隨著地球人口越來越多，人口所需糧食也需要更多的土地來耕種。為了獲取更多的耕地，人類伐林擴耕，霸占了不少林地的面積，一度讓地球上的樹木深受重創(chuàng)。當人類意識到樹木對于地球的重要性后，退耕還林、保護森林的政策頻出。那么，在人類行為的頻繁干擾下，全球林地面積與耕地面積有何變化？其他土地覆被情況又是如何呢？

　　美國馬里蘭大學(xué)的研究人員就利用30多年的衛(wèi)星數(shù)據(jù)繪制成了全球土地覆蓋的變化圖，并從中發(fā)現(xiàn)地球的森林植被覆蓋正在增加，裸地覆蓋正在減少——這主要是因人類活動造成，包括氣候變化在內(nèi)的自然因素占次要地位。這篇論文于8月8日發(fā)表在《自然》在線。

　　人類改變自然的能力到底有多強

　　馬里蘭大學(xué)的研究其實是將人類行為對地球的影響進行量化，量化的標準就是土地覆被變化情況。土地覆被變化是指地表的植被覆蓋物，如森林、草原、耕作植被和冰雪等非植被覆蓋物的面積變化和類型間的相互轉(zhuǎn)換。

　　只是一直以來，困擾科學(xué)家的是對全球土地覆被情況了解不足。因為這項工作需要從地方和全球尺度上長期考慮，特別是將田地、草地和其他非森林植被土地納入考慮范圍之內(nèi)，而已有的研究主要集中于2000年以后森林覆蓋變化。

　　若要全面了解地球系統(tǒng)變化和土地覆被情況，位于地球上方、不?！氨O(jiān)視”地球的衛(wèi)星是個不錯的選擇。論文作者之一、馬里蘭大學(xué)地理科學(xué)系博士后、研究員宋曉鵬就與同事們一起從衛(wèi)星數(shù)據(jù)入手開始這項研究?！拔覀兪褂玫男l(wèi)星數(shù)據(jù)從1982年開始，因為該數(shù)據(jù)是目前覆蓋全球的時間序列最長的衛(wèi)星數(shù)據(jù)?！彼螘赠i告訴《中國科學(xué)報》記者。

　　使用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)跨度自1982年開始到2016年，為了更全面地研究，數(shù)據(jù)也來自多顆衛(wèi)星。其中，先進甚高分辨率輻射儀（AVHRR）數(shù)據(jù)來自美國大氣海洋局的NOAA衛(wèi)星，中分辨率成像光譜儀（MODIS）數(shù)據(jù)來自美國宇航局的Terra衛(wèi)星，增強主題測繪儀（ETM+）數(shù)據(jù)來自美國宇航局和美國地質(zhì)調(diào)查局聯(lián)合管理的Landsat衛(wèi)星。此外，研究數(shù)據(jù)中還有谷歌地球中的多種高分辨率商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

　　這些數(shù)據(jù)總量是龐大的，因為NOAA衛(wèi)星數(shù)據(jù)是以“天”為單位獲取的，而且記錄的元素較多，比如云。為了去掉云的影響，宋曉鵬等人將原始數(shù)據(jù)做了逐月數(shù)據(jù)合成，并進一步把逐月合成的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計轉(zhuǎn)換，生成了標準化逐年數(shù)據(jù)集。然后，研究人員使用高分辨率土地覆蓋產(chǎn)品做訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練了一組“回歸樹”模型，并把訓(xùn)練好的回歸樹模型應(yīng)用在逐年標準化衛(wèi)星數(shù)據(jù)上，研制了逐年土地覆蓋產(chǎn)品。

　　最終，宋曉鵬等人發(fā)現(xiàn)，在35年間，全球的林木樹冠覆蓋增加了7%或224萬平方公里，裸地覆蓋減少了116萬平方公里。他們采用了概率抽樣法進行分析，最終確定觀察到的60%的土地變化都與人類直接活動有關(guān)，而40%是由氣候變化等間接驅(qū)動因素造成的。

　　森林面積增加未必是好事

　　從數(shù)據(jù)上看，全球林木樹冠面積增加是因為亞北極、亞熱帶和溫帶的林木出現(xiàn)凈增長。凈增長的主要原因是當?shù)厝祟惖耐恋乩没顒?。當然，不同地區(qū)的原因也有差異。比如在東歐，林木樹冠增加主要是蘇聯(lián)解體后農(nóng)業(yè)棄耕造成的森林面積增加；而在中國，主要是退耕還林及造林項目等的結(jié)果；美國東部的森林則因為處在歷史砍伐后的長期恢復(fù)期，同時也受林業(yè)管理的影響。

　　林木樹冠的增加除了人類因素，還受到了氣候變化的影響，特別是在高緯度和高海拔溫度受限地區(qū)、干旱半干旱降水受限地區(qū)。例如，山區(qū)林木樹冠的增加與區(qū)域性氣候變暖有關(guān)，而中西非地區(qū)森林面積的增加與降水變化有關(guān)。但值得注意的是，氣候變化的主要原因來自人類溫室氣體的排放，所以，這些區(qū)域的土地變化也間接受到了人類活動的影響。

　　同時，宋曉鵬也坦言，雖然林木覆蓋在全球呈現(xiàn)凈增加，但并不能簡單地理解這是好消息。因為，目前全球受農(nóng)業(yè)擴張驅(qū)動的森林砍伐在熱帶地區(qū)依然占主導(dǎo)地位，這也是造成陸地生物多樣性流失的主要原因之一。而且，因為熱帶森林的生物量密度較高，占人類碳排放20%左右的全球土地利用碳排放主要來自于熱帶森林砍伐。

　　此外，全球裸地面積減少，以亞洲農(nóng)業(yè)區(qū)域的變化最為明顯。這些變化也呈現(xiàn)出區(qū)域尺度上的差異，比如中國、印度和巴基斯坦的農(nóng)業(yè)區(qū)植被覆蓋增加而裸地減少了，但包括澳大利亞、中國內(nèi)蒙古和美國西南部的許多干旱和半干旱系統(tǒng)植被覆蓋減少而裸地增加了。這些同樣離不開人類的因素，即人類的農(nóng)業(yè)活動引起了這一系列的變化。

　　“從衛(wèi)星數(shù)據(jù)中，我們可以看到，自上世紀80年代以來，亞洲農(nóng)業(yè)管理水平逐漸提高，使得農(nóng)田植被覆蓋度顯著增加。這一結(jié)果與作物單產(chǎn)的長期增高相一致?！彼螘赠i表示。

　　還需進一步研究

　　跨度如此長的時間對全球土地覆被情況的研究，讓研究人員重新認識了陸地生物圈的變化。宋曉鵬認為，研究顯示在過去的35年間，地球系統(tǒng)受人類活動的廣泛影響。土地利用活動遍布地球各大洲，包括農(nóng)業(yè)擴張、農(nóng)業(yè)集約化、森林砍伐、植樹造林、土地退化、自然資源開發(fā)、城市化等?？梢哉f，人類已成為地球系統(tǒng)的決定因子。（作者: 袁一雪）