GeoForPy
In den letzten 40 Jahren hat Paraguay den größten Teil seiner natürlichen Waldfläche verloren und ist zu einem der Länder mit der höchsten Entwaldungsrate der Welt geworden. Die rasche Ausdehnung der landwirtschaftlichen Nutzflächen, die Viehzucht und der illegale Holzeinschlag haben die letzten Waldreste in isolierte Flecken verwandelt und bedrohen ihre Vernetzung und die Artenvielfalt in ihnen. Als Reaktion auf diese Ereignisse hat die paraguayische Regierung zahlreiche Umweltprogramme und -vorschriften eingeführt, um die in der Vergangenheit entstandenen Schäden zu beheben.
Der paraguayische Chaco bedeckt den westlichen Teil des Landes und nimmt 60 % seines Territoriums ein. Das Gebiet zeichnet sich durch ein Mosaik von Vegetationstypen aus, das aus Wäldern und Trockenwäldern besteht, die mit Ufervegetation, Savannen und Grasland kombiniert sind. Es ist außerdem eines der letzten Wildnisgebiete in den Tropen. Der paraguayische Chaco hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen Zentrum der wirtschaftlichen Entwicklung entwickelt. Die Viehzucht hat in diesem Gebiet zugenommen und ist zu einem der wirtschaftlichen Standbeine des Landes geworden. Künstliche Weiden haben die natürliche Vegetation weiter verdrängt, was zu einer zunehmenden Fragmentierung des Waldes geführt hat. Diese Entwicklung ging auf Kosten der natürlichen Ressourcen und hat den Lebensraum für Wildtiere in der Region stark beeinträchtigt.
Ziele von Geo-ForPy
Das übergeordnete Ziel des "Geo-ForPy"-Projekts ist es, ein tiefgreifendes Verständnis der Struktur der Waldbedeckung zu erlangen, um die Erhaltung der biologischen Vielfalt im paraguayischen Chaco zu unterstützen. Um dieses Ziel zu erreichen, trägt das Projekt mit den folgenden Aktivitäten bei:
- Eine verbesserte Kartierung der Waldbedeckung im paraguayischen Chaco auf der Grundlage von hochauflösenden Satellitendaten. Anhand dieser Informationen sollen Gebiete identifiziert werden, in denen nachhaltige Waldbewirtschaftungsmethoden angewandt werden könnten.
- Das Ausmaß der Waldfragmentierung in der Region und die Verbindung zwischen Waldstücken und biologischen Korridoren wird mit Hilfe von Landschaftsmetriken untersucht. Anhand dieser Informationen werden vorrangige Gebiete für die Erhaltung ermittelt und die Walddynamik in Schutzgebieten, indigenen Reservaten und angrenzenden Gebieten analysiert.
- Die Umsetzung der Forstpolitik und -gesetze im paraguayischen Chaco wird auf der Grundlage historischer und aktueller multitemporaler Landsat-Bilder analysiert. Dies wird wichtige Informationen liefern, um die Auswirkungen vergangener und aktueller forstpolitischer Maßnahmen zu verstehen und maßgeschneiderte Empfehlungen für die einzelnen Landbesitzkategorien abzuleiten.
- Der Wissensaustausch auf der Grundlage von Schulungskursen und Workshops wird sich an paraguayische Umweltbehörden (staatliche und nichtstaatliche), Forschungseinrichtungen und interessierte Akteure richten.
Partner
Das vom DLR geleitete GeoForPy-Konsortium besteht aus der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Nationalen Universität von Asuncion (FIUNA), der Fakultät für Agrarwissenschaften (FCA), dem Nationalen Forstinstitut (INFONA), dem paraguayischen Umweltsekretariat (MADES) und der gemeinnützigen zivilgesellschaftlichen Organisation Guyra Paraguay. GeoForPy ist ein Forschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) im Rahmen des internationalen Forschungsprogramms zur nachhaltigen Waldbewirtschaftung gefördert wird.
Ergebnisse
Monitoring der jährlichen Waldfläche im paraguayischen Chaco von 1987 bis 2020
Die Analyse der Entwicklung der Waldbedeckung im paraguayischen Chaco war eines der Hauptziele von Geo-ForPy. Unter Verwendung des gesamten Landsat-Archivs zwischen 1987 und 2020 wurde eine eingehende Analyse über die letzten 34 Jahre durchgeführt. Für jedes Jahr wurde ein Random-Forest-Klassifikator (RF) verwendet, um binäre Waldkarten zu erstellen, die auf multitemporalen spektralen Metriken basieren. Im Jahr 1987 waren fast 78 % (188 000 km2) der paraguayischen Chaco-Region von Wald bedeckt. Seitdem fand jedoch eine kontinuierliche Entwaldung statt, und die abgeleiteten Zahlen der jährlichen Waldflächenverluste zeigen, dass die Entwaldung mit zunehmender Geschwindigkeit voranschreitet. Zwischen 1987 und 1995 gingen jedes Jahr etwa 820 km2 Waldfläche verloren (d. h. eine jährliche Entwaldungsrate von 0,4 %). Bis 2007 verdoppelte sich die Entwaldungsrate und erreichte eine jährliche Entwaldungsrate von 1.550 km2 (0,8 %). Die jährlichen Waldverluste zwischen 2008 und 2020 zeigen eine weitere Verdoppelung der Entwaldungsrate, wobei in diesen 13 Jahren jährliche Verluste von 3.200 km2 (1,7 %) verzeichnet wurden. In den Jahren 2008, 2013 und 2019 stiegen die Entwaldungsraten also abrupt an und erreichten Werte, die vier- bis fünfmal höher waren als in den Vorjahren. Diese Trends lassen sich als direkte Folge der globalen Agrarrohstoffpreise erklären.
Abholzung von Wäldern in und in der Nähe von Schutzgebieten und indigenen Gemeinschaften
Die Flächenkarten zeigen, dass der Waldverlust innerhalb der Grenzen der Schutzgebiete nur 1 % (550 km2) der gesamten zwischen 2000 und 2020 im paraguayischen Chaco entwaldeten Fläche ausmacht. Allerdings gibt es einzelne Waldschutzgebiete, in denen zwischen 2000 und 2020 bis zu 25 % des Waldes gerodet wurden. Darüber hinaus nimmt der Verlust an Waldfläche in den meisten Schutzgebieten außerhalb der Grenzen der Schutzgebiete dramatisch zu, wobei die Raten zwischen 8 und 60 % liegen. So wird beispielsweise in den Schutzgebieten Palmar Quemado, Yaguarete Pora, Cerro Chovoreca und Defensores del Chaco innerhalb ihrer Grenzen nur wenig Wald gerodet. Der Waldverlust nimmt jedoch in der 5 km-Pufferzone dramatisch zu, wo fast 67 % (166 km2), 9 % (32 km2), 12 % (55 km2) bzw. 17 % (605 km2) des Waldes gerodet wurden.
Waldfragmentierung
Unter Verwendung einer Reihe von Metriken für die Landschaftsanalyse, nämlich Kernfläche, Größe der Waldstücke, Gesamtrand, Randdichte und Nähe, wurde die Waldfragmentierung in den Jahren 2000, 2010 und 2020 bewertet. Der oben erwähnte Waldverlust geht mit einem erheblichen Rückgang der Kernfläche und einer Verdoppelung der Anzahl der Waldstücke einher (12.010 im Jahr 2000 auf 23.228 im Jahr 2020). Die durchschnittliche Größe einer Waldparzelle ging von 14 km2 im Jahr 2000 auf 5 km2 im Jahr 2020 zurück, und die Gesamtkernfläche verringerte sich um mehr als 60 %. Während im Jahr 2000 64 % der gesamten Waldfläche in der Kernzone lagen, sank dieser Anteil auf 37 % im Jahr 2020. Darüber hinaus wurde eine zunehmende Komplexität der Waldflächenform beobachtet. Die Gesamtfläche aller Waldflächen stieg von 310.300 km im Jahr 2000 auf 433.200 km im Jahr 2020, während die Länge der Grenze eines durchschnittlichen Waldstücks gleichzeitig abnahm. Darüber hinaus wurde eine Bewertung der Nachbarschaft durchgeführt, um Waldflächen hinsichtlich ihrer Einbettung in das fragmentierte Waldgebiet zu identifizieren. Anhand der Nähe zwischen den Flächen können potenzielle biologische Korridore ermittelt werden, die die Bewegung und Ausbreitung von Arten ermöglichen. Während des Untersuchungszeitraums nahm auch dieser Index ab. Es ist bemerkenswert, dass es einen klaren Trend bei allen Messgrößen gibt. Heute kann nur noch der nördliche Teil des paraguayischen Chaco als zusammenhängender Wald bezeichnet werden. Doch selbst im Norden haben sowohl die Nähe als auch der Kernflächenindex stark abgenommen. Flächen mit einem hohen Anteil an Kernfläche sind in den 20 Jahren der Untersuchung verschwunden, so dass es im Norden nur noch eine Region mit einem hohen Kernflächenindex (72-80 %) gibt, das Naturschutzgebiet Defensores del Chaco. Die umliegenden Gebiete haben einen viel geringeren Anteil an Kernflächen, was das Schutzgebiet zu einer isolierten Insel macht.
Vegetationsstruktur
Informationen über die Vegetationsstruktur sind entscheidend für die Qualität der Lebensräume für Wildtiere und die terrestrische Kohlenstoffspeicherung. Daher sind großmaßstäbliche Karten der Baumkronenhöhe und Vegetationsdichte in Zeiten des globalen Klimawandels besonders wichtig. Neu LiDAR-Daten des Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI)-Sensors liefern Attribute der Vegetationsstruktur als Footprint-Daten für alle Wälder der gemäßigten und tropischen Zonen. Die Modellierung von GEDI-Samples, die auf hochauflösenden Kartierungsmissionen wie Sentinel-1 und -2 basieren, liefert kontinuierliche Informationen zur Vegetationsstruktur. Wir haben ein Random-Forest-Regressionsmodell implementiert, um GEDI-Stichproben basierend auf zeitlich-spektralen Merkmalen von Sentinel-1 und -2 auf 10-m-Auflösungsdaten zu extrapolieren, die die Höhe des Kronendachs, die Gesamtbedeckung des Kronendachs, den Pflanzenflächenindex und den Index der Laubhöhenvielfalt umfassen.
Die modellierte Bestandshöhe reicht von 1,8 bis 17,6 m, mit einem Mittelwert von etwa 5,3 m. Es gibt starke Unterschiede in der Bestandshöhe zwischen landwirtschaftlichen Feldern (< 2 m), die durch ihre rechteckige Form gekennzeichnet sind, und Clustern mit großen Baumkronenhöhen (> 14 m) im Nordosten und Südosten (obere Detailkarte). Die hohe geometrische Auflösung von 10 m ermöglicht die Identifizierung von Straßennetzen (Mitte) und landwirtschaftlichen Feldmerkmalen wie Waldinseln und Windbarrieren (unten). Die niedrigsten modellierten Bestandshöhe außerhalb der landwirtschaftlichen Felder (≈4 m) finden sich in der Ökoregion Médanos, die im Nordwesten liegt und das trockenste Klima des paraguayischen Chaco aufweist. Die modellierte Gesamtdeckungsdichte reicht von 0 % (keine Deckung) bis 78,1 % (dichte bis geschlossene Deckung). Die mittlere Gesamtbedeckungsdichte beträgt 19,5 %, was die insgesamt eher spärlichen Bedeckungsbedingungen im paraguayischen Chaco verdeutlicht. Kleinräumige Unterschiede in der Gesamtbedeckung gibt es bei den landwirtschaftlich genutzten Feldern (obere und untere Detailkarte), da die landwirtschaftlich genutzten Felder keine Deckung aufweisen, während die bereits erwähnten Windbarrieren zwischen landwirtschaftlich genutzten Feldern und Waldinseln eine höhere Gesamtbedeckungsdichte aufweisen (≈ 20 %). Darüber hinaus gibt es auch kleinräumige Unterschiede zwischen Uferbereichen (≈ 70 %) und offenem Grünland (< 20 %), die in den südöstlichen Teilen der mittleren Detailkarte zu erkennen sind. Eine allgemeine Beobachtung, die mit der modellierten Kronenhöhe übereinstimmt, ist die allmähliche Zunahme der gesamten Waldkronenbedeckung von Nordwesten nach Osten und Südosten. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit den Niederschlagsraten im paraguayischen Chaco.
Publications
Peer-reviewd papers
- Kriese, J., Hoeser, T., Asam, S., Kacic, P., Da Ponte, E., Gessner, U., Deep learning on synthetic data enables the identification of deficient windbreaks in the Paraguayan Chaco. Remote Sensing 2022, 14, 4327. https://doi.org/10.3390/rs14174327
- Da Ponte, E., García-Calabrese, M., Kriese, J., Cabral, N., Perez de Molas, L., Alvarenga, M., Caceres, A., Gali, A., García, V., Morinigo, L. et al. Understanding 34 Years of Forest Cover Dynamics across the Paraguayan Chaco: Characterizing Annual Changes and Forest Fragmentation Levels between 1987 and 2020. Forests 2022, 13, 25. https://doi.org/10.3390/f13010025
- Kacic, P., Hirner, A., Da Ponte, E., Fusing Sentinel-1 and -2 to Model GEDI-Derived Vegetation Structure Characteristics in GEE for the Paraguayan Chaco. Remote Sensing 2021, 13, 5105. https://doi.org/10.3390/rs13245105
Conference Presentations
- Kacic, P., Hirner, A., Da Ponte, E. (2022), Vegetation structure modelling and explorative statistics based on Sentinel-1, -2, and GEDI in the Paraguayan Chaco. ForestSAT 2022, 29 August - 3 September 2022, Berlin.
- Kacic, P., Da Ponte, E., Hirner, A. (2022), Fusing Sentinel-1 and -2 to model GEDI-derived forest structure of the Paraguayan Chaco, presentation of a workflow in Google Earth Engine (GEE). XV World Forestry Congress 2022, 2-6 May 2022, Online.
- Kacic, P., Da Ponte, E. (2021), Forest-Structure Analysis in the Paraguayan Chaco, combining Sentinel and GEDI data. EARSeL Symposium 2021, 7-10 June 2021, Online.
- Garcia Calabrese, M., Salinas Romero, S., Cassacia Ibarrola, C., Morinigo, L., Alvarenga, M., Da Ponte, E. (2021), Understanding the relationship between environmental policies and deforestation activities in the Paraguayan Chaco. EGU General Assembly 2021, 19-30 April 2021, Online.
Master Theses
- Kacic P. (2021), Forest Structure Analysis in the Paraguayan Chaco Based on Sentinel-1, Sentinel-2 and GEDI Data. Albert-Ludwigs-University Freiburg.
- Zamora O. C. E. (2021), Deforestation dynamics in the Dry Chaco ecoregion: a three decades of change detection and fragmentation study analysis. Julius-Maximilians-University Würzburg.
