Αξιολόγηση απειλών για τη διατήρηση της βιοποικιλότητας σε δασικά οικοσυστήματα χρησιμοποιώντας γεωχωρικές τεχνικές
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Threat Evaluation for Biodiversity Conservation of Forest Ecosystems Using Geospatial Techniques: A case study of Odisha, India.
Συγγραφείς: Reddy C.S., Khuroo A.A., Hari Krishna P., Saranya K.R.L., Jha C.S. & Dadhwal V.K.
Δημοσιεύθηκε: Ecological Engineering, 2014
Σύνδεσμος Πρότυπου Κειμένου: http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.05.006 [1]
Λέξεις κλειδιά: βιοποικιλότητα, δασικό οικοσύστημα, απειλή, διατήρηση, γεωχωρική
1. Εισαγωγή
Ο ρόλος των δασικών οικοσυστημάτων είναι ζωτικής σημασίας στη διατήρηση της βιοποικιλότητας, της οικολογίας αλλά και της παγκόσμιας οικονομίας. Ο υπερπληθυσμός, η έντονη ανθρώπινη δραστηριότητα και η αποψίλωση επιφέρουν αλλαγές, οι οποίες επηρεάζουν άμεσα τη βιοποικιλότητα και την κλιματική αλλαγή. Την περίοδο 2000-2012 εκτιμήθηκε ότι χάθηκαν 2,3 εκατομμύρια km2 δασικής έκτασης σε παγκόσμιο επίπεδο, με ένα σταθερό ρυθμό απώλειας κατά 0,6%. Σε εκατό (100) χρόνια ενδέχεται να έχουν χαθεί εξ ολοκλήρου τα τροπικά δάση, στην περίπτωση που ο ρυθμός παραμείνει σταθερός. Οι βασικότερες απειλές που αντιμετωπίζουν τα τροπικά δάση είναι η υποβάθμιση των δασικών οικοσυστημάτων, o κατακερματισμός των ενδιαιτημάτων, η βιολογική εισβολή ξενικών ειδών και οι δασικές πυρκαγιές, οι οποίες προκαλούνται, κυρίως, από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Συνεπώς, είναι σημαντική η μελέτη ποικίλων ανθρώπινων παραγόντων για το σχεδιασμό κατάλληλης στρατηγικής και την αντιμετώπιση του προβλήματος. Παραδοσιακά, η διαχείριση των οικοσυστημάτων πραγματοποιείται μέσω της μελέτης πεδίου, δημιουργώντας προβλήματα, εξαιτίας των μεγάλων γεωγραφικών εκτάσεων και αντίστοιχα, του μεγάλου όγκου στοιχείων που έπρεπε να συλλεχθεί για την ολοκλήρωση της μελέτης. Σήμερα, η παρακολούθηση των οικοσυστημάτων, με τις εξελιγμένες τεχνικές τηλεπισκόπησης, αποτελεί πλέον «κλειδί» για τη διαχείριση και την προστασία τους, προσφέροντας μια μεγάλη και εύχρηστη βάση δεδομένων από τους δορυφόρους της ατμόσφαιρας. Παρότι η παγκόσμια επιστημονική γνώση για τα κινδυνεύοντα είδη των τροπικών οικοσυστημάτων είναι περιορισμένη, με το 56% των taxa να μην έχουν επαρκή στοιχεία, ωστόσο, η ολοκληρωμένη διαχείριση των κινδυνευόντων οικοσυστημάτων μπορεί να προσφέρει νέο υλικό, σε αντίθεση με τη διαχείριση σε επίπεδο ειδών, η οποία παρουσιάζει ελλείψεις, λόγω μικρής ταξονομικής κάλυψης. Συνεπώς, είναι σημαντική η αντιμετώπιση της απειλής των οικοσυστημάτων ως προτεραιότητα, με τη διεξαγωγή στοχευμένων μελετών στην προσπάθεια διατήρησης των οικοσυστημάτων. Η Ινδία έχει τροπικά δάση μεγάλης φυτοποικιλότητας τροπικών, υποτροπικών και εύκρατων τύπων, τα οποία απειλούνται όχι μόνο από την αστικοποίηση, τη βιομηχανοποίηση, την υπερβόσκηση, τις πυρκαγιές, την εισβολή ξενικών ειδών και την εξόρυξη, αλλά κυρίως από τις τοπικές μονοκαλλιέργειες, οι οποίες αυξάνονται ραγδαία εις βάρος της δασικής έκτασης. Για να χαρακτηριστεί ένα οικοσύστημα, δηλαδή το σύνολο των βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων που αλληλεπιδρούν σε μια γεωγραφική έκταση, ως απειλούμενο, πρέπει να τηρούνται συγκεκριμένα ποσοτικά κριτήρια, όπως είναι ο βαθμός υποβάθμισης και η γεωγραφική του έκταση. Από το συνδυασμό των δύο προκύπτει η ποσοτικοποίηση της υποβάθμισης, η οποία είναι απαραίτητη για την επιτυχή διαχείριση των οικοσυστημάτων. Επομένως, κατά τη διαδικασία αξιολόγησης των απειλούμενων οικοσυστημάτων, στόχος είναι η επίλυση των κριτηρίων αυτών και η εκμηδένιση των ρίσκων που αντιμετωπίζουν. Η κόκκινη λίστα IUCN για τα απειλούμενα είδη (International Union for Conservation of Nature and Natural Resources) περιλαμβάνει χρήσιμες πληροφορίες σε επίπεδο είδους, οι οποίες μπορούν να εφαρμοστούν και σε επίπεδο οικοσυστήματος, με προσαρμογές, καθώς η απειλή των ειδών συνδέεται άμεσα με τα προβλήματα που παρουσιάζονται στο ενδιαίτημά τους (αναταραχές ως προς τη γεωγραφική εξάπλωση, την αφθονία και τις εποχικές μετακινήσεις). Σε αυτή την περίπτωση, αποτελεί μεγάλη βοήθεια η οριοθέτηση βιολογικών χαρακτηριστικών, μέσω της διαφοροποίησης για παράδειγμα, των τύπων βλάστησης, καθώς οπτικοποιούνται τα όρια των οικοσυστημάτων. Συνεπώς, η προτεραιότητα των μελετών μπορεί να αποκτήσει πιο στοχευμένα στοιχεία. Επίσης, τα χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν τα απειλούμενα οικοσυστήματα, όπως είναι η μείωση της δασικής έκτασης, μπορούν να είναι είτε ποσοτικά, όπως η αποψίλωση, η οποία καταμετράται, είτε ποιοτικά, όπως η υποβάθμιση, η οποία περιλαμβάνει αλλαγές στη δομή, τη σύνθεση και τη λειτουργία των οικοσυστημάτων. Σχετικά με το ζήτημα της μείωσης των οικοσυστημάτων της Ινδίας, ως προς το μέγεθος ή την ποιότητά τους, δεν υπάρχουν επαρκή επιστημονικά στοιχεία. Ωστόσο, έχουν προκύψει αλλαγές στη δασική οικολογία της περιοχής. Στην παρούσα έρευνα συνδυάστηκαν οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης (GIS) με τα στοιχεία του ενδιαιτήματος της Οντίσα, στην Ινδία, για την οριοθέτηση των απειλούμενων οικοσυστημάτων, χρησιμοποιώντας ως άξονες τα εξής πέντε προβλήματα: i) αποψίλωση, ii) δασική υποβάθμιση, iii) κατακερματισμός, iv) δασικές πυρκαγιές και v) βιολογική εισβολή ξενικών ειδών, τα οποία παρουσιάζονται στην περιοχή αυτή.
2. Περιοχή Μελέτης
Η περιοχή της Οντίσα, με συντεταγμένες από 81°24’ ως 87° 29’ Α και 17° 48’ ως 22° 34’ Β, βρίσκεται στην ανατολική ακτογραμμή της Ινδικής Χερσονήσου. Το συνολικό μέγεθος της περιοχής είναι 155.707 km2, ενώ το νοτιοανατολικό της μέρος καταλαμβάνει ακτή, μήκους 482 km. Περιλαμβάνει τρεις φυτογεωγραφικές ζώνες: Το ανατολικό Γκατς, το οροπέδιο του Νεκάν και οι παράκτιες πεδιάδες. Ως προς τη βλάστηση, υπάρχουν στην περιοχή τα τροπικά δάση, με κυρίαρχα τα πλατύφυλλα είδη (υγρά 75%, ξηρά 21%, ημιαειθαλή 3% και μαγκρόβια 0,6%), τα οποία καταλαμβάνουν το 7,1% της συνολικής δασικής κάλυψης της Ινδίας. Θεωρείται η πέμπτη σε κατάταξη περιοχή της Ινδίας, ως προς την καταγραφή της δασικής έκτασης, με συνολική δασική κάλυψη 48.903 km2, καλύπτοντας το 7,1% της συνολικής δασικής κάλυψης της Ινδίας. Επίσης, η περιοχή μελέτης παρουσιάζει μεγάλη ετερογένεια ενδιαιτημάτων, εξαιτίας των εδαφικών και υψομετρικών χαρακτηριστικών της, με τις υψηλότερες κορυφές να είναι οι εξής: Μαχεντραγκίρι (1500 m), Σινγκαράτζου (1515 m), Τουριακόντα (1599 m) και Ντεομάλι (1673 m). Επιπλέον, περιλαμβάνει τις δύο περιοχές Ραμσάρ της Ινδίας, τη λίμνη Τσιλίκα και τα μαγκρόβια της Μπιταρκανίκα, όπως και τρεις κύριους ποταμούς, τους Μαχανάντι, Μπραχμάνι και Μπαϊταρανί, ενώ ταυτόχρονα κατέχει το δεύτερο μεγαλύτερο ποσοστό σε φυλετικό πληθυσμό.
3. Υλικά και Μεθοδολογία
3.1. Επεξεργασία δορυφορικών δεδομένων
Τα λογισμικά που χρησιμοποιήθηκαν στην έρευνα αυτή ήταν το ERDAS IMAGINE 11 και το ArcGIS, σύμφωνα με τα οποία, πραγματοποιήθηκε η επεξεργασία των εικόνων και αναλύθηκαν τα γεωγραφικά τους δεδομένα, αφού πρώτα διορθώθηκαν γεωμετρικά και ραδιομετρικά. Ακολουθήθηκε η επαναδειγματοληψία του εγγύτερου γείτονα (Nearest Neighbor resampling), με γεωαναφορά στο Παγκόσμιο Εγκάρσιο Μερκατορικό Σύστημα (UTM) και σύστημα συντεταγμένων WGS84, ανάλυση 80 m και κλίμακα 1:250.000 κατά την τεχνική της υβριδικής ταξινόμησης. Επίσης, λήφθηκαν τυχαία δείγματα από 1900 τοποθεσίες, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στην τελική σύγκριση με τους ταξινομημένους χάρτες, με σκοπό την ποσοτικοποίηση της συνολικής ακρίβειας (Kappa).
3.2. Παράμετροι και κριτήρια
Χρησιμοποιήθηκαν και τα πέντε προβλήματα (αποψίλωση, δασική υποβάθμιση, κατακερματισμό ενδιαιτημάτων, δασικές πυρκαγιές και βιολογική εισβολή ξενικών ειδών) που απειλούν τα οικοσυστήματα, ακολουθώντας τη σειρά των βημάτων που φαίνονται στο σχήμα 1. Το μέγεθος των δειγματοληπτικών επιφανειών, σύμφωνα με το οποίο μπορεί να είναι εμφανής η απειλή στο οικοσύστημα, καθορίστηκε να είναι 5 km × 5 km (25 km2 η καθεμία), ενώ τα ποσοτικά κριτήρια σχετικά με το ποσοστό της απειλής αναδείχθηκαν, όπως φαίνεται στον πίνακα 1. Τα ποσοστά αυτά αντιστοιχούν στα είδη του προβλήματος, δηλαδή στην ποσοστιαία μείωση δάσους, στην έκταση πυρκαγιών, στην εξάπλωση της προσβολής των ξενικών ειδών κλπ και αποτελούν καινοτομία στην επιστημονική γνώση, καθώς είναι η πρώτη φορά που καταγράφονται.
3.2.1. Αποψίλωση Δασών
Για τη δημιουργία χωρικών δεδομένων σχετικά με τη δασική κάλυψη των τελευταίων 75 ετών, χρησιμοποιήθηκαν τοπογραφικοί χάρτες της περιόδου 1924-1935, κλίμακας 1:250.000. Τέθηκε η έννοια της αποψίλωσης ως η αλλαγή της κάλυψης γης, με την εξάντληση της κάλυψης της κόμης των δέντρων σε λιγότερο από 10%. Επιπλέον, για τη σύγκριση των δεδομένων διαχωρίστηκαν δύο περίοδοι: η ιστορική μείωση (1935-2010) και η μακροπρόθεσμη μείωση (1975-2010). Στην πρώτη, η μείωση >90% της δασικής κάλυψης θεωρείται κρισίμως κινδυνεύον οικοσύστημα, >70% θεωρείται κινδυνεύον και >50% ευάλωτο. Αντίστοιχα, στη δεύτερη, όταν η μείωση της δασικής κάλυψης είναι >80% τότε θεωρείται κρισίμως κινδυνεύον, >50% κινδυνεύον και >30% ευάλωτο. Η ανάλυση βασίστηκε στα δεδομένα των δύο αυτών χρονικών πλαισίων, όπου παρουσιάζονται αλλαγές στον αριθμό και την κατανομή των απειλούμενων οικοσυστημάτων.
3.2.2. Υποβάθμιση Δασών
Ο ορισμός της υποβάθμισης των δασών αναφέρεται στις μεταβολές εντός της δασικής περιοχής, οι οποίες επηρεάζουν αρνητικά τη δομή ή τις λειτουργίες του δάσους. Η υποβάθμιση, σε σύγκριση με την αποψίλωση των δασών, μπορεί να είναι πιο εύκολα ανιχνεύσιμη σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, σύμφωνα με ενδείξεις, όπως είναι οι εξής: η μείωση των πληθυσμών των ειδών, η επίδραση των εμπρησμών στο δασικό οικοσύστημα, η κάλυψη της κόμης των δέντρων, η πυκνότητα του δασικού αποθέματος, ο τεμαχισμός της περιοχής, η κυριαρχία των εισβλητικών ξενικών ειδών, η παρουσία πρωτοπόρων ειδών, η γονιμότητα των εδαφών και η σύνθεση των ειδών. Τα χωρικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν σχετικά με τη χαρτογράφηση της πυκνότητας της κόμης των δέντρων, σύμφωνα με την οποία, οριοθετήθηκαν τα πυκνά δάση (>40% της κομοστέγης του δάσους) και τα ανοιχτά δάση (10-40% της κομοστέγης του δάσους). Επίσης, με βάση τον πίνακα απροσδιοριστίας, οι αλλαγές που προέκυψαν από πυκνό προς ανοιχτό δάσος θεωρήθηκαν ως ένδειξη δασικής υποβάθμισης, γεγονός που αποτελεί επιζήμια επίδραση στην ποικιλότητα των ειδών.
3.2.3. Κατακερματισμός
Ο κατακερματισμός των ενδιαιτημάτων των δασικών οικοσυστημάτων αποτελεί μέρος της δασικής υποβάθμισης και αφορά την απώλεια μεγάλου ποσοστού του αρχικού ενδιαιτήματος, ειδικότερα στην περίπτωση σημαντικού τεμαχισμού του, όπου καταλήγει να χάνει ορισμένα από τα είδη που κατοικούν σε αυτό. Διακόπτεται, ουσιαστικά, το συνεχές τοπίο, το οποίο τελικά, περιλαμβάνει πολλές μικρές και ασύνδετες μεταξύ τους χωροψηφίδες. Ο κατακερματισμός στη συγκεκριμένη μελέτη διακρίνεται σύμφωνα με τον αριθμό των δασικών χωροψηφίδων, σε σύγκριση με τον αριθμό μη δασικών χωροψηφίδων της κάθε επιφάνειας.
3.2.4. Δασικές Πυρκαγιές
Η έκταση της ζημιάς που μπορεί να δημιουργήσει μια δασική πυρκαγιά εξαρτάται σημαντικά από την ένταση της φωτιάς και μπορεί να προσδιοριστεί, σύμφωνα με τους χάρτες των καμένων περιοχών. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκε η επιβλεπόμενη ταξινόμηση, ένα εμπειρικό εργαλείο μοντελοποίησης, το οποίο εξάγει τη στατιστική σχέση μεταξύ μεταβλητών εισόδου και πραγματικών παραμέτρων των ενδιαιτημάτων. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε η μέγιστη πιθανοφάνεια για την εξαγωγή εικονοστοιχείων (pixels) της πυρκαγιάς.
3.2.5. Εισβολή Ξενικών Ειδών
Η εισβολή ξενικών ειδών θεωρείται ως η δεύτερη μεγαλύτερη απειλή για την τοπική βιοποικιλότητα. Για τον προσδιορισμό της εισβολής αυτής πραγματοποιήθηκε φυτοκοινωνιολογική μελέτη, με δειγματοληψία φυτικών ειδών σε 1800 σημεία, καλύπτοντας το 0,002% της συνολικής δασικής περιοχής. Σε κάθε σημείο δειγματοληψίας καταγράφηκαν τα επιστημονικά ονόματα των ειδών των δέντρων, θάμνων, ποών και αναρριχώμενων φυτών της περιοχής, συνδυάζοντας τα στοιχεία αυτά με την αφθονία των πληθυσμών των εισβλητικών ξενικών ειδών. Δόθηκε βάση στα δασικά οικοσυστήματα ανοιχτής δασοκάλυψης, καθώς τα εισβλητικά είδη προτιμούν το φως, κατηγοριοποιώντας, έτσι, τις απειλούμενες δασικές περιοχές.
