农业扩张与采矿驱动加纳森林损失尽管森林砍伐率下降：来自全国尺度评估的证据（Agricultural expansion and mining drive forest loss in Ghana despite declining deforestation rates: Evidence from a national-scale assessment）

《PLOS One》：Agricultural expansion and mining drive forest loss in Ghana despite declining deforestation rates: Evidence from a national-scale assessment

　　

可靠的森林砍伐估算对于理解森林变化动态以指导保护与土地管理政策至关重要。然而，已发表的加纳森林损失估算之间存在显著差异，导致对森林砍伐程度及其驱动因素的认识存在不确定性。此外，以往森林砍伐率大多仅针对个别森林保护区或特定景观进行估算，而非覆盖整个国家。为弥补这一空白，本研究利用多时相Sentinel-2影像和分类后变化检测技术，对2015年至2025年间加纳全国范围内的森林砍伐率及森林转化路径进行了国家级明确评估。研究人员生成了2015年、2020年和2025年的土地利用/土地覆被（LULC）图，并据此量化土地覆被转变、估算森林砍伐率，并识别森林向其他土地利用转化的主要路径。研究结果显示，研究期间景观主要以稳定的非森林（73.82%）和稳定的森林（22.36%）覆被为特征。然而，2015年至2025年间加纳损失了约279,227公顷森林，相当于累计森林砍伐率为4.95%，年均森林砍伐率为0.40% yr?1（每年百分比）。森林损失从2015—2020年间的130,878公顷增加到2020—2025年间的149,984公顷，表明森林砍伐呈加速趋势。空间分析显示，稳定森林主要集中于西南部高森林区，而森林退化则在过渡带和热带稀树草原景观中更为普遍。对森林转化路径的检视表明，农业扩张和采矿是森林砍伐的主要驱动因素，分别占森林总损失的80.4%和11%。在十年间，矿区面积呈现最大比例增幅（533.9%）。研究结果表明，农业扩张仍是加纳森林损失的主要原因，尽管采矿活动的快速增长对该国森林生态系统构成了新兴威胁。持续的森林损失可能削弱碳汇能力，并损害加纳森林对减缓气候变化的贡献。通过提供最新的、空间明确的森林变化估算，本研究填补了加纳国家级森林砍伐评估中的关键知识空白，同时也为国家级森林监测、土地利用规划以及旨在减少森林砍伐和促进可持续景观管理的策略制定提供了相关信息。

**研究背景与科学问题**

森林是地球上最重要的陆地生态系统之一，提供生物多样性维持、水文调节、土壤保护、气候调节以及木材和非木材林产品等多重生态与社会经济服务。在热带地区，森林直接支撑着粮食安全、能源供应、就业和农村发展。然而，全球范围内农业扩张、采伐、采矿、基础设施建设和城市化等人为活动持续对森林构成严重压力，导致毁林和森林退化，进而引发栖息地破碎化、生物多样性丧失、碳储量下降及温室气体排放增加。加纳同样面临森林面积显著减少的问题，农业扩张（尤其是经济林和粮食作物生产）被认为是该国森林损失的主要驱动力。然而，既有加纳森林砍伐率估算存在较大差异，因研究空间范围、森林定义和方法论不同，年砍伐率介于0.64%至3.6%之间。多数研究仅针对特定森林保护区或局部景观展开，未能全面捕捉保护区边界之外的土地利用转变。此外，鲜有研究将全国尺度的砍伐率量化与森林转化路径分析相结合。为填补这一知识空白，研究人员利用多时相Sentinel-2影像和分类后变化检测技术，开展了覆盖加纳全域的2015—2025年森林砍伐率与森林转化路径国家级明确评估。

**主要技术方法**

研究以加纳全境约238,535 km2为研究区域。利用多时相Sentinel-2影像，结合归一化差异植被指数（NDVI）、归一化差异氮指数（NDNI）、裸土指数（BSI）和归一化差异建筑指数（NDBI），采用ENVI 5.3中的监督最大似然分类算法生成2015年、2020年和2025年土地利用/土地覆被（LULC）图。参考数据通过目视解译Landsat影像、Sentinel-2影像、高分辨率Google Earth影像（仅作为辅助参考）及既有国家土地覆被图构建，并采用基于K-means无监督分类的分层随机抽样确保样本代表性。每个时期使用5,000个训练点和2,143个独立验证点进行分类。在ERDAS Imagine 2018中通过误差矩阵评估分类精度，并利用Matrix Union的post-classification变化检测方法逐像元量化各时段土地覆被转变。森林砍伐率通过Puyravaud对数方程计算。现场验证涵盖森林保护区和保护区外区域，进入保护区需获得加纳林业委员会森林服务司许可。

**研究结果**

**分类精度评估**：2015年总体精度为82.8%，2020年和2025年分别提升至85.0%和85.3%，Kappa系数从0.77（2015年）提高至0.80（2020年和2025年）。栽培/草地、水体及矿区精度较高，生产者精度超过90%；红树林的用户精度较低（51.3%—55.4%），但生产者精度极高。

**土地覆被转变特征**：2015—2020年，密闭林约95.5%保持稳定，主要转为经济林（1.8%）、开放林/农林复合系统（1.2%）和栽培/草地（1.1%）。2020—2025年，密闭林稳定比例相似（95.5%），主要转为开放林/农林复合系统（2.65%）和矿区（0.62%）。红树林在2020—2025年呈现最大转变（33.27%），主要转为栽培/草地（15.76%）和经济林（6.95%）。2015—2025年间，密闭林面积从1,075,738.11 ha降至986,343.27 ha（减少8.3%）；开放林/农林复合系统减少3.0%；栽培/草地增加0.8%；建设用地扩张28%；经济林减少5.5%；红树林净增1.8%；矿区面积从15,445.11 ha骤增至97,910.10 ha，增幅高达533.9%。

**森林砍伐与空间格局**：2015—2020年加纳损失约130,878.13 ha森林，年砍伐率为0.34% yr?1；2020—2025年损失增至149,984 ha，年砍伐率升至0.47% yr?1。十年间累计损失279,227 ha，累计砍伐率4.95%，平均年砍伐率0.40% yr?1。稳定森林（22.36%）主要集中于西南高森林区，而森林退化在过渡带和热带稀树草原区分布更广。森林损失占国土面积1.17%，森林退化占0.16%，森林增益占0.24%。

**森林转化路径**：农业扩张主导了森林损失，占全部毁林面积的80.4%（包括栽培/草地和经济林系统），采矿占11.0%，建设用地/裸地和水体分别占6.9%和1.8%。此外，农业用地转为建设用地/裸地是最大的农业转化路径（62.34%），19.12%的农业用地转为矿区，18.54%转为森林。研究还发现，开放林/农林复合系统转为农业用地的面积约为密闭林转为农业用地的四倍，表明农业扩张多通过渐进式森林退化而非直接砍伐密闭林实现。

**讨论与结论**

本研究中估算的年均森林砍伐率（0.40% yr?1）低于多项先前研究报道（0.64%—3.6%），这可能与评估尺度差异有关——全国尺度涵盖了相对稳定的森林区域，而保护区尺度的研究往往聚焦于受人为干扰较重的景观。尽管砍伐率表面下降，农业和采矿仍共同解释了91%以上的森林损失，表明潜在驱动因素并未消减。采矿活动的急剧增长（533.9%）与允许在保护区内采矿的立法时间吻合，构成新兴威胁。从碳角度而言，森林转为农业和矿区将显著降低地上生物量及碳汇潜力，密闭林转为开放林/农林复合系统（37,633 ha）本身即构成碳储量下降的重要路径。研究建议保护策略不应仅聚焦降低砍伐率，还需涵盖防止森林退化、强化采矿监管、促进可持续农业集约化及生态系统恢复。本研究基于多时相Sentinel-2影像和LULC变化分析，首次为加纳全境提供森林砍伐率和转化路径的空间明确评估，为国家级森林监测、保护规划、可持续土地利用管理和气候变化减缓提供了重要证据基础。未来研究应整合更高时间分辨率的卫星影像与社会经济和政策数据，以深化对农业扩张、采矿、政策干预与森林动态相互作用的理解。

研究由Patrick Addo-Fordjour、Francis Emmanuel Awortwi、Caleb Ezekiel Obodai、Francis Boakye Aboagye、Christine Naa Lamiley France、Nana Serwaa Boakye Kusi-Appiah和Derrick Oppong共同完成，发表于《PLOS One》。研究结论明确指出，尽管加纳国家层面的森林砍伐率相较许多既往估算有所下降，但森林仍持续承受农业扩张和采矿活动快速增长的巨大压力。农业扩张仍是森林转化的主导驱动因素，而采矿的显著增长凸显了其对森林损失的日益加剧的贡献。本研究生成的空间明确信息为加纳的国家森林监测、保护规划、可持续土地利用管理及气候变化减缓举措提供了重要证据基础。未来研究应整合更高时间分辨率的卫星影像与社会经济和政策数据，以深化对农业扩张、采矿、政策干预与森林动态之间相互作用的理解。