Luận án Tiến sĩ: Giám sát và Lập Bản Đồ Quy Mô Rừng Công Nghiệp tại Malaysia

Luận án tiến sĩ về giám sát và lập bản đồ quy mô rừng công nghiệp tại Malaysia, tập trung vào phương pháp và ứng dụng công nghệ hiện đại.

Trường đại học

Michigan State University

Chuyên ngành

Forestry

Tác giả

Uy Duc Pham

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

dissertation

2016

277
4
0

Phí lưu trữ

55 Point

Mục lục chi tiết

ABSTRACT

ACKNOWLEDGEMENTS

TABLE OF CONTENT

1. CHAPTER 1: OVERVIEW

1.1. In the Asia-Pacific Region

1.2. Industrial Forest: Concepts and Definitions

1.3. The Development of Industrial Forests (IFs) in the Asia-Pacific Region

1.4. The Development of Industrial Forests in Malaysia

1.5. Literature Review of the Studies on Industrial Forests

1.6. Literature Review of the Studies on the Methods Development for Detecting and Mapping Industrial Forests

1.7. The Significance of this Study: Problems and Rationale

1.8. Selection of the Study Area and Industrial Forest Systems

1.8.1. Industrial Forest Systems Studied

1.9. Research Questions and Objectives

1.9.1. Research Questions

1.9.2. Objectives

1.10. Research Methods

1.11. The Flowchart of the Study

2. CHAPTER 2: DEVELOPING THE VEGETATION INDICES-BASED INDUSTRIAL FOREST DETECTION METHOD FOR LANDSAT DATASETS

2.1. Acquiring and Preprocessing Images

2.2. Developing the Method

2.3. Results

2.3.1. Textural Analysis

2.3.2. Spectral Analysis

2.3.3. Visual Interpretation and Using Other Data

2.3.4. Making IF Maps

2.4. Discussions and Conclusions

3. CHAPTER 3: DEVELOPING THE VEGETATION/FOREST FRACTIONAL COVER-BASED INDUSTRIAL FOREST DETECTION METHOD FOR LANDSAT DATASETS

3.1. Acquiring and Preprocessing Images

3.2. Developing the Method

3.3. Results

3.3.1. Spectral Analysis

3.3.2. Textural Analysis

3.3.3. Visual Interpretation and Using Other Data

3.3.4. Making IF Maps

3.4. Discussions and Conclusions

4. CHAPTER 4: ASSESSING THE INDUSTRIAL FOREST LAND USE AND LAND COVER CHANGES, AND THEIR CONSEQUENCES

4.1. Industrial Forest Land Use and Land Cover Changes

4.1.1. The fC-based LULCC

4.1.2. The Pattern Indices for IF LULC Changes

4.1.3. The Vegetation Indices-based LULCC

4.2. Assessments of the IF LULC Changes and their Consequences

4.2.1. The Consequences of the IF LULC Changes

4.3. Discussions and Conclusions

5. CHAPTER 5: SYNTHESIS

5.1. Applicability

APPENDIX

REFERENCES

Tóm tắt

I. Giám sát rừng công nghiệp Malaysia

Nghiên cứu tập trung vào giám sát rừnglập bản đồ rừng tại Malaysia, đặc biệt là các khu vực rừng công nghiệp (IFs) ở Sabah và Sarawak. Rừng công nghiệp Malaysia đã mở rộng nhanh chóng từ năm 2000 đến 2014, với tốc độ tăng trưởng hàng năm đáng kể. Phương pháp sử dụng dữ liệu Landsat kết hợp với phân tích chỉ số thực vật (VIs)phân đoạn che phủ rừng (fC) đã được phát triển để theo dõi sự thay đổi quy mô và đặc điểm của IFs. Kết quả cho thấy sự mở rộng của IFs đã thay thế phần lớn rừng tự nhiên bị xáo trộn, dẫn đến giảm đáng kể lượng carbon trên mặt đất và đa dạng sinh học.

1.1. Phương pháp giám sát rừng

Phương pháp giám sát rừng dựa trên dữ liệu Landsat được phát triển để theo dõi sự thay đổi của rừng công nghiệp Malaysia. Các chỉ số thực vật (VIs) như ARVI, EVI, và MSAVIaf được sử dụng để phân tích sự thay đổi che phủ rừng. Kết quả cho thấy phương pháp dựa trên phân đoạn che phủ rừng (fC) có độ chính xác cao hơn so với phương pháp dựa trên VIs, với độ chính xác sản xuất đạt 83% và hệ số Kappa là 0.46.

1.2. Tác động môi trường

Sự mở rộng của rừng công nghiệp Malaysia đã gây ra những tác động đáng kể đến môi trường. Phần lớn IFs thay thế rừng tự nhiên bị xáo trộn (81-95%), dẫn đến giảm lượng carbon trên mặt đất và phát thải CO2. Ngoài ra, sự suy giảm đa dạng sinh học cũng được ghi nhận, với tỷ lệ giảm 2.98% ở Sabah và 2% ở Sarawak.

II. Lập bản đồ rừng công nghiệp

Nghiên cứu đã phát triển các phương pháp lập bản đồ rừng dựa trên dữ liệu Landsat để xác định và theo dõi sự thay đổi của rừng công nghiệp Malaysia. Phương pháp dựa trên phân đoạn che phủ rừng (fC)chỉ số thực vật (VIs) được sử dụng để tạo ra các bản đồ IFs với độ chính xác cao. Kết quả cho thấy sự mở rộng của IFs chủ yếu do các khu vực quy mô lớn chi phối, nhưng các khu vực quy mô nhỏ cũng đóng góp đáng kể vào sự phát triển của IFs.

2.1. Phương pháp lập bản đồ

Phương pháp lập bản đồ rừng được phát triển dựa trên phân tích dữ liệu Landsat, bao gồm phân đoạn che phủ rừng (fC)chỉ số thực vật (VIs). Các bản đồ IFs được tạo ra với độ chính xác cao, đặc biệt là đối với các loại IFs như acacia và rubber. Phương pháp này cũng cho phép theo dõi sự thay đổi quy mô và đặc điểm của IFs theo thời gian.

2.2. Ứng dụng thực tiễn

Các bản đồ IFs được tạo ra từ nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao trong việc quản lý rừngbảo tồn rừng. Chúng cung cấp thông tin quan trọng về sự thay đổi quy mô và đặc điểm của IFs, giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định phù hợp để bảo vệ môi trườngphát triển bền vững.

III. Đánh giá tác động môi trường

Nghiên cứu đã đánh giá tác động môi trường của sự mở rộng rừng công nghiệp Malaysia. Kết quả cho thấy sự thay thế rừng tự nhiên bởi IFs đã dẫn đến giảm lượng carbon trên mặt đất và phát thải CO2 đáng kể. Ngoài ra, sự suy giảm đa dạng sinh học cũng được ghi nhận, với tỷ lệ giảm 2.98% ở Sabah và 2% ở Sarawak. Những tác động này cần được xem xét trong các chiến lược quản lý rừngbảo tồn rừng.

3.1. Tác động đến carbon

Sự mở rộng của rừng công nghiệp Malaysia đã dẫn đến giảm lượng carbon trên mặt đất, với mức giảm 11.5 Tg C ở Sabah và 24.7 Tg C ở Sarawak. Điều này cũng dẫn đến phát thải CO2 đáng kể, với 42.1 Tg CO2 ở Sabah và 90.5 Tg CO2 ở Sarawak trong giai đoạn nghiên cứu.

3.2. Tác động đến đa dạng sinh học

Sự thay thế rừng tự nhiên bởi IFs đã gây ra sự suy giảm đa dạng sinh học, với tỷ lệ giảm 2.98% ở Sabah và 2% ở Sarawak. Điều này cần được xem xét trong các chiến lược bảo tồn rừngphát triển bền vững.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

21/02/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MONITORING AND MAPPING OF THE EXTENT OF INDUSTRIAL FORESTS IN MALAYSIA By UY DUC PHAM A DISSERTATION Submitted to Michigan State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Forestry – Doctor of Philosophy 2016 ABSTRACT MONITORING AND MAPPING OF THE EXTENT OF INDUSTRIAL FORESTS IN MALAYSIA By UY DUC PHAM There are scattered studies in the international forestry sector that Industrial Forests (IFs) have been expanding as a newly-emerging Land Use and Land Cover Change (LULCC) in the tropics, especially in the Asia-Pacific region. However, these new tree plantations have not yet been well-documented; the area, along with its geography and land use dynamics, are not well known. Additionally, the drivers are not well understood, but it is widely believed that changes in tropical silviculture and increased international demand for wood and fiber are shifting to new demand centers in Asia. These trends have the potential to create global shifts in source producing areas, from long-standing IFs in North America and Europe to newer areas to the tropics.

Considerable remote sensing research and product development have been focusing on monitoring closed canopy natural forests, but less work has been done on intensively managed IFs, which involve techniques for remote characterization of the establishment, management, and rotation. Moreover, the studies to date have been geographically limited to some key areas, such as the Amazon and Indonesia, and more work needs to be done outside of these closed natural forest regions. This research is conducted in the tropical Asia-Pacific region with a focus on the new IFs in the Sabah and Sarawak states of Malaysia. This study aims to improve the knowledge base and understanding of the extent and characteristics of new IFs as a new agent of LULCC, and to develop the methods for Landsat data, in particular by using forest fractional cover (fC) and vegetation indices (VIs) analyses in time series integrated with textural, spectral, visual, and other analyses to detect and quantify IF LULCC patterns and dynamics in the country.

Results showed that the selected IFs-including acacia, rubber, and other IFs-have expanded quickly from 2000 to 2014 with a net increase of 288,547 ha at the annual mean rate of 20.1% in Sabah, and 459,898 ha at the annual mean rate of 59. The annual mean expansion rate of faster-growing, shorter-rotation acacia IFs at 28.4% in Sabah and 376.5% in Sarawak was much faster than that of slower-growing, longer-rotation rubber IFs at 13.7% in Sabah and 5.8% in Sarawak, as well as other IFs at 10.9 % in Sabah and 78. The development of IFs in both states was primarily dominated by the larger scale holdings; however, the role of the small-scale IFs in developing new IFs in the region grew through an increase of its total area and rate of change in area. The expansion of IFs in Sabah and Sarawak significantly contributed to a LULCC in the regions.

Most of these new IFs replaced disturbed natural forests (81-95%), followed by agricultural land (4-18%), and waste land (< 1%). These have caused a significant decline for the aboveground C stock in Sabah (11.5 Tg C) and Sarawak (24.7 Tg C), and resulted in an emission of 42.1 Tg CO2 in Sabah and 90.5 Tg CO2 in Sarawak over the period. The expansion of these new IFs had also led to a reduction in biodiversity in Sabah at 2.98% and in Sarawak at 2. The results also showed a possibility of developing the fC and VIs-based methods in a time series for Landsat datasets that could detect and monitor the extent, pattern, and scale of IFs in the tropics.

The accuracy for detecting the IF land using the fC-based method (with its producer’s accuracy at 83% and Kappa coefficient at 0.46) was higher than that of the VIs-based method. Among VIs, ARVI worked the best with its producer’s accuracy at 64% and Kappa coefficient at 0.4, followed by SAVI, SARVI, EVI, NDVIaf, and MSAVIaf. For both the fC-based method and the VIs-based method, the accuracy of detecting acacia and rubber IFs was better than that of other IFs in the region. In brief, this study successfully developed the fC- and VIs-based methods in multi-dated Landsat data to detect and quantify IF LULCC.

Copyright by UY DUC PHAM 2016 This dissertation is gratefully dedicated to my family, especially to my beloved wife, Lien Hoang Thi Pham, and to my adored daughter, Elise Pham or Linh Khanh Pham, who have encouraged, inspired me, and sacrificed a lot throughout my Ph. I would also like to dedicate it to my whole family, my parents, and my parents-in-law, who tirelessly support me during my entire doctorate program. Without their supports and love, I could not complete this dissertation study and my doctorate program. v ACKNOWLEDGEMENTS First and foremost, I would like to deeply express my sincere gratitude to my main advisor Professor David L.

Skole for the continuous, generous, and tireless support of my Ph. study, for his patience, motivation, kindness, and immense knowledge. His priceless guidance and comments helped me in all the time of research and writing this dissertation. Besides, I would like to sincerely thank all my guidance committee members: Prof.

Stuart Gage, Prof. Leefers, and Prof. Pascal Nzokou, for their insightful comments and encouragements. Without their guidance and supports, I could not complete this study.

On this occasion, I would like to give special thanks to Professor Richard Kobe, who has offered me an opportunity to study here, at the Department of Forestry, Michigan State University, USA. My thanks also go to my lab-mates and all staff at the Center of Global Observatory for Ecosystem Services (GOES), Michigan State University, especially to Daniel Zelenak and Hartanto Sanjaya for remote sensing and GIS technical discussions and supports, to Jay Samek and James Gray for many supports and insightful recommendations for my study, and also to Mr. James Gray and Ms. Cat Olenick for their English proofreading assistance for this dissertation.

I would also like to say thank you to all of Michigan State University’s Forestry Department Faculties, particularly to Dr. Phu Nguyen, Dr. Runsheng Yin, and Dr. David Rothstein for their early discussions, supports, and encouragement for my study; and to all my family members and friends, who have supported spiritually throughout my doctorate program.

Lastly, I would like to say that my words are never enough to say thank you to all of you for all what you have done and given to me. I really appreciate that and thank you very much again. vi TABLE OF CONTENT LIST OF TABLE ix LIST OF FIGURE xii KEY TO ABBREVIATIONS xx CHAPTER 1: OVERVIEW 1 1.2 Industrial Forest: Concepts and Definitions 5 1.3 The Development of Industrial Forests (IFs) in the Asia-Pacific Region 7 1.4 The Development of Industrial Forests in Malaysia 13 1.5 Literature Review of the Studies on Industrial Forests 16 1.1 In the Asia-Pacific Region 16 1.6 Literature Review of the Studies on the Methods Development for Detecting and Mapping Industrial Forests 21 1.7 The Significance of this Study: Problems and Rationale 23 1.8 Selection of the Study Area and Industrial Forest Systems 26 Industrial Forest Systems Studied 27 1.9 Research Questions and Objectives 29 Research Questions 29 Objectives 30 1.10 Research Methods 30 Validation 32 1.11 The Flowchart of the Study 37 CHAPTER 2: DEVELOPING THE VEGETATION INDICES-BASED INDUSTRIAL FOREST DETECTION METHOD FOR LANDSAT DATASETS 38 2.2 Acquiring and Preprocessing Images 40 2.3 Developing the Method 44 2.2 Results 45 Textural Analysis 62 Spectral Analysis 70 Visual Interpretation and Using Other Data 79 Making IF Maps 83 2.5 Discussions and Conclusions 97 vii CHAPTER 3: DEVELOPING THE VEGETATION/FOREST FRACTIONAL COVER- BASED INDUSTRAL FOREST DETECTION METHOD FOR 101 LANDSAT DATASETS 3.2 Acquiring and Preprocessing Images 102 3.3 Developing the Method 103 3.2 Results 105 Spectral Analysis 120 Textural Analysis 120 Visual Interpretation and Using Other Data 122 Making IF Maps 123 3.5 Discussions and Conclusions 130 CHAPTER 4: ASSESSING THE INDUSTRIAL FOREST LAND USE AND LAND COVER CHANGES, AND THEIR CONSEQUENCES 133 4.1 Industrial Forest Land Use and Land Cover Changes 133 4. The fC-based LULCC 133 The Pattern Indices for IF LULC Changes 140 4.

The Vegetation Indices-based LULCC 145 4.2 Assessments of the IF LULC Changes and their Consequences 154 The Consequences of the IF LULC Changes 161 4.3 Discussions and Conclusions 171 CHAPTER 5: SYNTHESIS 180 5.3 Applicability 184 APPENDIX 185 REFERENCES 236 viii LIST OF TABLES Table 1. A summary of plantation areas and the rate of their change in Malaysia by state…. The principal requirements for a sampling scheme to validate the developed methods……………………………………………………. The ways for assessing accuracy of IF maps derived from Landsat datasets………………………………………………………………….

Sequences of the vegetation cover changes based on the changes of VI values (MSAVIaf) in 30 key areas chosen to observe in Sabah and Sarawak, 2000-2014…………………………………………………. The changes of MSAVIaf values in some key areas in Sabah, 2000- 2014. The accuracy assessment results for ARVI, EVI, MSAVIaf, NDVIaf, SARVI, and SAVI-based IF land detection methods for Landsat data… 93 Table 2. The accuracy assessment results specific for acacia, rubber, and other IFs for ARVI, EVI, MSAVIaf, NDVIaf, SARVI, and SAVI-based IF detection methods for Landsat data………………………………….

The fC value changes in 30 monitored key locations in Sabah, 2000- 2014. The accuracy assessment results for the fC-based IF land detection method …………………. The accuracy assessment results specific for acacia, rubber, and other IFs for the fC-based IF detection method for Landsat data……………. The IF area expansion in Sabah, 2000-2014………………………….

The IF area expansion in Sarawak, 2000-2014………………………. The area (in ha) of large-scale and small-scale IFs in Sabah, 2000- 2014…………………………………………………………………… 138 Table 4. The percentage of large-scale and small-scale IFs in Sabah, 2000- 2014……………………………………………………………………. The area (in ha) of large-scale and small-scale IFs in Sarawak, 2000- 2014…………………………………………………………………….

The percentage of large-scale and small-scale IFs in Sarawak, 2000- 2014……………………………………………………………………. The new IF areas and their LULC replacements in Sabah, 2000-2014… 156 Table 4. The new IF areas and their LULC replacements in Sarawak, 2000-2014 159 Table 4. The above ground carbon stock values (tC ha-1/MgC ha-1) for the classified LULC types in Sabah and Sarawak (adapted from Agus et al., 2013a; Agus et al.

Comparisons of ABG stocks (Mg) of new IFs and their LULC replacements in Sabah…………………………………………………. Comparisons of C stocks (Mg) of new IFs and their LULC replacements in Sarawak………………………………………………. The number of species in the different LULC types in the study area…. The percentage of declining or increasing number of species if UF, DF and OP lands were converted into IF land……………………………… 168 Table 4.

Estimating the biodiversity loss caused by the expansion of the new IFs in the study area from 2000 to 2014 (adapted from Brook et al. The full list of Landsat scenes used for the study in Sarawak, Malaysia, 2000-2014………………………………………………………………. The date, type, and cloud coverage of Landsat scenes used for the study in Sarawak, Malaysia, 2000-2014………………………………………. The full list of Landsat scenes used for the study in Sabah, Malaysia, 2000-2014……………………………………………………………….

The date, type, and cloud coverage of Landsat scenes used for the study in Sabah, Malaysia, 2000-2014…………………………………………. The changes of ARVI, EVI, MSAVIaf, NDVIaf, SARVI, and SAVI values in 30 key areas in Sabah, 2000-2014……………………………. The result for calculating the growth rate of VIs in Sabah, 2000-2014… 207 x Table A. The GLCM_MEA, DIS, and HOM values for different LULC types in VIs, band 4 and 5 images in Sarawak, 2000-2014……………………… 213 Table A.

The GLCM_MEA, DIS, and HOM values for different LULC types in VIs, band 4 and 5 images in Sabah, 2000-2014………………………… 215 Table A. The PCA, ICA, TCA, band 4 and band 5 values for different Land Use Land Cover (LULC) types in Sabah, 2000-2014………………………. The PCA, ICA, TCA, band 4 and band 5 values for different Land Use Land Cover (LULC) types in Sarawak, 2000-2014……………………. The fC value changes and its change sequence in 30 monitored key locations in Sarawak, 2000-2014……………………………………….

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu "Giám sát và lập bản đồ quy mô rừng công nghiệp tại Malaysia" cung cấp cái nhìn toàn diện về các phương pháp và công nghệ hiện đại được sử dụng để theo dõi và quản lý rừng công nghiệp. Nó nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát rừng trong việc đảm bảo phát triển bền vững, bảo vệ môi trường và tối ưu hóa nguồn tài nguyên. Độc giả sẽ hiểu rõ hơn về cách các công cụ như viễn thám và GIS được áp dụng để lập bản đồ và phân tích quy mô rừng, từ đó đưa ra các quyết định quản lý hiệu quả.

Nếu bạn quan tâm đến các nghiên cứu liên quan đến quản lý tài nguyên và môi trường, hãy khám phá thêm **Luận án tiến sĩ nghiên cứu bổ sung cơ sở khoa học về kỹ thuật trồng rừng phòng hộ trên các dạng lập địa chính vùng cát ven biển các tỉnh hà tĩnh quảng bình và quảng trịTài liệu "Giám sát và lập bản đồ quy mô rừng công nghiệp tại Malaysia" cung cấp cái nhìn chi tiết về các phương pháp và công nghệ hiện đại được sử dụng để theo dõi và quản lý rừng công nghiệp. Nó nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát rừng trong việc đảm bảo phát triển bền vững, bảo tồn đa dạng sinh học và quản lý tài nguyên thiên nhiên hiệu quả. Độc giả sẽ hiểu rõ hơn về cách ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong lĩnh vực này, đồng thời nhận thức được lợi ích kinh tế và môi trường từ việc quản lý rừng khoa học.

Để mở rộng kiến thức về các chủ đề liên quan, bạn có thể tham khảo Luận án tiến sĩ nghiên cứu bổ sung cơ sở khoa học về kỹ thuật trồng rừng phòng hộ trên các dạng lập địa chính vùng cát ven biển các tỉnh hà tĩnh quảng bình và quảng trị, tài liệu này đi sâu vào kỹ thuật trồng rừng phòng hộ, một khía cạnh quan trọng trong quản lý rừng. Ngoài ra, Đồ án xử lý khí thải full file cad bản vẽ thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho lò đốt rác sinh hoạt tại huyện đông hải tỉnh bạc liêu công suất 2 000 kgh cung cấp thông tin về xử lý môi trường, một yếu tố không thể thiếu trong phát triển bền vững. Cuối cùng, Luận văn thạc sĩ kinh tế phát triển kinh tế hộ nông dân trên địa bàn huyện vĩnh thạch tỉnh bình định giúp hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa phát triển kinh tế và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Hãy khám phá các tài liệu này để có cái nhìn toàn diện hơn về chủ đề này!