Analysis of Forest Cover Change and Its Drivers in Biodiversity Hotspot Areas of the Semien Mountains National Park, Northwest Ethiopia
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Analysis of Forest Cover Change and Its Drivers in Biodiversity Hotspot Areas of the Semien Mountains National Park, Northwest Ethiopia
Συγγραφείς: Belete Debebe, Feyera Senbeta, Ermias Teferi, Dawit Diriba, Demel Teketay
Δημοσιεύθηκε: Sustainability 2023, 15(4), 3001; https://doi.org/10.3390/su15043001
Λέξεις κλειδιά: αποδάσωση, δάσος, κέρδη, κέρδος προς σταθερότητα, απώλεια, απώλεια προς σταθερότητα, καθαρή αλλαγή, σταθερότητα, αλλαγή ανταλλαγής
Αντικείμενο εφαρμογής: Something
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Τα δάση αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της παγκόσμιας βιοποικιλότητας, καλύπτοντας περίπου το 30,8% της χερσαίας έκτασης της Γης. Διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη διατήρηση των συστημάτων υποστήριξης της ζωής, στη στήριξη της κοινωνικής και οικονομικής ανάπτυξης και χρησιμεύουν ως ζωτικές δεξαμενές άνθρακα. Παρά τη σημασία τους, αντιμετωπίζουν συνεχείς απειλές λόγω ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Η αποδάσωση παραμένει σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι εκθέσεις δείχνουν καθαρή απώλεια δασικών εκτάσεων τις τελευταίες δεκαετίες λόγω διαφόρων παραγόντων, όπως η γεωργία, η επέκταση των πόλεων, η ανάπτυξη υποδομών και η εξόρυξη καυσόξυλων. Οι αναπτυσσόμενες χώρες, όπου βρίσκεται μεγάλο μέρος των τροπικών δασών του κόσμου, είναι ιδιαίτερα ευάλωτες σε αυτές τις τάσεις. Η Αιθιοπία, όπως και πολλά αναπτυσσόμενα έθνη, βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στα δάση για την κοινωνικοοικονομική και περιβαλλοντική ευημερία. Ωστόσο τα δάση της διαρκώς μειώνονται λόγω αύξησης του πληθυσμού, ανεξέλεγκτης εξόρυξης καυσόξυλων, φτώχειας και ανεπαρκών δασικών πολιτικών. Οι πρόσφατες αστικές επεκτάσεις και η ανάπτυξη υποδομών έχουν επιδεινώσει περαιτέρω την απώλεια δασικής κάλυψης στην Αιθιοπία. Σα υψίπεδα της Αιθιοπίας, ιδίως στα βορειοδυτικά, μειώνεται απότομα η εδαφοκάλυψη, με αντίκτυπο στη βιοποικιλότητα, την κλιματική αλλαγή, τη διάβρωση του εδάφους και την επισιτιστική ανασφάλεια. Η παρακολούθηση και ο ποσοτικός προσδιορισμός των αλλαγών της κάλυψης γης σε αυτές τις περιοχές είναι απαραίτητες για τις σχετικές παρεμβάσεις, ωστόσο, υπάρχει έλλειψη ολοκληρωμένων μελετών σχετικά με την αλλαγή της δασικής κάλυψης, ιδίως σε περιοχές με μεγάλο υψόμετρο, όπως το Εθνικό Πάρκο Ορέων Semien (SMNP). Το SMNP, γνωστό για τη βιοποικιλότητά του, αντιμετωπίζει αυξανόμενες απειλές στους δασικούς του πόρους λόγω της εκμετάλλευσής του για ενέργεια και βιοπορισμό. Η ενσωμάτωση τεχνολογιών τηλεπισκόπησης (ΤΑ) και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (GIS) με την τοπική γνώση μπορεί να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τη δυναμική της δασικής κάλυψης και τους υποκείμενους παράγοντες. Η παρούσα μελέτη αποσκοπεί στην ποσοτικοποίηση των χωροχρονικών μεταβολών της δασοκάλυψης κατά τα τελευταία 36 χρόνια και στον προσδιορισμό των παραγόντων της αλλαγής της δασοκάλυψης στην SMNP. Τα ευρήματα στοχεύουν να βελτιώσουν τις μελλοντικές πολιτικές και στρατηγικές διατήρησης στην Αιθιοπία και αλλού και θα συμβάλουν στην κατανόηση των διαδικασιών αποδάσωσης στην Αιθιοπία.
2. ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΛΟΓΙΑ
Περιγραφή της περιοχής μελέτης
Το Εθνικό Πάρκο Semien Mountains (SMNP) βρίσκεται στο Εθνικό Περιφερειακό Κράτος Amhara (ANRS) της βορειοδυτικής Αιθιοπίας (Εικόνα 1). Εκτείνεται σε πέντε περιφέρειες και διαθέτει ποικίλα τοπογραφικά χαρακτηριστικά, όπως τραχύ έδαφος με απότομες πλαγιές, κυματιστούς λόφους και επίπεδο έδαφος. Το υψόμετρο κυμαίνεται από 1276 έως 4540 μέτρα. Παρουσιάζει μονοτροπική κατανομή βροχόπτωσης μεταξύ Ιουνίου και Σεπτεμβρίου, ενώ οι μέσες ημερήσιες θερμοκρασίες κυμαίνονται από -2 έως 18 °C. Η περιοχή υποστηρίζει τη μικτή γεωργία ως κύρια πηγή βιοπορισμού για τις τοπικές κοινότητες. Το πάρκο χρησιμεύει ως πηγή σε εκατομμύρια ανθρώπους στην Αιθιοπία, το Σουδάν και την Αίγυπτο. Αναγνωρισμένο ως Μνημείο Παγκόσμιας Κληρονομιάς της UNESCO από το 1978, φημίζεται για τη βιοποικιλότητά του, φιλοξενώντας πολλά απειλούμενα είδη.
Τύπος και πηγή δεδομένων
Η μελέτη χρησιμοποίησε χωρικά και μη χωρικά σύνολα δεδομένων από πρωτογενείς και δευτερογενείς πηγές. Οι πρωτογενείς πηγές δεδομένων περιλάμβαναν εικόνες Landsat, το Google Earth, έρευνες σε νοικοκυριά, συνεντεύξεις με βασικούς πληροφοριοδότες (KII) και παρατηρήσεις πεδίου. Τα δευτερογενή δεδομένα προήλθαν από δημοσιευμένο υλικό, κυβερνητικές εκθέσεις και έγγραφα πολιτικής.
Απόκτηση χωρικών δεδομένων
Οι δορυφορικές εικόνες από τους Landsat 4-5 (TM), Landsat 7 (ETM+) και Landsat 8 (OLI) για τα έτη 1984, 1996, 2008 και 2020, αντίστοιχα, αποκτήθηκαν από τη Γεωλογική Υπηρεσία των Ηνωμένων Πολιτειών (USGS). Οι εικόνες επιλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της ξηρής περιόδου. Η επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων πραγματοποιήθηκε με χρήση λογισμικού ERDAS Imagine 2015, ArcGIS 10.7 και QGIS 2.41.
Δεδομένα εδάφους
Τα δεδομένα εδάφους για την ταξινόμηση της κάλυψης γης και την αξιολόγηση της ακρίβειας συλλέχθηκαν μέσω συνδυασμού μεθόδων, συμπεριλαμβανομένων ερευνών πεδίου, συνεντεύξεων με ηλικιωμένους και βοηθητικών πηγών δεδομένων, όπως εικόνες του Google Earth. Για τη συλλογή των σημείων αναφοράς χρησιμοποιήθηκε στρωματοποιημένη τυχαία δειγματοληψία και συγκεντρώθηκαν συνολικά 1717 δειγματοληπτικά σημεία.
Κοινωνικοοικονομικά δεδομένα
Τα κοινωνικοοικονομικά δεδομένα αποκτήθηκαν μέσω ερευνών σε αγρότες, δασολόγους και με ερωτηματολόγια. Πραγματοποιήθηκαν έρευνες σε 420 νοικοκυριά, τα οποία επιλέχθηκαν με συστηματική τυχαία δειγματοληψία, για να εκτιμηθούν οι κοινωνικοοικονομικές συνθήκες, οι αντιλήψεις για την αλλαγή της δασικής κάλυψης, η διαθεσιμότητα και η αντίληψη των αλλαγών στο οικοσύστημα. Διεξήχθησαν επίσης συνεντεύξεις με υπαλλήλους δασαρχείου και πάρκων και τοπικούς κατοίκους για τη συλλογή ιστορικών δεδομένων σχετικά με τις αλλαγές στη δασική κάλυψη και τους παράγοντές της.
Προεπεξεργασία δορυφορικών εικόνων
Οι δορυφορικές εικόνες υποβλήθηκαν σε βήματα προ- και μεταεπεξεργασίας (Εικόνα 2) για την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων και την ενίσχυση της ακρίβειας ταξινόμησης. Εφαρμόστηκαν τοπογραφική διόρθωση (C-correction) και ατμοσφαιρικές και ραδιομετρικές διορθώσεις(Cost Model). Οι εικόνες Landsat 7 που επηρεάστηκαν από την αποτυχία SLC off διορθώθηκαν και όλες οι εικόνες προβάλλονταν στο Σύστημα Προβολής του χάρτη Universal Transverse Mercator (UTM), στη Ζώνη 37N και στο Dataum of the World Geodetic System (WGS84).
Ταξινόμηση εικόνων
Χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές επιβλεπόμενης και μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Η ταξινόμηση χωρίς επίβλεψη με χρήση του αλγορίθμου ISODATA ακολουθήθηκε από επιβλεπόμενη ταξινόμηση με χρήση δεδομένων εκπαίδευσης που συλλέχθηκαν από τις υπάρχουσες κατηγορίες κάλυψης γης, όπου χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος ταξινόμησης μέγιστης πιθανοφάνειας (MLC) και αναπτύχθηκε ένα σχήμα ταξινόμησης των κατηγοριών κάλυψης γης με βάση επιτόπιες έρευνες, Google Earth και άλλα δεδομένα.
Επεξεργασία μετά την ταξινόμηση Αξιολόγηση Ακρίβειας
Η αξιολόγηση της ακρίβειας των ταξινομημένων εικόνων πραγματοποιήθηκε με τυχαία επιλογή σημείων και σύγκριση των θέσεών τους με δεδομένα που συλλέχθηκαν από έρευνες πεδίου, συνεντεύξεις και βοηθητικές πηγές. Πραγματοποιήθηκε στρωματοποιημένη τυχαία δειγματοληψία. Για την αξιολόγηση της ακρίβειας ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε ένας πίνακας σύγχυσης και με βάση τον τύπο των Congalton και Green (2009) υπολογίστηκαν η συνολική ακρίβεια, η ακρίβεια του παραγωγού και του χρήστη και τα στατιστικά στοιχεία kappa.
Ανάλυση ανίχνευσης αλλαγών
Μετά την ταξινόμηση πραγματοποιήθηκε ανάλυση ανίχνευσης αλλαγών για τον εντοπισμό αλλαγών στις κατηγορίες κάλυψης γης με την πάροδο του χρόνου. Υπολογίστηκαν πίνακες μετάβασης στο ArcGIS 10.8 για την ανάλυση των μοτίβων αλλαγών, συμπεριλαμβανομένης της σταθερότητας(η μη μεταβολή του LC), των κερδών, των απωλειών, της καθαρής μεταβολής, της συνολικής αλλαγής και της ανταλλαγής κατηγοριών κάλυψης γης. Επιπλέον, υπολογίστηκαν η απώλεια, το κέρδος και η καθαρή αλλαγή προς την σταθερότητα για να εκτιμηθεί η ευαλωτότητα των κατηγοριών κάλυψης γης στη μετάβαση. Οι ετήσιοι ρυθμοί αλλαγής της κάλυψης γης προσδιορίστηκαν με τη χρήση του τύπου του σύνθετου επιτοκίου (Puyravaud, 2003).
3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Ακρίβεια ταξινόμησης
Η αξιολόγηση της ακρίβειας ταξινόμησης των εικόνων έδειξε συνολική ακρίβεια 90% για τον ταξινομημένο χάρτη του 2020. Επιπλέον, ελήφθησαν υψηλές τιμές του συντελεστή kappa (Khat) σε διάφορα έτη, υποδεικνύοντας δυνατή συσχέτιση μεταξύ των ταξινομημένων χαρτών και των δεδομένων εδάφους. Αυτό εξασφάλισε την αξιοπιστία των αναλύσεων ανίχνευσης αλλαγών.
Κατάσταση της κάλυψης γης εντός και γύρω από την SMNP
Η ανάλυση της κάλυψης γης απεικόνισε σημαντικές αλλαγές στο τοπίο κατά την περίοδο μελέτης. Η δασική κάλυψη μειώθηκε από 45% το 1984 σε 31% το 2020, ενώ τα λιβάδια και οι καλλιεργούμενες εκτάσεις αυξήθηκαν (Εικόνα 3, Εικόνα 4). Το σύνολο των αλλαγών αντανακλά την συσχέτιση μεταξύ των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων και των αλλαγών κάλυψης γης.
Αλλαγή της δασικής κάλυψης
Η ανάλυση της αλλαγής της δασικής κάλυψης ανέδειξε μια ανησυχητική τάση αποδάσωσης, με απώλεια περίπου 33.094 εκταρίων δάσους μεταξύ 1984 και 2020. Τα υψηλότερα ποσοστά αποψίλωσης παρατηρήθηκαν σε περιόδους ξηρασίας, ζήτησης δασικών προϊόντων και πολιτικών αλλαγών.
Αλλαγή της κάλυψης γης μεταξύ των κατηγοριώνΗ έρευνα αναδεικνύει έντονες αλλαγές στις κατηγορίες κάλυψης γης, με τα δάση να υφίστανται τη σημαντικότερη αλλαγή σε άλλες κατηγορίες κάλυψης γης, κυρίως σε λιβάδια και καλλιεργούμενες εκτάσεις. Αναδεικνύεται η ευαλωτότητα των δασικών οικοσυστημάτων στις ανθρωπογενείς πιέσεις και τις αλλαγές στις χρήσεις γης που προκαλούνται από την επέκταση της γεωργίας και την αύξηση του πληθυσμού. Επίσης έχουν αυξηθεί σταθερά οι καλλιεργούμενες εκτάσεις, οι κτισμένες περιοχές (Εικόνα 5).
Καθαρή αλλαγή και εναλλαγή εντός και γύρω από το SMNP (1984-2020)
Τόσο η καθαρή αλλαγή όσο και η ανταλλαγή συνέβαλαν στις παρατηρούμενες αλλαγές κατηγορίας κάλυψης γης, με την καλλιεργούμενη γη να παρουσιάζει την υψηλότερη καθαρή αλλαγή και τα λιβάδια την υψηλότερη αλλαγή. Τα ευρήματα δείχνουν ότι η κάλυψη γης επηρεάζεται τόσο από ποσοτικές αλλαγές στην έκταση της κάλυψης γης όσο και από τη χωρική ανακατανομή των κατηγοριών κάλυψης γης.
Ευαλωτότητα του SMNP στη μετάβαση
Η ανάλυση ευαλωτότητας ανέδειξε την ευαισθησία των διαφόρων τύπων κάλυψης γης στη μετάβαση, με τα δάση και τα λιβάδια να παρουσιάζουν υψηλότερους ρυθμούς μείωσης σε σύγκριση με τις καλλιεργούμενες εκτάσεις, τα γυμνά εδάφη και τις κατοικημένες περιοχές.
Παράγοντες των μεταβολών της δασικής κάλυψης
Οι ανθρωπογενείς παράγοντες, όπως η γεωργική επέκταση, η συγκομιδή καυσόξυλων, η αύξηση του πληθυσμού, οι φωτιές και η κτηνοτροφία, αναδείχθηκαν ως βασικοί παράγοντες που συμβάλλουν στην αποδάσωση στην περιοχή μελέτης. Η αντιμετώπιση αυτών των παραγόντων απαιτεί ολοκληρωμένες προσεγγίσεις που εξισορροπούν τις προσπάθειες διατήρησης με τους στόχους κοινωνικοοικονομικής ανάπτυξης.
Επιπτώσεις της αλλαγής της δασικής κάλυψης στη διαθεσιμότητα των δασικών αγαθών
Η μείωση της δασικής κάλυψης έχει οδηγήσει σε μείωση των καυσόξυλων, άγριας τροφής, ζωοτροφών, και γλυκού νερού (Εικόνα 6).
Τα δάση των βουνών Semien διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στην παροχή κοινωνικοοικονομικών, οικολογικών και περιβαλλοντικών οφελών, ιδίως στις τοπικές κοινότητες. Ωστόσο, τα τελευταία 36 χρόνια, τα δάση αυτά έχουν υποστεί σημαντικές αλλαγές, με αποτέλεσμα την απώλεια περίπου 33.084 εκταρίων δασικής κάλυψης, απειλώντας τη διαθεσιμότητα καυσόξυλων, τη ρύθμιση του κλίματος, τη διατήρηση της βιοποικιλότητας και τη προστασία των λεκανών απορροής, με κύρια αιτία την επέκταση της γεωργίας και την αστική ανάπτυξη.
Η γεωργική επέκταση, ιδίως η μετατροπή των δασικών πόρων σε καλλιεργήσιμες εκτάσεις παρατηρείται σε ολόκληρη την Αιθιοπία. Το φαινόμενο αυτό έχει οδηγήσει στη μετατροπή περίπου 24.759 εκταρίων δασών σε γεωργική γη μόνο στην περιοχή μελέτης. Η ταχεία επέκταση των γεωργικών εκτάσεων, συχνά χωρίς κατάλληλες πρακτικές διαχείρισης της γης, έχει οδηγήσει σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνέπειες, όπως η διάβρωση του εδάφους και η υποβάθμιση της γης, επηρεάζοντας τόσο το περιβάλλον όσο και τις τοπικές κοινότητες.
Επιπλέον, η γυμνή γη και οι δομημένες περιοχές έχουν σημειώσει σημαντική αύξηση, η οποία αποδίδεται σε φυσικούς παράγοντες, όπως το ηφαιστειακό και βραχώδες έδαφος, καθώς και σε ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η αποδάσωση και η αύξηση του πληθυσμού. Η επέκταση των δομημένων περιοχών, λόγω της ανάπτυξης των υποδομών και της αυξανόμενης ζήτησης για οικιστικό χώρο, καταπατά τις δασικές εκτάσεις και τα λιβάδια.
Πολλοί είναι οι παράγοντες που συμβάλλουν στις αλλαγές της δασικής κάλυψης, οι οποίοι αλληλεπιδρούν με πολύπλοκους τρόπους, υπογραμμίζοντας την ανάγκηκατανόησής τους για μια πολύπλευρη προσέγγιση για την αντιμετώπιση της αποψίλωσης των δασών και των συναφών περιβαλλοντικών επιπτώσεων.
ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ ΤΗΣ ΔΑΣΙΚΗΣ ΕΚΤΑΣΗΣ
Η αλλαγή της δασικής κάλυψης έχει πολύπλευρες κοινωνικοοικονομικές και οικολογικές επιπτώσεις, με τη μετατροπή της βλάστησης σε γεωργικές και άλλες χρήσεις γης να αποτελεί σημαντική απειλή για τη βιοποικιλότητα της περιοχής. Τα αυτόχθονα είδη δέντρων που κάποτε αφθονούσαν στα βουνά Semien βρίσκονται τώρα στα πρόθυρα της εξαφάνισης λόγω της αποδάσωσης, οδηγώντας σε μείωση της άγριας πανίδας. Η απώλεια της δασικών εκτάσεων και λιβαδιών μειώνει επίσης τα δασικά αγαθά, όπως τη διαθεσιμότητα άγριας τροφής, τα καυσόξυλα και τη βιοποικιλότητα, ενώ συμβάλλει στην υποβάθμιση του εδάφους, στην εξάντληση του γλυκού νερού και στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
4. ΣΥΖΗΤΗΣΗ & ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Η παρακολούθηση της αλλαγής της δασικής κάλυψης και η κατανόηση των παραγόντων είναι ζωτικής σημασίας για τη λήψη αποφάσεων και την ανάπτυξη πολιτικής. Χρησιμοποιώντας εικόνες Landsat και έρευνες νοικοκυριών, η παρούσα μελέτη εξέτασε την αλλαγή της δασικής κάλυψης στο Εθνικό Πάρκο Semien Mountains και γύρω από αυτό από το 1984 έως το 2020. Η μελέτη αποκάλυψε σημαντική αποδάσωση, με περίπου 33.084 εκτάρια δάσους να χάνονται κατά την περίοδο μελέτης. Στους παράγοντες της αποδάσωσης περιλαμβάνονται η αύξηση του πληθυσμού, η γεωργική επέκταση, η συλλογή καυσόξυλων, η πίεση των ζώων και οι δασικές πυρκαγιές.
Η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία της διατήρησης των δασικών πόρων των βουνών Semien, που φιλοξενούν απειλούμενα είδη και ζωτικής σημασίας οικοσυστημικές υπηρεσίες. Οι προσπάθειες διατήρησης θα πρέπει να επικεντρωθούν στην αντιμετώπιση των εστιών αποψίλωσης, στην ευαισθητοποίηση της κοινότητας, στην προώθηση βιώσιμων πρακτικών διαχείρισης της γης και στην ενίσχυση της συμμετοχικής διαχείρισης των δασών. Συνιστάται περαιτέρω έρευνα για την αξιολόγηση του αντίκτυπου της αλλαγής της δασικής κάλυψης στην αξία των οικοσυστημικών υπηρεσιών και στην κοινωνικοοικονομική ευημερία των τοπικών κοινοτήτων.
