《Nature Ecology & Evolution》：Fourfold increase in fragmentation from road expansion in Siberian intact forests since 2000
编辑推荐：
道路建设是全球森林退化的主要驱动因素，加剧了栖息地破碎化、生物多样性丧失和碳排放。尽管这些后果已在热带森林中得到证实，但北方原始森林景观（IFLs）中道路扩展的时空动态和生态影响仍知之甚少，尤其是中西伯利亚IFLs——一个约171万平方公里的荒野区和碳汇。为弥
道路建设是全球森林退化的主要驱动因素，加剧了栖息地破碎化、生物多样性丧失和碳排放。尽管这些后果已在热带森林中得到证实，但北方原始森林景观（IFLs）中道路扩展的时空动态和生态影响仍知之甚少，尤其是中西伯利亚IFLs——一个约171万平方公里的荒野区和碳汇。为弥补这一空白，研究人员分析了2000年至2023年的20,480幅Landsat卫星影像，发现该区域道路面积和长度增加了1.6倍。与伐木和采矿活动空间相关的道路扩展，占据了约1,046平方公里的IFLs，使森林破碎化加剧了4.3倍，并使距道路30米范围内的IFL边缘增加了1.2倍。仅在2010年至2023年间，道路扩展直接导致了39.1兆吨的地上生物量损失。这些发现凸显了改进道路规划和政策的迫切需要，以在经济发展与北方森林保护之间取得平衡。
# 道路扩展对西伯利亚原始森林的多维影响：基于二十余年Landsat遥感数据的系统评估
## 研究背景与意义
西伯利亚地区是全球三大原始森林景观（IFLs）之一，也是最关键的荒野区域之一，同时还是重要的自然资源储集区和关键的净碳汇。然而，这一重要生态系统正面临日益加剧的工业活动带来的前所未有的影响，包括木材采伐、矿产开采和化石燃料开采等。自1990年至2020年间，亚洲俄罗斯森林的碳汇下降了42%，其中以2010年代末期损失最为严重，主要归因于工业活动。道路网络的快速扩展是森林主导景观中工业发展的典型特征。来自热带生态系统的证据表明，道路扩展是生态系统退化的关键驱动因素，包括毁林、栖息地破碎化、边缘效应和碳损失。然而，对于西伯利亚IFLs中道路网络扩展的时空动态及其对毁林、破碎化和碳储量的直接和间接影响，目前仍缺乏系统性的认识。尽管已有全球道路数据集，如全球道路清单项目（GRIP）和开放街道地图（OSM），但这些数据往往不完整、过时且缺乏多年代际时间序列，其线性矢量格式也妨碍了对道路影响空间范围的精确量化。
## 研究方法
本研究聚焦于全球最大的IFLs之一，分析了东西伯利亚581万平方公里区域（面积相当于印度尼西亚的三倍、刚果民主共和国的2.5倍）内道路网络的时空动态及其多层面影响。研究人员通过目视解译和人工数字化2000年、2010年和2023年的20,480幅Landsat 5、7、8和9场景年度合成影像，生成道路数据集。研究采用了多种关键分析方法：利用分层随机抽样和误差矩阵进行道路产品的精度评估，总体精度达0.9991±0.0003；运用地理加权回归（GWR）分析道路扩展与采矿和伐木活动的空间关联；应用SegFormer深度学习模型绘制伐木区域分布图；结合卡方检验和蒙特卡洛随机化检验分析道路扩展在不同土地覆盖类型、海拔和坡度上的分布特征；采用残差自协变量（RAC）回归控制空间自相关后评估道路扩展与地上生物量（AGB）损失之间的统计关联；利用欧洲空间局气候变化倡议的Biomass_cci产品量化生物量和碳损失。
## 研究结果
### 中东西伯利亚北方森林的道路扩展
2000年至2023年间，研究区道路面积增加了55.5%，从7,110平方公里增至11,056平方公里；道路总长度增长了59.6%，从172,521公里增至275,288公里。在绝对数量上，萨哈共和国（RS）、克拉斯诺亚尔斯克边疆区（KK）、哈巴罗夫斯克边疆区（KhK）和伊尔库茨克州（IO）的道路扩展最为显著。然而，当考虑扩展密度（单位面积的道路建设量）时，出现了不同的格局：开发最密集的区域并非绝对扩展量最大的区域。扩展道路主要侵占原有森林用地（82.7%），其次为灌木和草地（10.3%）及农田（4.3%）。道路扩展在低海拔（海平面以上100至600米）和缓坡（小于5°）地形中不成比例地集中。缓冲区和GWR分析揭示了道路扩展与采矿（平均系数=0.2，平均R2=0.3）和伐木区域（平均系数=0.3，平均R2=0.4）增加之间的强空间关联。
### 道路扩展加剧了IFL破碎化和丧失
2000年至2023年间，新建道路直接替代了约1,046平方公里的IFLs，占IFL总损失的0.3%。值得注意的是，距离新道路1公里范围内发生了30,427平方公里的IFL损失，占总IFL损失的9.7%。道路扩展和相关毁林显著加剧了IFL破碎化和边缘效应：IFL斑块数量从2000年的383个急剧增加到2010年的628个，进一步增至2023年的1,645个，较2000年分别增加了64.0%和329.5%。同时，IFL斑块的平均面积从2000年的4,460平方公里减少到2010年的2,719平方公里，到2023年进一步缩小至1,038平方公里。斑块大小分布分析显示，极小森林斑块（小于1平方公里）的数量急剧上升，进一步凸显了原有IFL完整性的降低以及边缘和隔离效应的风险。距道路30米、60米和100米范围内的IFL边缘面积均显著扩大，其中30米边缘面积从2000年的7,686平方公里增至2023年的8,934平方公里，累计增长16.0%。
### 道路扩展导致森林地上生物量损失
2010年至2023年间，道路扩展导致了39.1兆吨的地上生物量（AGB）减少。损失最大的地区为KK（850万吨），其次是KhK（610万吨）、IO（580万吨）、RS（560万吨）和TO（460万吨），这五个区域合计占道路扩展导致的总AGB损失的78.3%。基于10×10公里网格单元和最小-最大归一化变量的RAC回归分析显示，2010年至2023年的道路扩展与AGB损失显著相关（β=0.46，模型R2=0.56），表明道路相对增加越大的网格单元，其AGB相对损失也越大。
## 结论与讨论
本研究揭示了道路扩展对西伯利亚IFLs的重大影响，强调了制定有针对性的政策和基于证据的干预措施以减轻道路发展的负面后果的紧迫性。研究构建的道路产品优于GRIP和OSM等全球领先数据集，因为基于栅格的道路数据包含面积信息，能够更精确地评估道路对IFLs的影响。研究结果更新并扩展了此前因依赖不完整的OSM数据而低估北方森林人类影响的研究结论，表明过去二十年的道路扩展和相关破碎化已削弱了西伯利亚北方森林的完整性，使其日益丧失"前沿森林"的关键特征。与热带森林的观测结果类似，道路扩展显著增加了栖息地斑块数量并减小了斑块面积，加剧了边缘效应，这些变化可能通过种群隔离和增加狩猎及野生动物贸易的准入而加速生物多样性下降和灭绝风险。
研究结论指出，保护西伯利亚北方森林对于防止其转变为碳源至关重要。为减轻道路扩展的生态影响，政府必须实施空间规划，确保新的基础设施项目不损害原始森林，并遵守关于气候减缓、生物多样性保护和可持续发展的国际承诺。将IFLs指定为禁止开发的保护区对于维护生态系统完整性、维持长期碳储存以及保护生物多样性和景观连通性至关重要。然而，研究也发现保护区并不能完全阻止道路发展压力，约260平方公里的道路面积（占道路扩展总量的4.7%）位于保护区内。有效保护IFLs有赖于双重策略：在可行的地方主动扩大保护范围，并对新道路开发实施严格、可执行的上限限制。最终，这取决于国家层面持续的政治意愿，将IFL保护置于基础设施和土地利用决策的优先位置。
