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(年6月4日)

科学问题

全球人口的增长、发展水平的提高以及由此产生的更大的相互关联性，导致对食品、木材、矿产和燃料等商品的需求增加，而这些商品的生产需要通过土地覆盖和土地利用的变化来改造和占有自然生态系统。自年以来，南美洲一直是大豆、甘蔗和非针叶林纸浆产量增长最快的地区。最值得注意的是，南美洲的大豆产量从年占世界总产量的四分之一，到年占世界总产量的一半以上。总的来说，商品生产数据表明，由于北美在全球农业商品生产中所占份额下降，南美在农业商品生产的总体增长中发挥了主要作用。与此同时，南美洲是一些世界上最重要的生态系统的所在地。长期以来，扩大农产品生产面积与保护重要的自然生态系统之间一直存在着紧张关系，这导致人们努力测绘和量化土地覆盖和土地利用的变化，以便更好地了解变化的动态、驱动因素和后果。

研究方法

通过对30多年的时间序列卫星数据进行内部一致的分析，改进了前人的方法。主要包括以下几步：

1、卫星数据处理。处理步骤包括转换传感器辐亮度，逐像素质量评估，反射率归一化，并聚集成16天的合成数据。

2、建立跨代际的物候指标集。首先从16天合成数据建立一组年际物候指标：红光、近红外(NIR)、短波红外(SWIR)1(1.6m)、SWIR2(2.2m)和NDVI(归一化植被指数)的第25至75百分位观测值的第二高、第二低和平均值。文章将研究年份划分为7个代际，对于每个代际的波段的每个值，保留了每个像元的最大值和最小值。从这7个年代的值中，提取了8个新的统计指标。这些数据为：(1)最大值，(2)最小值，(3)平均值，(4)振幅，(5)每个连续代际之间变化的绝对振幅之和，(6)两个连续代际之间的最大减少，(7)两个连续代际之间的最大增加，(8)两个连续代际之间的最大增加和最大减少之和。（图1）

图1跨代际物候指标集示意图

3、制图。对于耕地制图，由于考虑到耕地的物候变化，使用的数据是16天的合成数据，采用了基于袋装分类树的监督分类方法，同时输入Landsat、、年数据作为训练数据。对于稳定的土地覆盖、树木种植和自然树木再生的制图，将跨代际的物候指标集作为输入。因为绘制树木生长等渐进过程需要更长的时间序列。跨代际的物候指标集使我们能够将稳定的自然土地覆盖与所有其他类别区分开来。

4、分层样本的检验。对得到的制图结果，文章进行了分层样本的检验，使用分层随机样本方法，得到了个样本，每个样本对应一个像素。（图2）它将样本数据和其他项目数据进行比较，得到可比性结果。同时建立了一个可视化界面，把个样本点数据收集在一起，用户可以查看每个样本点结果。

图2分层采样示例

5、退化。在退化上，它估计了自年以来受退化事件影响的累计土地数量。不过有一定局限性，首先，由于分辨率限制，它无法评估精细尺度对结构或物种组成的影响。所以它不能依靠这些数据来评估采样像素是否从退化事件中恢复。同时，它没有考虑年以前退化的土地。退化的树木覆盖通常只能通过检测退化事件本身来检测，因此在研究初期的退化树木覆盖数量被低估了。为了弥补这一点，研究使用年退化面积估计数代替年至年的退化数量估计，以保守地估计研究期间人类活动影响的总变化。

6、人类影响。将人类影响分为四个类别，分别是：集约经济土地用途、半自然土地和次生林、因火灾引起的森林退化和因其他原因引起的退化。同时，文章给出了用于评估人类对自然土地影响的等级图例。（图3）

图3用于评估人类对自然土地影响的等级图例

研究结果

1.人类对自然土地的影响

图4人类对南美的影响

人类对自然的影响土地覆盖在南美洲自年以来增加了60%,达到.7±32.3Mha,占该大陆陆地面积的40%。到年，集约用地(农田、牧场、人工林和建设用地)面积增长56%，为.7±25.9Mha;低强度、小规模、废弃和短暂性土地利用(统称半自然土地)增加了66%，共计.5±16.3Mha。自年以来，到年，南美洲共有17%的植被覆盖受到了一次或多次退化事件的影响。

在巴西，人类对自然土地的影响比其他任何国家都要大(到年增加64%，总数为.8±19.7Mha)。人类对地球的影响相对增加最大的地区是除巴西外的泛亚马逊地区(哥伦比亚、委内瑞拉、秘鲁、玻利维亚、厄瓜多尔、苏里南、法属圭亚那和圭亚那地区)，年人类对地球的影响增加了%，达到.6±17.8Mha。而阿根廷的自然土地覆盖的新增人类占用率要低得多：人类对自然土地的影响在年增长了23%，达到.0±14.7Mha。

在亚马逊雨林为主的热带雨林生态区，人类对自然土地的影响增加了%，增加到.5±19.2Mha。截至年，该生态区剩余的天然树木覆盖有8%发生了退化，其中大部分初始退化(77%)是由于伐木等火灾以外的因素造成的。在热带潮湿落叶林生态带，人类活动的影响增加了61%，其中大部分是由于集约土地利用的增加。与热带雨林生态区不同的是，热带湿润落叶林绝大多数乔木覆盖率的退化是由火灾引起的，火灾占退化乔木覆盖率的87%。年，人类活动对热带干森林生态区的影响增加了88%，总计89.5±11.8Mha。到年，受人类活动影响的热带湿润落叶林生态带和热带干燥森林生态带的土地面积均超过了完整的自然土地。

图5南美洲土地覆盖/土地利用的转变

图6南美洲土地覆盖/土地利用趋势

2.年至年土地覆盖/土地利用变化

大陆尺度

在我们的研究期间，近五分之一的南美大陆经历了某种类型的土地覆盖/土地利用变化。最显著的土地变化动态是完整和退化的自然树木覆盖，总计.6±16.8Mha，代表了所有大陆水平变化的一半。从年到年，树木覆盖率以平均6.4Mha/年的速度稳步下降，之后，损失的速度显著减缓，达到平均每年2.3Mha。从转化上来看，到年，很大一部分树木覆盖通过土地覆盖/利用变化的一步过渡转变为牧场。年树木覆盖在年的第二常见命运(9%)是过渡土地，其次是树木覆盖直接转变为耕地(5%)。第二大变化类型为牧草。从年到年，总草场面积以平均3.5Mha/年的速度增加，之后草场面积稳定在Mha左右。整个大陆的耕地面积以平均2.0兆公顷/年的速度持续增长，导致在研究期间面积增加了2.6倍。大部分新增耕地面积(66%)是通过草场的转换而增加的。

国家尺度

从国家尺度来看。巴西是南美洲最大的国家，土地利用变化最广泛。年自然树木覆盖面积为.13±18.6Mha，自年以来减少了20%。在巴西的全部树木覆盖损失面积中，52%被转化为牧场。自年以来，巴西的耕地面积增加了近两倍，人工林和矮树作物的总面积增加了3.4倍。巴西的新耕地面积主要(61%)来自转变后的牧场。与巴西相比，阿根廷的变化水平较低。阿根廷最显著的变化是耕地面积翻了一番，牧场面积净减少22%。这两个变化是相互关联的:在研究期间损失的80%的牧场被转化为耕地。在年之前，阿根廷的牧场面积稳定在64Mha左右，之后开始减少。

生态区尺度

热带雨林的树木覆盖面积减少了55.4±8.5Mha，比年减少了10%，热带落叶最多的森林减少了66.4±11.3Mha，相当于年树木覆盖面积的36%。年后，这两个生态区的树木覆盖率明显下降。在两个生态区，树木覆盖主要转化为牧场，热带雨林中有23.6±7.2Mha的土地从树木覆盖转化为牧场，热带潮湿落叶森林中有35.3±8.6Mha的土地转化为牧场。

热带潮湿的落叶林是南美洲农田扩张的中心，因为在研究期间，该生态区的作物面积几乎增加了五倍，到年总计为44.6±4.2Mha。亚热带湿润森林生态区的耕地面积也显著增加(耕地总面积增加19.8±1.4Mha)，比年增加了84%。这个生态区的新耕地几乎完全是通过牧场的转换(92%)。

个人评价

该文章考虑到南美洲的经济发展和人口发展，以及和南美洲生态区的突出矛盾，选择南美洲为研究区，具有一定特殊性。从长时间尺度描述了人类对自然土地在南美洲的影响，时间跨度较大，数据涵盖范围广。采用多维跨代际数据集的方法非常新颖。并且，在方法上，提出了一套对人类影响和土地利用的划分思路，研究思路清晰明白，可以作为类似研究的参考。结果说明非常全面详细，同时围绕主题突出，同时制图美观，用一张图从不同的尺度讲述了从大陆到国家再到生态区的变化。同时，在结果和讨论上，有很多结合当地政策的内容，具有现实意义。

原文

Title:

RapidexpansionofhumanimpactonnaturallandinSouthAmericasince

Abstract：

AcrossSouthAmerica,theexpansionof

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