DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07629-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38961293
تاريخ النشر: 2024-07-03
المؤلف: Clément Bourgoin وآخرون
الموضوع الرئيسي: الحفاظ على البيئة، التنوع البيولوجي، وإدارة الموارد
نظرة عامة
تقدم الدراسة منهجية جديدة لتقييم تدهور الغابات واستعادتها على نطاق بانترابي من خلال دمج ملاحظات ليزر الفضاء الحديثة، التي تعاني من نقص مكاني، من تحقيق ديناميات النظام البيئي العالمي (GEDI) مع مجموعات بيانات بصرية طويلة الأمد ومتواصلة مكانياً من إطار مراقبة المناطق الاستوائية (JRC-TMF). تكشف النتائج أن آثار التدهور على هيكل المظلة أكثر حدة مما تم توثيقه سابقًا، مع انخفاضات ملحوظة في ارتفاع المظلة وكثافة الكتلة الحيوية فوق الأرض (AGBD) تتراوح بين 20% إلى 80%. علاوة على ذلك، تتحدى الدراسة الفهم التقليدي لتأثيرات الحواف على الهيكل العمودي للغابات، موضحة أن هذه التأثيرات تمتد بشكل كبير إلى ما هو أبعد من 100 متر المفترض سابقًا، لتصل إلى 1.5 كيلومتر داخل الغابة، مما يشير إلى أن التأثير المكاني للتجزئة يتم التقليل من قيمته بنسبة لا تقل عن 200%.
تظهر العواقب التراكمية للقطع الانتقائي، والحرائق، وتأثيرات الحواف أن لها آثارًا طويلة الأمد كبيرة على هيكل الغابات الاستوائية الرطبة (TMFs). ومع ذلك، فإن مدة الدراسة التي تبلغ 30 عامًا غير كافية لالتقاط استعادة الهيكل الغابي بالكامل بعد الاضطرابات، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تستكشف هذا الجانب بشكل أكبر. بينما يمكن أن تعوض المناطق الغابية سريعة النمو حوالي 25% من فقدان الكربون بسبب إزالة الغابات، تستنتج الدراسة أن الاستعادة الكاملة للهيكل الغابي بعد التدهور قد تستغرق قرنًا وقد تعيقها التأثيرات البشرية. تؤكد الأبحاث على أهمية هيكل مظلة الغابة وتاريخ الاضطرابات كمؤشرات حاسمة لمخاطر إزالة الغابات، داعية إلى استخدامها في جهود مراقبة الغابات والحفاظ عليها المستهدفة، والتي تعتبر ضرورية للتنفيذ الفعال لسياسات التخفيف القائمة على الغابات بموجب الاتفاقيات الدولية مثل اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ (UNFCCC) واتفاقية الأمم المتحدة للتنوع البيولوجي.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون بيانات تحقيق ديناميات النظام البيئي العالمي (GEDI) من ناسا لتقييم تدهور الغابات عبر المنطقة الاستوائية، مع معالجة التغطية الزمنية المحدودة لـ GEDI من خلال دمجها مع بيانات ديناميات الغابات طويلة الأمد من لاندسات. تفترض هذه المنهجية، التي تستخدم استراتيجية استبدال الزمان والمكان، أن التغيرات المكانية في خصائص الأرض يمكن أن تعمل كبدائل للتغيرات الزمنية، مشروطة باستقرار المناخ والنباتات خلال فترة التحليل التي تتراوح بين 20-30 عامًا. استبعدت الدراسة بشكل خاص الغابات التي تهيمن عليها أشجار المانغروف والخيزران بسبب دينامياتها الفريدة، وركزت بدلاً من ذلك على تصنيفات الغابات السليمة والمتدهورة بناءً على مجموعة بيانات JRC-TMF، التي تتعقب تغييرات تغطية الغابات الرطبة من 1990 إلى 2022.
لتحليل دوافع تدهور الغابات، استخدم المؤلفون مجموعة بيانات فقدان تغطية الغابات العالمية بسبب الحرائق وأجروا تفسيرات بصرية لعمليات القطع الانتقائي. شملت منطقة الدراسة مناطق في البرازيل، وغويانا الفرنسية، وغويانا، والعديد من الدول الأفريقية وجنوب شرق آسيا. أكدت تحليل الحساسية أن تحديد تأثيرات القطع كان قويًا وغير متحيز. كما قام المؤلفون بحساب تأثيرات حواف الغابات باستخدام نهج النافذة المتحركة لتحسين تصنيفات الغابات وقاموا بتقييم مسافات اختراق الحواف بناءً على الأدبيات الموجودة. تطلب تصنيف نمو الغابات الحد الأدنى من ثلاث سنوات من تغطية الغابات الرطبة المستمرة، مع تقديرات عمرية للغابات الثانوية تتراوح بين 1 إلى 32 عامًا، مع الأخذ في الاعتبار عدم اليقين المحتمل في الكشف.
المناقشة
يكشف تحليل أكثر من 23 مليون بصمة عينة من GEDI عن تباين إقليمي وقاري كبير في ارتفاعات مظلات الغابات، حيث تقع أعلى المظلات في آسيا الجزرية، وغرب إفريقيا، والأمازون. وُجد أن ارتفاعات المظلة كانت الأعلى في آسيا (34.4 ± 10.7 م)، تليها إفريقيا (29.3 ± 8.6 م) والأمريكتين (28.6 ± 7.4 م). بالإضافة إلى ذلك، أظهرت كثافة الكتلة الحيوية فوق الأرض (AGBD) اتجاهات مماثلة، مما يشير إلى أن الغابات الاستوائية السليمة في آسيا، التي تتميز بأنواع الأخشاب الصلبة، لديها تكرار أعلى للأشجار الكبيرة مقارنة بتلك الموجودة في إفريقيا وأمريكا الجنوبية. أظهرت الغابات المتضررة ارتفاعات مظلة وكثافة AGBD أقل بكثير، مع فرق أدنى يبلغ 10 م في ارتفاع المظلة و122 Mg ha⁻¹ في AGBD مقارنة بالغابات السليمة.
تسلط الدراسة الضوء أيضًا على حجم ونطاق تأثيرات الحواف الناتجة عن تجزئة الغابات، موضحة أن هذه التأثيرات تمتد بشكل كبير إلى داخل الغابات، مع ملاحظات لانخفاضات في ارتفاع المظلة وكثافة الكتلة الحيوية تصل إلى 7 كم من حافة الغابة في الأمريكتين. تشير النتائج إلى أن تأثيرات الحواف تتفاقم بسبب الأنشطة البشرية، مما يؤدي إلى زيادة وفيات الأشجار وتغير الظروف المناخية الدقيقة. علاوة على ذلك، تم إثبات استمرارية هذه التأثيرات الحادة، حيث لم يُلاحظ أي استعادة كبيرة في ارتفاع المظلة أو كثافة الكتلة الحيوية حتى بعد 30 عامًا من الاضطراب. وهذا يبرز العواقب طويلة الأمد لإزالة الغابات والتجزئة على هيكل الغابات، مؤكدًا على الحاجة إلى جهود الحفظ في الغابات الاستوائية السليمة للتخفيف من انبعاثات الكربون والحفاظ على التنوع البيولوجي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07629-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38961293
Publication Date: 2024-07-03
Author(s): Clément Bourgoin et al.
Primary Topic: Conservation, Biodiversity, and Resource Management
Overview
The study presents a novel methodology for assessing forest degradation and recovery at a pantropical scale by integrating recent, spatially sparse spaceborne LiDAR observations from the Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) with long-term, spatially continuous optical datasets from the JRC-Tropical Monitoring Framework (JRC-TMF). The findings reveal that the impacts of degradation on canopy structure are more severe than previously documented, with observed decreases in canopy height and above-ground biomass density (AGBD) ranging from 20% to 80%. Furthermore, the study challenges the conventional understanding of edge effects on forest vertical structure, demonstrating that these effects extend significantly beyond the previously assumed 100 meters, reaching up to 1.5 kilometers into the forest interior, thereby indicating that the spatial impact of fragmentation is underestimated by at least 200%.
The cumulative consequences of selective logging, fires, and edge effects are shown to have substantial long-term implications for the structure of tropical moist forests (TMFs). However, the 30-year duration of the study is insufficient to fully capture the recovery of forest structure following disturbances, suggesting that future research should explore this aspect further. While fast-growing forest areas can offset approximately 25% of carbon loss due to deforestation, the study concludes that complete recovery of forest structure post-degradation may take a century and could be hindered by anthropogenic influences. The research emphasizes the importance of forest canopy structure and disturbance history as critical indicators of deforestation risk, advocating for their use in targeted forest monitoring and conservation efforts, which are essential for effective implementation of forest-based mitigation policies under international agreements such as the UNFCCC and the UN Convention on Biological Diversity.
Methods
In this study, the authors employed the spaceborne Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) data from NASA to assess forest degradation across the pantropical region, while addressing GEDI’s limited temporal coverage by integrating it with long-term forest dynamics data from Landsat. This methodology, which utilizes a space-time substitution strategy, assumes that spatial variations in land characteristics can serve as proxies for temporal changes, contingent on the stability of climate and vegetation over the 20-30 year analysis period. The study specifically excluded mangrove and bamboo-dominated forests due to their unique dynamics, focusing instead on intact and degraded forest classifications based on the JRC-TMF dataset, which tracks humid forest cover changes from 1990 to 2022.
To analyze the drivers of forest degradation, the authors utilized the Global Forest Cover Loss due to Fire dataset and conducted visual interpretations of selective logging operations. The study area encompassed regions in Brazil, French Guiana, Guyana, and several African and Southeast Asian countries. A sensitivity analysis confirmed that the delineation of logging impacts was robust and unbiased. The authors also computed forest edge effects using a moving window approach to refine forest classifications and assessed edge penetration distances based on existing literature. The classification of forest regrowth required a minimum of three years of consistent moist forest cover, with age estimates for secondary forests ranging from 1 to 32 years, accounting for potential detection uncertainties.
Discussion
The analysis of over 23 million GEDI sample footprints reveals significant regional and continental variability in forest canopy heights, with the tallest canopies located in Insular Asia, western Africa, and the Amazon. Canopy heights were found to be highest in Asia (34.4 ± 10.7 m), followed by Africa (29.3 ± 8.6 m) and the Americas (28.6 ± 7.4 m). Additionally, above-ground biomass density (AGBD) showed similar trends, indicating that intact tropical forests in Asia, characterized by hardwood species, have a higher frequency of large trees compared to those in Africa and South America. Disturbed forests exhibited significantly lower canopy heights and AGBD, with a minimum difference of 10 m in canopy height and 122 Mg ha⁻¹ in AGBD compared to intact forests.
The study also highlights the magnitude and scale of edge effects caused by forest fragmentation, showing that these effects extend significantly into forest interiors, with reductions in canopy height and biomass density observed up to 7 km from the forest edge in the Americas. The findings suggest that edge effects are exacerbated by anthropogenic activities, leading to increased tree mortality and altered microclimatic conditions. Furthermore, the persistence of these edge effects was demonstrated, with no significant recovery in canopy height or biomass density observed even 30 years post-disturbance. This underscores the long-term consequences of deforestation and fragmentation on forest structure, emphasizing the need for conservation efforts in intact tropical forests to mitigate carbon emissions and preserve biodiversity.