当前世界环境

介绍

《生物多样性公约》(CBD)于1992年在里约起草，自那时以来，森林保护问题已成为全世界关注的主要问题。大约40%的地球表面被森林和林地覆盖，形成了世界各地生物多样性丰富的地区。¹全球生物多样性集中在森林中。²热带干燥落叶林是世界上被严重忽视的自然资源之一。它们是世界上保护最不充分的森林类别，只有5%的面积受到保护^3.正如卡波斯和伊雷蒙格所说。²然而，这些森林满足了当地部落居民对基本生活必需品的需求，包括食物、薪材、饲料、纤维和药品。此外，它们在生态系统功能、部落生计和野生动物栖息地方面发挥着至关重要的作用。

影响森林的因素是连片森林的破碎化、火灾和毁林，这些因素对生物多样性产生负面影响，影响来自基因、物种和群落的单位。森林破碎化加剧影响生物多样性的丧失。⁴因此，对生物多样性保护的威胁进行评估具有重要意义。⁵自然保护是由原始森林物种管理的，因为它们包含了质量(森林质量)和数量(多样性)保护标准。⁶当一块土地或森林因火灾或风暴等自然现象或人为干预和基础设施活动(如道路建设或农业扩张)而分裂成更小的地块时，就会发生栖息地破碎。⁷由于森林消失和破碎化等威胁，森林生物多样性正在丧失，这是近年来人们认识到的。⁸空间异质性是自然发生的，但近年来人类活动改变了丰度和空间格局。森林破碎化的后果是动植物种群的减少和物种多样性的丧失。^9、10

毁林意味着通过砍伐树木或移除种植园来清除森林覆盖，以便为农业、基础设施和发展目的让路。森林覆盖的永久性损失是无法恢复的。据粮农组织估计，森林覆盖每年损失1800万英亩(730万公顷)(http://www.conserve-energy-future.com/various-deforestation-facts.php)。砍伐树木会导致生态系统失衡，从长远来看也会影响环境。造成树木损失的另一个主要因素是世界各地的森林火灾。它的发生主要是由于夏季温暖，冬季温和。它们可能是自然或人为引起的，但在这两种情况下都会对森林生态系统造成巨大破坏。这两个因素都是大气中碳含量增加的原因，从而导致全球气候变化。森林砍伐改变了生物地球化学循环。¹¹

森林退化往往与不同程度的生境破碎化有关。岛屿生物地理学理论指出，当大部分原生栖息地丧失，其余部分支离破碎时，该地区最终将失去一些重要物种。¹²

守恒是由麦克尼利定义的等。¹³调节人类对生物圈的开发，使其既能满足目前的需要，又能为子孙后代加以保护。生物多样性是围绕人类的，因此保护生物多样性应该是一个优先事项，必须像国家安全一样受到重视¹。整个景观需要保护，而不仅仅是保护区或保护区。¹⁴对于任何区域尺度的景观保护，核心区域应与缓冲区一起作为过渡区，允许人类进入，这样他们就可以利用森林产品。

RS和GIS在森林保护规划中的应用

卫星遥感数据可作为快速获取任何土地利用信息的来源，而且成本低廉。¹⁵在这方面，陆地卫星数据自1972年发射以来已成功地用于各种研究活动。该遥感卫星数据具有中等空间分辨率，覆盖全球。¹⁶在GIS(地理信息工具)中分析这些数据时，可以对许多生态系统进行空间和时间上的研究。^17、18其中一些用于研究森林碎片大小变化对生物多样性水平的影响⁹。此外，它还被用于森林清查、定期监测和估计区域陆地生物多样性¹⁹;景观^20.的水平。此外，它还可以用于识别保护网络中的漏洞，这是GIS领域采用的一种方法。²¹在印度西高止山脉的差距分析中^22、23发现生物多样性高的地区被排除在保护网之外。

对威胁评估和重点保护热点的确定研究较少。Reddyet al。⁵用五大威胁来评估印度奥里萨邦的森林生态系统即。森林砍伐、森林退化、破碎化指数、森林火险图和入侵物种丰度。本研究采用5km × 5km网格。此外，通过对各种威胁进行加权整合，获得保护优先热点。雷迪也进行了类似的研究et al。²⁴谁用三种威胁来评估印度特伦甘纳邦的森林生态系统即。毁林、破碎化指数和森林火险图。康加和辛格²⁵研究了印度喜马偕尔邦塔拉德维森林的森林火灾。本研究利用FARISTE模拟建模技术对森林火灾的蔓延分析和损失评估进行了分析。研究结果对森林火灾管理和规划的发展具有一定的指导意义。

除了印度的奥里萨邦和特伦甘纳邦之外，印度其他任何邦都没有进行过这样的研究，因此这是邦一级潜在的研究差距。目前的研究是在贾坎德邦进行的。这是一片森林和部落的土地。部落和森林之间存在着一种共生关系。²⁶最近，由于人类和人为活动，森林受到威胁，森林的状况恶化，并威胁到主要依赖森林的部落人民的生计。近年来，森林不仅质量下降，而且数量也在下降。²⁷由于森林砍伐，粮食和生计不安全问题已经升级。诸如流离失所、移民和被剥夺自然环境等进一步的问题也在加速。大规模砍伐森林是造成年降雨量下降的原因，这可能进一步加剧水资源短缺。

本研究旨在记录贾坎德邦森林的空间数据，并确定优先保护的热点地区。在这方面，采用了一种综合程序，利用遥感和地理信息系统数据对森林火灾、毁林和森林破碎化这三种威胁进行评估，并采用协同方法进行空间评估和分析。

研究区域

贾坎德邦位于北纬21º58' 02 "至北纬25º08' 32 "，东经83º19' 05 "至87º55' 03 "之间，而总地理面积为79,714平方公里，占该国总地理面积的近2.4 %(图1)。“贾坎德邦”一词的意思是“一片被森林包围的土地”。该州是30个不同部落的家园。一些土著种族是Santhals, Mundas, Oraons, Hos, Kharia, Bhumij, Birhors等。他们与大自然有着密切的联系。他们通常被称为“原住民”，这意味着他们是这片土地的原始定居者。他们的生计离不开这些森林。他们以收集水果、一些植物的根、一些花、食用菌、一些植物的块茎和柴火等作为一天的必需品开始他们的一天。草药、水果、草和叶子等都有治疗疾病和小病的作用。此外，他们还保留了森林附近被称为萨尔纳的神圣沟槽。该地区的森林为热带干落叶林，海拔从平均海平面6米到1366米不等。 Jharkhand average moderate rainfall varies from 945 mm to 1297 mm with temperature variation of 6ºC in winter to 47ºC in summer.

图1:研究区域的位置 点击此处查看图

材料与方法

数据预处理和分析

已确定的指标即。利用毁林、破碎化和森林火灾来确定贾坎德邦的森林健康状况。图2提供了描述该方法的流程图。使用表1中简要描述的各种标准对贾坎德邦森林生态系统威胁的地理空间评价进行了分析。在本案例中，森林被描述为超过1%栅格面积的土地面积，其中含有树冠覆盖率大于10%的当地树种。为了了解威胁的情况，网格为5公里× 5公里(每25公里)²)大小准备。森林覆盖的历史/长期变化已被量化。用于描述生态系统的术语是世界自然保护联盟为《物种红色名录》推荐的，在本案例中也已使用。²⁸Reddy提出了每一类受威胁生态系统的标准概念et al。⁵在这项研究中使用的。如果根据所选参数未发现威胁，则森林生态系统被视为最不关注或低风险。

图2:显示所采用方法的流程图 点击此处查看图

卫星数据的处理

使用的软件是ERDAS IMAGINE (version 11)用于数字图像处理，ArcGIS用于地理空间分析。2015年12月期间的9幅Landsat图像(表1)从USGS网站下载。为了保留图像中的辐射和光谱信息，采用最近邻重采样法对数据进行拼接和重采样。²⁹在分类方面，采用目视解译、监督分类和归一化植被指数(NDVI)相结合的混合分类技术，将森林覆盖划分为两类即。森林类和非森林类。为了去除噪声并使分类图像平滑，执行了3X3滤波器。森林覆盖图的准确性是用大约250个随机采样点来评估的。在对照真实数据和文献资料进行确认后，他们被分配到各自的班级。利用误差矩阵计算总体精度和Kappa统计量。

表1:卫星数据细节

卫星	传感器	路径/行	日期
地球资源观测卫星8	OLI_TIRS	142/43	01-12-2015
地球资源观测卫星8	OLI_TIRS	141/43 141/44	26-12-2015 26-12-2015
地球资源观测卫星8	OLI_TIRS	140/43 140/44 140/45	19-12-2015 19-12-2015 19-12-2015
地球资源观测卫星8	OLI_TIRS	139/43 139/44 139/45	28-12-2015 28-12-2015 28-12-2015

受威胁森林生态系统指标

森林砍伐

绘制了近80年来森林覆盖的空间分布图。下载了1924-1935年(比如1935年)的印度地形图(http://www.lib.utexas.edu/maps/ams/india/)，并通过视觉解释生成1:25万比例尺的空间数据集。使用与Landsat 8(2015)有关的遥感数据来查看相对于1935年的变化。粮农组织将森林砍伐定义为土地覆盖发生变化，树冠覆盖减少到10%以下^30.是我们研究中森林砍伐的标准。

通过比较1935-2015年时间序列的森林空间数据，考虑1935-2015年期间的森林覆盖变化来评估历史衰退，其中森林覆盖地理分布减少超过90%为极度濒危，超过70%为濒危，超过50%为易危。³¹在长期下降中，如果森林覆盖的地理分布减少量超过80%以上为极度濒危，50%以上为濒危，30%以上为易危。³¹在我们的研究中，我们使用基于毁林的森林生态系统受威胁的识别标准是基于森林覆盖率减少超过>80%被认为是极度濒危，>50%被认为是濒危，>30%被认为是脆弱，>10%被认为是近危和< 10%被认为是最不受关注。

对结果的分析主要考虑了以下三点:首先，采用5 km × 5 km的网格单元大小对受威胁生态系统进行评估;其次，由于分析基于1935-2015年的多时间框架数据，因此受威胁生态系统的数量和分布发生了变化;第三，评估以1:25万比例尺进行。

碎片

森林破碎化是指大片森林土地分裂成几个小块，彼此之间的联系越来越少。在本研究中，森林破碎化以单位面积的森林斑块数和非森林斑块数表示。以2015年森林覆盖图为基础，对单位网格的森林斑块数进行了评价，并将其转化为矢量，用于网格空间分析。以森林破碎斑块的数量为指标，确定了基于森林破碎化的森林生态系统威胁识别标准。森林破碎化指数> 70%为严重濒危，> 50%为濒危，> 40%为脆弱，> 30%为近危，< 30%为不危。

森林火灾

为了分析贾坎德邦的森林火灾分析，从印度森林调查(http://fsi.nic.in/forest-fire.php)下载了2005年至2016年的森林火灾数据。下载的森林火点文件为MS-EXCEL格式，带有经纬度。使用ARC/ GIS软件将其按年导出为形状文件。基于年代际森林火灾数据，评估了单位格网的森林火灾数量。森林火灾生态系统的识别标准是基于森林火灾的数量。火灾数量>21为严重濒危，20-12为濒危，11-6为脆弱，5-1为近危，0为最不关注。

优先保育热点

到目前为止，分析只考虑了一个潜在的威胁因素。在这里，我们将重点放在面临森林砍伐、火灾和破碎化等多重威胁的受威胁森林生态系统上，而不是单一的威胁因素，作为最突出的、容易使用的和可识别的高度优先保护区域。由毁林、森林破碎化和森林火灾得出的分类值在1-5之间，这有助于确定生态系统的保护状况。这些因素具有相同的权重，因此可以将它们综合起来以获得不同级别的保护排名。他们被分为五类。生物多样性保护热点1的威胁值最高，为12 ~ 13，优先保护热点2的威胁值为10 ~ 11，优先保护热点3的威胁值为8 ~ 9，优先保护热点4的威胁值为6 ~ 7，优先保护热点5的威胁值为3 ~ 5。

结果

森林砍伐

在此基础上，研究确定了1224个灭绝生态系统，248个极度濒危生态系统，318个濒危生态系统，396个易危生态系统，284个近危生态系统和126个最不受关注生态系统。大多数最不受关注的生态系统位于森林中部，周围是密度较低的森林，由于地形的复杂性，高度难以进入，而且大多远离人口。1935 - 2015年期间森林砍伐的驱动因素是工业化、城市化、采矿活动和林地向其他土地利用活动的转变即。水坝建设、农业用途等。在人口密度高、人为活动是主要因素的地区，森林生态系统的损失十分明显。森林覆盖图(2015)总体精度为94.1%。kappa统计量为0.91。

图3:贾坎德邦受威胁的森林生态系统:森林砍伐的程度 点击此处查看图

碎片

整个贾坎德邦的森林破碎化模式被确定。该研究确定了148个高破碎化指数的生态系统网格，并将其列为极度濒危，其次是296个濒危生态系统，402个脆弱生态系统，296个近受威胁生态系统和230个最不受关注生态系统(表2和图4)。兰契南部、加尔瓦东部、帕拉穆西部和古姆拉南部的森林破碎化严重，需要立即采取保护措施，以防止土地利用方式造成的进一步恶化。

图4:贾坎德邦受威胁的森林生态系统:森林破碎化指数 点击此处查看图

森林火灾

12年(2005-2016年)的平均值表明，贾坎德邦每年面临452起森林火灾。2010年森林火灾发生频率约为年平均值的3倍，同年也被宣布为干旱年(http://nidm.gov.in/PDF/DP/JHARKHAND.pdf)。森林火灾分析显示，高度识别的27个网格受到森林火灾的高度影响，被归类为极度濒危，其次是85个濒危生态系统，184个脆弱生态系统，628个几乎受到威胁的生态系统和448个最不受关注的生态系统(表3和图5)。研究显示，贾坎德邦森林的67.3%的网格单元受到火灾的影响。非常高的森林火灾网格落在贾坎德邦南部(Pachim Singhbhum地区)，贾坎德邦西北部(Palamu和Garhwa地区南部)和贾坎德邦东北部(Pakur, Sahabganj和Godda地区交界处)。Pascim Singhbhum和Palamu地区每年大约有50%的森林火灾发生。因此，Pascim Singhbhum和Palamu地区严重的森林火灾网需要立即采取保护措施，以防止进一步恶化。

图5:贾坎德邦受威胁的森林生态系统:森林火灾 点击此处查看图

优先保育热点

通过以上分析，提出了受威胁森林生态系统面临风险的现状。受威胁生态系统中优先保护的热点依次为热点i、热点ii、热点iii、热点-第四,保护优先级最低的是hotspot-V。

约2.1%(现有森林的29个网格)报告存在严重的生态系统风险，因此已被纳入优先保护热点i的覆盖率为19.7%(森林270格)，优先保护热点iii的覆盖率为41.3%(森林566格)，优先保护热点-的覆盖率为27.8%(森林382格)49.1%(125格)的森林为重点保护热点V，(图6)。大部分优先保育热点i主要位于西辛格姆、兰契、帕拉木和加尔瓦地区。

在奥里萨邦和特伦甘纳邦进行的类似研究报告称，生态系统层面的生物多样性严重丧失。奥里萨邦现有森林326格，占5.8%，面临严重生态系统水平风险，被列为优先保护热点i。⁵在特伦甘纳邦，39个网格(2.1%)的现有森林报告了严重的生态系统风险，并被列为优先保护热点i。²⁴

由于这些地区物种丧失的可能性增加，因此报告的风险过高的区域已列为优先事项。因此，了解森林生态系统优先保护热点对森林生态系统保护有直接的帮助。

图6:重点保护热点分类 点击此处查看图

表2:基于毁林、破碎化和森林火灾的受威胁森林生态系统分析。

生态系统	森林砍伐		碎片		森林大火
	不。的网格	栅格百分比	不。的网格	栅格百分比	不。的网格	栅格百分比
已经灭绝的	1224	34.9
极度濒危	248	7.1	148	4.2	27	0.8
濒临灭绝的	318	9.1	296	8.4	85	2.4
脆弱的	396	11．3	402	11.5	184	5.3
附近的威胁	284	8.1	296	8.4	628	17.9
最少关注	126	3.6	230	6．6	448	12.8
非林地	907	25.9	2131	60.8	2131	60.8
	3503	One hundred.	3503	One hundred.	3503	One hundred.

讨论

以上的分析尝试了基于多重网格分析来演化地图。(1)毁林、(2)破碎化和(3)森林火灾等生态系统退化驱动因素在森林退化中起着至关重要的作用。这种地理空间方法确定了所有可归为不同类别的森林生态系统威胁。他们对该州森林的退化负有责任，森林是部落的家园，支持着大量的动植物。因此，迫切需要制定保护措施和策略，以及环境教育和人民参与，让地方机构管理优先保护热点的生物多样性。建议对研究区内已确定的热点地区立即实施适当的保育行动计划。

在保护重点热点i、II和III区，需要开展系统的森林恢复活动。贾坎德邦过去发生过严重的森林火灾，2010年是最严重的。据报道，在2017年，仅在5天内(从1月1日起)^圣四月至五日^th4月)印度森林调查(FSI)记录了441起森林火灾。有必要在州和国家一级制定森林火灾政策，以保护森林。不应鼓励将森林一分为二的基础设施发展。

作者的贡献

FA构思构思并分析GIS领域的卫星及辅助数据并起草稿件，LG监督分析并完善稿件。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

相互竞争的利益

作者宣称他们没有竞争利益。

鸣谢

作者感谢美国地质勘探局提供陆地卫星数据的免费下载。www.divagis.com提供了所需的GIS层供免费下载。

目前的工作是在没有任何资金的情况下进行的。

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