地理学家发现森林砍伐的临界点：森林损失超一半后将迅速消失

卫星图像显示了德克萨斯州的灌溉田。(来源：谷歌地球)

日前，辛辛那提大学的地理研究人员已经确定了森林砍伐的临界点，森林砍伐一旦过了这个临界点，森林就会迅速消失。这项研究最近发表在《地球物理研究快报》杂志上。

地理学教授托马兹·斯特平斯基(Tomasz Stepinski)利用欧洲航天局(European Space Agency)的高分辨率卫星图像，以9公里为单位，对1992年至2015年的地球地貌进行了研究。他发现，在这些地块上，森林砍伐的速度在森林损失超过50%之前还相对较慢，但在森林损失超过50%之后，剩下的森林很快就消失了。

Stepinski和前加州大学博士后研究员Jakub Nowosad(主要作者)发现了一个令人惊讶、但又非常基本的事实：至少在81平方公里的尺度大小范围内，大自然并不喜欢混合景观的出现。研究表明，混合景观(如农业和森林)的数量相对较少，而且更令人惊讶的是，这些景观混合的时间并不长，不管景观类型是什么，随着时间的推移，这些混合的地块往往会开始同质化。

Stepinski说：“我认为这很直观。这种现象与不同的气候带相对应。地球在人类出现之前肯定也是这样的，地球上有森林、山脉、湿地和沙漠。你可能会认为人们会制造更多的分裂景观，但事实证明，人们确实会这样做，也一直在这样做，他们会大规模改造整个地块景观。”

Stepinski说，由于自然或人类的原因，地球景观总是在变化。其中人类的原因既有直接(如砍伐森林)，也有间接(如气候变化)。

去年，Stepinski用同样的数据证明，从1992年到2015年，地球22%的可居住表面已经被可测量的方式改变，其中最大的变化就是森林地块变成农业地块。

在这项新的研究中，Stepinski考察了覆盖地球七大洲的近180万个地块，地块景观组合分类成64种。研究人员观察到，在1992年至2015年期间，近15%的地块从一种主要景观类型过渡为另一种主要景观类型。

Stepinski说：“我们的数据只覆盖了23年，虽然这是一段相对较短的时间，但我们可以据此预测未来的变化。”

研究人员发现，森林砍伐是人为造成景观变化最明显的例子。他们使用概率建模(即蒙特卡罗方法)来确定不同类型的景观随时间变化的可能性(这里指的时间是数百年)。结果，研究人员发现，最有可能的变化轨迹是从一种同质类型到另一种同质类型。

他说：“地球想要同质化，这些土地希望变成同一种景观。当这种变化开始之后，它会把所有东西变成另一种同质地块。”。

作者没有研究为什么一旦这种变化开始，地块会变化得如此之快。但Stepinski说，为了清理森林而建造的道路或排水系统等开发设施可能会有利于持续的景观变化。

他说：“因为那不是研究的一部分，所以我也只能作推测，但我可以想象到两个原因。如果你在砍伐森林，而且你有完成砍伐森林的基础设施的话，砍伐剩下的森林也就变得更加简单。其次，森林在遭到干扰之后会更容易发生变化。”

俄亥俄州南部阿巴拉契亚自然保护区由世界上最大的野生动物保护组织自然保护协会管理，保护区的森林边缘项目经理马丁·麦卡利斯特(Martin McCallister)说，野生动物管理人员通常会试图保护更大的完整地块，以防止森林景观发生分裂。

McCallister说：“你很难找到不会强烈支持保护大片地块的土地管理者，因为大片地块更能应对各种挑战，包括入侵物种和气候变化等，一旦地块被道路分割，地块的资源就会更容易被开采，入侵物种和害虫也更容易在地块上立足。”

除此之外，McCallister说林地也可以在“纸上”被分裂出来。“在俄亥俄州，96%的林地所有者拥有不到50英亩的土地，他们代表着许多的小地块，”他说。

加州大学的研究发现，混合土地景观不会长期处于混合状态。论文的合著者Nowosad说：“这一个特性同时适用于自然和人类景观，我觉得这个非常有趣。”Nowosad曾是加州大学的博士后研究员，现在是波兰波兹南密茨凯维奇大学的助理教授。

Nowosad说，这项研究提供了一个数据驱动的长期景观变化模型。虽然研究人员只研究了森林和农业之间的变化，但Nowosad说，研究其他景观变化是否存在临界点同样具有意义。

Nowosad说：“这个模型可以用来帮助我们理解景观变化的方式，以及景观在未来变化的方向。”

Stepinski是一名物理学家，他在来到加州大学之前曾在美国宇航局工作。他说，这个原理借鉴了其他学科，尤其是天体物理学。Stepinski说：“比如说你想观察恒星的演化，其实原理就是根据短期的演化数据，从统计学上预测出一条长期的演化路径。这个方法已经在其他地方应用过，但之前从未应用在环境研究上。”

他说，虽然这只是一个理论，但它是一个经受得起时间考验的理论。“这非常发人深省，我希望人们可以对这个模型提出批评，提出不同的想法。”

原文：https://phys.org/news/2020-01-geographers-deforestation.html

作者：Michael Miller