Escalating Fire-Driven Forest Loss in Protected Tropical Forests来自 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.71051 基本信息题目受保护热带雨林中火灾驱动的森林损失急剧加剧Escalating Fire-Driven Forest Loss in Protected Tropical Forests期刊名称Global Change Biology发表时间2026年8月Volume 32, e71051作者信息Christopher G. Bousfield, Oscar MortonDOI10.1111/gcb.71051核心观点2001至2024年间全球热带自然保护区PAs内因林冠替代型火灾Stand-replacing fires导致的森林损失超过400万公顷4.07 Mha占热带保护区森林总面积的1%其中三分之一的损失1.35 Mha集中发生在2024年单年。美洲热带地区承受了全球89%的火灾损失主要集中在巴西。反事实因果推断表明尽管保护区在大多数区域能显著降低起火概率非洲降低71%、亚太降低55%、美洲降低48%的样方火灾风险但保护区内外的年际火灾动态高度同步表明保护区并未与大尺度气候变暖和极端火险天气解耦未来保护区规划与管理必须将火灾风险列为核心要素。️ 一、 引言部分简要总结 (Introduction Summary)现实与科学背景热带湿润雨林是全球生物多样性热点和重要碳库维系着超过15亿人口的生计与生态服务功能。然而热带湿润雨林树种在历史上极少经历火灾缺乏抗火适应性火后树木死亡率极高。伴随气候变暖、干旱与极端火险天气频发森林破碎化与人为干扰加剧了热带雨林的火灾易感性。作为全球生物多样性保护的核心基石如“昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架”全球已建立超过200万平方千米的热带森林自然保护区PA。前人研究局限与瓶颈尽管以往研究证实保护区能将常规毁林减少约41%但在极端气候频发背景下保护区是否能有效抵御野火侵袭仍缺乏全热带尺度的定量评估。以往的大尺度研究多采用粗分辨率如 500 m MODIS过火面积产品难以区分导致林冠彻底损失的严重野火与轻度林下火也难以剔除保护区边缘农田火的人为干扰。此外保护区内部的火灾损失究竟在多大程度上由“保护效应”削减以及保护区是否能够脱离大尺度火灾上升趋势的影响此前尚无定论。核心科学问题本研究旨在回答2001至2024年间全球热带保护区内因林冠替代型火灾损失了多少森林空间热点集中在何处保护区内部年均火灾损失呈现何种时间演变趋势控制环境与人为干扰混杂因子后保护区相较于非保护区是否真正降低了火灾发生概率保护区内的火灾动态是否与全球/区域大尺度气候火灾趋势实现了解耦 二、 研究方法详细介绍与分析 (Methodology Framework)跨尺度多源数据集整合保护区空间数据库提取世界保护区数据库WDPA2024年7月版中热带与亚热带湿润森林生物群区内所有2024年前建立的陆生保护区并补充中国国家自然保护区数据最终纳入9,791个保护区。林冠替代型火灾高分辨率数据采用 30 m 分辨率全球火灾致森林损失数据集Tyukavina et al., 2022该数据严格定义为直接导致高度 5 m 树冠彻底损失的火灾排除未破坏林冠的林下弱火与砍伐后焚烧。植被与种植园掩膜采用 Hansen 2000年基准树木覆盖数据设定树冠覆盖率 ≥ 25% 阈值并利用全球种植园空间数据库SDPT v2.0严格剔除人工林。统计匹配Statistical Matching控制混杂偏倚将 30 m 像元聚合至 1 km 尺度网格提取保护区内部完全位于边界内且树冠覆盖率 ≥ 25%与外部距离保护区边界 10 km 以消除边缘溢出效应的样方。抽取美洲、非洲、亚太三大区域共25万个保护区像元与150万个外部候选像元采用马氏距离匹配法Mahalanobis distance matching卡尺设定为 0.2进行 1:1 配对。匹配协变量涵盖地形海拔、坡度、长期气候常年值年均温、最热季均温、年降水、最干季降水、最湿季降水、极端火险天气ERA-5 火险天气指数 FWI 第95百分位数、人口密度、到最近城市交通时间、1 km 及 5 km 缓冲区森林面积并在国家尺度进行精确匹配匹配后标准化均值差 SMD 0.25。广义加性混合模型GAMM与反事实因果推断Parametric g-formula空间反事实模型构建具有准二项分布Quasibinomial误差结构的 GAMM 模型将保护状态设为随经纬度连续平滑变化的空间变系数Spatially Varying Coefficient, SVC并引入国家层级随机截距。采用参数 g-formula 估计保护区平均处理效应ATT计算保护区将状态反转为“未保护”时的火灾概率绝对变化百分点变化Percentage points。时间解耦动态模型在匹配数据集上建立时间分解模型为保护与非保护区域分别拟合跨年份的时间平滑曲线提取年边际效应斜率Marginal effect/slope对比保护区内外火灾年际波动的一致性。 三、 主要研究结果与充实数据分析 (Main Results Quantified Data)全热带保护区森林火灾损失总量与地理集中度损失总量2001至2024年间全球热带保护区累计损失林冠替代型森林 4.07 Mha标准误区间 3.77–4.31 Mha相当于损失了热带保护区森林总面积的 1%。区域极度不平衡损失绝大部分集中在美洲热带地区3.62 Mha占全球总损失的 89%亚太地区次之0.31 Mha非洲最少0.14 Mha。火灾高发热点集中于中美洲、亚马逊南部、巴西大西洋森林、加里曼丹岛及苏门答腊岛。国家与保护区尺度巴西承受了全球 65% 的保护区火灾损失2.66 Mha损失了该国保护区森林的 1.3%其次为玻利维亚0.39 Mha占 4.3%和印度尼西亚0.28 Mha占 1.6%。按损失比例计算巴拉圭12.6%、危地马拉6.7%和海地4.7%位列前三。全球共有 95 个保护区损失了超过 10% 的森林面积美洲 69 个、亚太 23 个、非洲 3 个其中 4 个保护区过火损失超过 50%。研究区保护区分布格局详见 Figure 12001–2024年全球热带保护区火灾损失网格空间分布、国家总量与损失比例详见 Figure 2。图片名Figure 1图例说明Figure 1 | 全球热带及亚热带湿润森林生物群区内研究保护区PAs空间分布图。绿色代表2001年以前设立的保护区棕色代表2001年及以后设立的保护区灰色阴影为热带及亚热带湿润森林群区范围。图片名Figure 2图例说明Figure 2 | 2001至2024年全热带自然保护区林冠替代型森林火灾损失格局。a 每 50 km² 网格内保护森林过火面积公顷b 国家尺度保护森林累计过火面积公顷c 国家尺度保护森林过火面积占该国保护森林总面积的百分比%。火灾损失的年际急剧加速与 2024 年极端脉冲时间上升趋势曼-肯德尔趋势检验表明美洲P 0.001年增速率 7,250 ha/yr与非洲P 0.001年增速率 387 ha/yr保护区内的年火灾损失呈极显著上升趋势而亚太地区无显著线性趋势P 0.31。控制保护区面积扩张后仅分析2001年前建立的保护区美洲5,146 ha/yr与非洲54 ha/yr的增长趋势依然显著。2016年后的阶段性跃升2016至2024年间保护区内年均过火损失面积比 2001–2015 年均值激增了 9 倍以上在2001年前设立的保护区中激增 5 倍。2024年极端火灾事件2024年单年内全球热带保护区损失森林达 1.35 Mha占过去24年累计损失总量的三分之一其中 95% 的损失发生在美洲热带地区。国家覆盖度全球有 30 个热带国家美洲 15 个、非洲 11 个、亚太 4 个的保护区火灾面积呈现显著增加趋势这些国家合计承载了全球 80% 的热带保护林。三大洲保护区面积扩张与火灾损失年际趋势、国家级增长斜率分布详见 Figure 3。图片名Figure 3图例说明Figure 3 | 2001至2024年热带三大区域保护区面积增长与火灾损失时间演变趋势。a-c 分别展示拉丁美洲a、非洲b和亚太地区c的保护区相对扩张指数及3年滑动平均火灾面积黑色为全部保护区灰色为2001年前设立的保护区d 2001年前设立保护区的国家级火灾增长斜率ha/yr空间分布。反事实因果推断下的保护有效性异质性非洲地区保护有效性最为突出71.2% 的保护区样方火灾概率显著低于非保护区仅 12.2% 样方表现为增加。在评估的 8 个非洲国家中有 6 个国家南非、刚果共和国、马达加斯加、中非共和国、刚果民主共和国、利比里亚表现出保护措施显著降低了火灾发生率。亚太地区54.6% 的保护区样方火灾概率显著下降15.8% 表现为增加。在印度尼西亚和马来西亚等生物多样性热点国家保护状态使火灾绝对比例分别下降了 0.23 个百分点相对降低 12%和 0.28 个百分点相对降低 83%。美洲地区呈现高度空间异质性48.4% 的保护区样方火灾发生率降低但仍有 21.0% 的样方保护区火灾发生率反而高于匹配的非保护区。在巴拉圭和危地马拉保护区内的火灾发生率比匹配的非保护区分别高出 3.42 个百分点相对增加 29%和 3.27 个百分点相对增加 62%。三大区域保护区反事实处理效应 ATT 方向比例及国家级绝对百分点变化详见 Figure 4。图片名Figure 4图例说明Figure 4 | 保护区与非保护区林冠替代型火灾比例的反事实因果推断对比ATT 处理效应。a,c,e 分别展示美洲a、非洲c和亚太地区e中保护状态导致火灾概率下降蓝色、上升红色或不确定灰色的样方比例b,d,f 显示各洲国家尺度因保护带来的火灾比例绝对变化值百分点误差棒为 95% 置信区间。保护区未与宏观气候火灾趋势解耦年际趋势强耦合在所有三个热带区域匹配后的保护区与非保护区森林的火灾年际波动曲线高度重合。美洲与亚太地区保护区与非保护区在过去24年间的年际变化斜率方向仅有 1 年发生背离非洲仅有 5 年发生背离。极端气候驱动年际火灾峰值均与强厄尔尼诺引发的极端干旱年份如 2015–2016 年及 2023–2024 年严格对应。这表明现行保护区网络在抵御由大尺度气候异常驱动的极端火灾浪潮时缺乏有效的缓冲与脱钩机制。美洲、非洲和亚太地区保护区与非保护区平均样方年均过火比例及年际变化斜率的时间趋势对比详见 Figure 5。图片名Figure 5图例说明Figure 5 | 保护区黑色与非保护区红色平均样方过火比例及年际变化斜率的时间演变对比。a,b 美洲区域年均过火比例a与年际斜率bc,d 非洲区域年均过火比例c与年际斜率de,f 亚太区域年均过火比例e与年际斜率f。实线为模型预测均值阴影带为 95% 置信区间。 四、 讨论部分的不足与未来展望 (Discussion Limitations Perspectives)研究不足与不确定性来源低烈度林下火未被纳入本研究使用的遥感数据集专注于林冠彻底损毁的“林冠替代型火灾”未包含大面积存在但不直接导致林冠立即消失的林下潜伏火因而低估了火灾对热带雨林造成的整体生态退化程度。人为起火原因未精细拆解受限于大尺度遥感数据未能精确区分蓄意开荒放火、农业用火失控逃逸、雷击火与恶意纵火等具体起火源而不同起火机制需要截然不同的管护对策。局地微观社会经济数据缺失大尺度统计匹配控制了宏观气候、地形与人口可达性但未能涵盖保护区实地的巡护预算、执法强度及社区共管机制等微观治理变量。未来研究展望与保护策略建议加大火灾预防性资金投入改变当前“重扑救、轻预防”的被动局面如巴西亚马逊地区火灾管理预算中仅 6% 用于预防加强保护区与周边社区的农业用火共管推广防火阻隔带建设。部署智慧火灾立体监测预警系统利用无人机红外热成像、地面物联网传感器及高塔全天候自动监控实现热带雨林早期火点的 24 小时快速探测与初期扑灭。将火灾脆弱性纳入“30×30”气候智能型保护区规划在落实全球保护区扩张目标时必须前瞻性评估未来气候变化下的火险天气演变与森林易燃性优先将具有天然水文缓冲、火险暴露度低的气候庇护所Climate refugia纳入新建保护区体系。