（图3-b）。1987—2018 年，在西双版纳河流沿线0～1、1～2、2～3、3～4、4～5 km，橡胶林面积分别增加了342.9、313.0、259.1、206.3、158.1 km2。由此可知，距离河流越近，橡胶林种植面积增加越多。此外，2000 年以来，距离河流5 km 以外区域的橡胶林种植面积增加近七成（71.7%），橡胶林由河流沿线逐渐向外不断扩张。不言而喻，“地尽其用”导致西双版纳橡胶林不断向距离河流更远的地方发展，橡胶林从种植的“适宜区”逐渐向“非适宜区”扩张。

特别地，2010年以来，西双版纳橡胶林种植面积在河流沿线2 km 区域内出现首次下降，共减少77.1 km2。原因可能包括：1）2012年天然橡胶价格大幅度下跌，许多个体农户纷纷砍伐橡胶林而改种其他经济收益较高的作物（如菠萝、甘蔗、香蕉等）。2）河流沿线的土地地势低平，更适合人工建设用地的发展，随着城镇化进程的不断发展，建设用地逐渐侵占河流附近原有的橡胶林地（刘怡媛等，2019）。3）西双版纳政府实施的生态保护政策中要求建设环境友好型橡胶林，如西双版纳生物产业作物办公室“十二五”规划明确指出河流附近需要恢复种植自然植被（西双版纳人民政府，2012），导致河流附近的部分橡胶林减少（刘怡媛等，2019）。4）橡胶种植使用的化肥和除草剂会导致水质下降（Xu et al.,2014），因此保证饮用水源不受污染也是河流附近橡胶林减少的重要原因之一。

需要说明，西双版纳地形起伏度较大，山地丘陵占95%以上，一般而言，道路大多分布在地势低平的河谷。在GIS空间分析时，导致道路与河流沿线橡胶林重合较多，道路两侧的橡胶林同样也位于河流沿线。在今后实地考察和农户调研中，需进一步厘清人类活动（居民点等）对橡胶种植区位选择的影响及其驱动因素分析。

3.3 橡胶林沿边境扩张特征

1987—2018 年，西双版纳边境地区（距国境线20 km以内）橡胶林种植面积由115.3 km2增加到1 508.4 km2，增长了12.1 倍（图4-a）。过去32 年间，中缅边境橡胶林种植面积增加了861.6 km2，超过边境地区增加面积的六成，年均增加27.8 km2，高度集中在勐龙镇、景哈乡和打洛镇。同一时期，中老边境橡胶林增加面积约占边境地区的四成，年均增加17.1 km2，主要集中在勐捧镇、勐满镇、磨憨镇和勐腊镇。受地缘合作的影响，边境地区橡胶林扩张种植势头强劲，且中缅边境橡胶林扩张速率和面积均高于中老边境。

图4 1987—2018年西双版纳边境地区橡胶林面积（a）及占全区比例（b）变化Fig.4 Change of rubber plantations area(a)and proportion(b)in xishuangbanna border region from 1987 to 2018

过去32年间，西双版纳边境地区的橡胶林平均占全区橡胶林种植面积的55.6%以上，平均占比由1987年35.4%上升到2018年的66.2%。其中，边境沿线10 km 以内平均占比近四成，边境地区的橡胶林种植面积及其占比总体呈不断增加趋势，且增加的面积及速度均远高于非边境地区。由此可知，西双版纳橡胶林扩张种植具有明显的趋边性特征，即持续向靠近老挝和缅甸的边境地区扩张。然而，受土地资源限制，当前西双版纳橡胶林已占用了大部分的橡胶种植适宜区，未来可供橡胶林种植的区域十分有限（即“地尽其用”）；而老挝和缅甸境内有较大的橡胶林种植适宜区，因此，西双版纳的橡胶林种植向老挝、缅甸跨境种植已是不可避免（封志明等，2013）。

西双版纳与缅甸和老挝2个中南半岛国家相邻，受地缘政治经济合作持续加强的影响，橡胶林在边境地区扩张迅速，缅甸、老挝与西双版纳相邻的部分省份也开始种植橡胶林。特别是为了维护边疆安全稳定，减少边境地区的毒品犯罪活动，以及从源头上铲除毒源，中国自1990年以来开始实施境外罂粟替代种植项目（李隆伟等，2021），即种植其他经济作物（橡胶、甘蔗、茶叶、水果等）以减少罂粟的种植，涉及区域包括老挝北部和缅甸东部，其中橡胶是最主要的替代种植品种。西双版纳作为“替代种植”政策的主要实施地，促使缅甸和老挝境内的橡胶林（特别是靠近中国的边境省份）持续扩张（李宇宸等，2020），如老挝北部琅南塔省2018年橡胶林种植面积已是2011年的2倍（Xiao et al.,2020）。

由于西双版纳地区的橡胶种植面积与产量在一定程度上已达到了“瓶颈”，而中国是世界第一大天然橡胶消费和进口国，因此迫切需要加强保障天然橡胶的供应能力。中南半岛地区作为世界上最重要的橡胶主产区且毗邻中国，当前和未来相当长时间内仍是中国橡胶进口的主要来源地。与此同时，近些年来橡胶的跨境种植愈来愈热，即利用中国的资金与技术以及中南半岛邻国的土地、劳动力，从而供应国内的天然橡胶需求。由此，中国―中南半岛橡胶种植和跨境合作种植是农林合作的优先领域。

4 结论

利用1987—2018 年西双版纳30 m 分辨率橡胶林数据集，基于GIS空间分析方法，定量揭示了过去32 年间西双版纳橡胶林时空变化及其在道路沿线、河流沿线和边境地区的分布特征。得到的结论主要有：1）道路对橡胶林种植区位的选择具有重要导向作用。橡胶林种植会优先选择在距离道路较近的区域。因不便于采胶或者橡胶林更新换代，距离道路较远、交通可达性较差的地区可能会减少橡胶种植或者改种其他经济作物。2）河流沿线也是橡胶林扩张的主要区域，其土壤含水量高且便于灌溉，更适宜橡胶林的种植。受橡胶价格下跌、建设用地扩张、生态环境保护等影响，2010年以来河流沿线部分区域橡胶林面积逐渐减少。3）西双版纳橡胶林扩张具有明显的趋边性特征，边境地区占全州橡胶林种植面积的比例持续上升。中缅和中老边境橡胶林种植面积均不断增加，中缅边境扩张速率和面积高于中老边境。

本文的橡胶林分布数据产品重点关注了成林而忽略了橡胶幼林，而其他统计结果也可能会遗漏个体农户种植的小块橡胶林。因此，有必要开展针对橡胶幼林的遥感识别方法研究，特别是利用高时空分辨率数据源（如Sentinel-2）进行更为精细的橡胶林遥感制图。