Degradarea stocurilor de carbon în apropierea marginilor pădurilor tropicale Comunicări naturale

Subiecte

Abstract

Estimările stocului de carbon bazate pe tipul de acoperire a terenului sunt esențiale pentru informarea evaluării schimbărilor climatice și a gestionării peisajului, dar dovezile pe teren și teoretice indică faptul că fragmentarea pădurilor reduce cantitatea de carbon stocat la marginile pădurii. Aici, utilizând seturi de date de biomasă pantropicală și de acoperire a terenului detectate de la distanță, estimăm că biomasa din primii 500 m de marginea pădurii este în medie cu 25% mai mică decât în interiorul pădurii și că reducerile de 10% se extind la 1,5 km de marginea pădurii . Aceste descoperiri sugerează că metodele IPCC de nivel 1 supraestimează stocurile de carbon din pădurile tropicale cu aproape 10%. Contabilitatea adecvată a degradării la marginile pădurilor va informa mai bine peisajul și gestionarea pădurilor și a politicilor, precum și evaluarea stocurilor de carbon la nivel național și peisaj.

Introducere

Curățarea pădurilor reprezintă aproximativ 12–15% din emisiile globale de gaze cu efect de seră 1 prin pierderea anuală de aproape 200.000 km 2 de pădure (o suprafață de dimensiunea Uruguayului), din care o treime se află la tropice 2. Aceste emisii sunt calculate prin inventarele de carbon forestiere 3,4, care nu iau în considerare scăderea stocurilor de carbon care s-a dovedit a avea loc în pădurile unde interacționează cu terenul convertit 5. Studiile experimentale din Brazilia au arătat că biomasa este redusă între 9 și 50% la 100 m de marginea pădurii comparativ cu interiorul pădurii 6.7. Se crede că acest lucru este responsabil pentru o pierdere estimată de 600 Mg de carbon doar în Amazon și, dacă ar fi extrapolată la întreaga zonă tropicală, fragmentarea pădurilor ar putea reprezenta până la 24% din pierderile globale de carbon datorate defrișărilor 8. Cu toate acestea, variația efectului în diferite climaturi și habitate este slab caracterizată. Având în vedere că 70% din suprafața forestieră mondială se află la mai puțin de 1 km de marginea 9, măsura în care acest răspuns se găsește la tropice este de o importanță critică pentru schemele de comercializare a carbonului și pentru atenuarea schimbărilor climatice în sens mai larg.

Progresele recente în teledetecție, cum ar fi rezoluția spațială mai fină și algoritmii îmbunătățiți pentru detectarea biomasei fac posibilă pentru prima dată evaluarea efectelor marginilor la nivel de peisaj în carbonul forestier peste tropice. Aici calculăm efectele fragmentării pădurilor tropicale și ale suprafeței crescute a marginilor pădurilor asupra stocurilor de carbon și documentăm cât de răspândite sunt aceste efecte în întreaga lume. Ilustrăm diferențele între regiuni, variabilitatea în interiorul regiunilor, precum și factorii care explică aceste diferențe. Arătăm că ignorarea efectelor de margine poate supraestima substanțial carbonul stocat în pădurile fragmentate, cu implicații pentru politica și gestionarea pădurilor.

Rezultate

Scara peste care funcționează efectele de margine

Model de regresie pentru (A) scopuri demonstrative, la scări diferite, și pentru o anumită magnitudine, M=θ2 exp (−0.232θ3) /θ1; () toate pădurile pantropicale; (c) păduri umede de frunze late; și (d) păduri uscate de frunze late. Modelele de regresie neliniare cu pătrate minime s-au bazat pe întregul set de pixeli din biomii pădurilor, cu o regresie separată derivată pentru fiecare dintre cele 10.000 km 2 subregiuni (= 2.836). Graficele arată doar un subset de puncte (un eșantion aleatoriu de peste 1.000.000 de pixeli pentru pantropici și 100.000 pentru fiecare biom) pentru a ajuta la afișare; umbrire gri în -d denotă unde se află cea mai mare densitate de puncte. Curbele din fiecare grafic se bazează pe modelul asociat cu subregiunea având magnitudinea și scara cele mai apropiate de media ponderată a întregului pantropic (), biomul umed cu frunze largi (c), sau biomul cu frunze largi uscate (d). Mediile ponderate pentru aceste regiuni sunt listate în dreapta jos a fiecărui panou.

Mărimea efectelor de margine

În concordanță cu așteptările din modelarea bazată pe procese 16, estimăm că biomasa din tropice este redusă cu o medie de 25% în primii ∼ 500 m de marginea pădurii în raport cu interiorul pădurii (Fig. 1b). Aceasta este de câteva ori mai mare decât declinurile documentate empiric după fragmentare în biomasa medie (8,8% (ref. 6)) sau în biomasa arborelui mare (5-10% (ref. 17)) la 100 m de marginea pădurii, dar mai puțin de diferențele mai extreme măsurate pe teren între pădurea intactă și degradată 7. Mărimea acestui efect de margine (definită ca diferența procentuală între biomasa medie în pixeli de margine de pădure și biomasa prezisă la asimptota modelului de regresie; M în FIG. 1a) este la egalitate cu diferențele în stocurile de carbon estimate între diferitele tipuri de păduri (de exemplu, IPCC 3 estimează 300 Mg ha −1 de biomasă supraterană în pădurea tropicală americană comparativ cu 220 Mg ha −1 în pădurile de foioase tropicale americane - o diferență de 25%). Prin urmare, concluzionăm că configurația pădurilor poate fi la fel de importantă pentru atribuirea valorilor pentru stocarea carbonului ca diferențele între regiuni sau ecosisteme.

Variația regională a efectelor marginilor pădurilor tropicale

Mărimea și scara efectelor de margine asupra biomasei forestiere sunt detectabile în mod constant pe toate continentele, în ciuda unui grad mare de variație între biomi (Fig. 1c, d) și regional în cadrul biomilor (Fig. 2). Efectele marginilor din pădurile uscate de frunze late nu sunt la fel de puternice ca cele din pădurile umede de frunze late (18% față de 29%) și nu pătrund atât de departe (0,8 față de 1,5 km). Acest lucru se potrivește cu așteptările, deoarece pădurile uscate ar trebui să fie mai puțin predispuse la desecarea legată de margini decât pădurile umede, în timp ce pădurile umede tind să fie mai dense decât pădurile uscate și, prin urmare, ar trebui să fie mai susceptibile la turbulența vântului legată de margine 11. La cele mai puternice efecte de margine pot atinge magnitudini de> 60% și se pot întinde pe aproape 5 km în pădure, cum ar fi peste pădurile umede din Veracruz, Mexic; Valea Magdalenei, Columbia; Riftul Albertin din Africa; Madagascar; și mlaștinile de coastă din Borneo și Sumatra (Fig. 2). R 2 valori pentru modelele de subregiuni variază între 0 și 0,83 (cu o medie de 0,25) și mai mari R 2 valorile se corelează în general cu magnitudinea mai mare și estimările la scară 18 (Fig. Suplimentară 1).

Relațiile efectului de margine derivate pentru pădurea tropicală din fiecare subregiune de 10.000 km 2 (= 2.836), cu culori mai roșii care denotă efecte de margine mai puternice atât în ceea ce privește magnitudinea diferenței (% diferență între biomasă la marginea pădurii și în interiorul pădurii), cât și la scara efectului de margine (distanța de la marginea pădurii la care biomasa se află în 10% a biomasei asimptotice sau a celor observate în interiorul pădurilor; în km).

Variația pe care o observăm în mărimea și scara efectelor de margine în biomasă poate fi explicată parțial prin factori fizici și activitatea umană (Tabelul suplimentar 1). Lungimea sezonului uscat este corelată negativ atât cu magnitudinea cât și cu scara efectelor de margine, cu o magnitudine cu până la 10% mai mare (în Africa) și extinzându-se> 1 km mai departe (în America) pentru fiecare lună a unui sezon uscat mai scurt. Cota mai mare este corelată pozitiv cu magnitudinea și scara efectelor de margine din America și Africa. În plus, proporția terenurilor de lucru 19 din apropiere, cum ar fi terenurile de cultură, terenurile de pădure și pădurile populate, este asociată cu efecte de margine mai puternice, atât din punct de vedere al amplorii, cât și al scării, la tropice. Aceste rezultate corespund bine cu observațiile recente ale densității copacilor, care crește odată cu elevarea pădurilor tropicale uscate și cu precipitațiile pentru pădurile tropicale umede și scade odată cu dezvoltarea umană în ambele tipuri de păduri 20 .