A framework for evaluating forest ecological vulnerability in tropical deforestation fronts from the assessment of forest degradation in a landscape approach : Case studies from Brazil and Vietnam - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

A framework for evaluating forest ecological vulnerability in tropical deforestation fronts from the assessment of forest degradation in a landscape approach : Case studies from Brazil and Vietnam

Un cadre d'évaluation de la vulnérabilité écologique des forêts dans les fronts de déforestation tropicaux à partir de l'évaluation de la dégradation des forêts dans une approche paysagère : Etudes de cas au Brésil et Vietnam

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Abstract

The conservation of tropical forest cover is a key to ensuring sustainable provision of multiple ecosystem services. In human-modified landscapes, forest conservation must also be reconciled with agricultural productivity. However, increasing demography, demand for agricultural products and changes in land uses are affecting forest sustainability through degradation processes. A first step to tailor effective forest management by local decision makers is to identify most vulnerable forests and to characterize what is driving this vulnerability. The objective of this thesis is to develop a multidimensional approach using remote sensing to assess forest degradation and the relations with the broader dynamics of land use/cover towards the evaluation of forest ecological vulnerability. The thesis was applied in old-deforestation fronts of Paragominas (Brazil) and Di Linh (Vietnam) where large-scale deforestation driven by commercial agriculture shaped the landscape into land use mosaics with increasing degradation pressures. In Paragominas, degradation is linked with long-term accumulation of selective logging and fire implying changes in forest structure. We estimated the potential of multisource remote sensing to map forest aboveground biomass (AGB) from large-scale field assessment of carbon stock. We improved the accuracy of AGB mapping compared to pantropical datasets and revealed that 87% of forest was degraded. At a lower scale, we investigated the consequences of 33 years of degradation history from Landsat on forest structures using Unmanned Aerial Vehicle. We found that canopy textures captured canopy grain, heterogeneity and openness gradients, correlated with forest structure variability and could be used as proxies to characterize degraded forests. We also assessed the potential of very high resolution satellite images and derived canopy textures to upscale texture-structure relations at the municipality scale. Based on environmental, geographical factors and landscape structure metrics derived from land use/cover classification, we demonstrated that 80% of forest degradation was mainly driven by accessibility, geomorphology, fire occurrence and fragmentation. The drivers of degradation acted together and in sequence and clustering analysis disentangled different cascades of effects. Changes in landscape structure allowed reconstructing trajectories informing on agricultural frontier dynamics. The combination of current forest state, landscape dynamics and distribution of degradation drivers would be at the basis of ecological vulnerability assessment. In Di Linh, degradation mostly concerns forest edges and is driven by encroachment of coffee-based agriculture. Field inventory of the different forest types and other landscape elements combined with Sentinel-2 images allowed to map with high precision the current land cover. We then mapped land cover changes over 45 years using Landsat time series. We constructed trajectories of landscape structure dynamics from which we characterized the expansion of the agricultural frontier and highlighted heterogeneous agricultural encroachment on forested areas. We also identified degradation and fragmentation trajectories that affect forest cover at different rates and intensity. Combined, these indicators pinpointed hotspots of forest ecological vulnerability. Most vulnerable forest areas were experiencing rapid and recent forest cover loss associated with landscape fragmentation, land use competition due to coffee production and degradation. Through the developed remote sensing approaches and indicators at forest and landscape scales, we provided a holistic diagnosis of forests in human-modified landscapes encompassing forest state and broader dynamics and drivers. This thesis aims to pave the way for tailored and prioritized management of degraded forests at the landscape scale.
La conservation du couvert forestier tropical est essentielle pour assurer la fourniture durable de services écosystémiques. Dans les paysages anthropisés, la conservation des forêts doit également être conciliée avec la productivité agricole. Toutefois, l'accroissement de la démographie, la demande de produits agricoles et les changements dans l'utilisation des terres affectent la durabilité des forêts. Une première étape pour adapter la gestion efficace des forêts par les décideurs locaux consiste à identifier les forêts les plus vulnérables et à caractériser ce qui la génère. L'objectif de cette thèse est de développer une approche multidimensionnelle utilisant la télédétection pour évaluer la dégradation des forêts et les relations avec la dynamique de l'utilisation des terres afin d’estimer la vulnérabilité écologique des forêts. La thèse a été appliquée à Paragominas (Brésil) et Di Linh (Vietnam), où la déforestation à grande échelle due à l'agriculture commerciale a façonné le paysage en mosaïques d'utilisation des terres. A Paragominas, la dégradation est liée à l'accumulation de l’exploitation sélective du bois et au feu impliquant des changements dans la structure forestière. Nous avons estimé le potentiel de la télédétection multisource pour cartographier la biomasse forestière aérienne (AGB) à partir de données de stock de carbone. Nous avons amélioré la précision de la cartographie de l'AGB par rapport aux données pantropicales et révélé que 87 % des forêts étaient dégradées. À une plus petite échelle, nous avons étudié les conséquences de 33 ans de dégradation sur les structures forestières à l'aide de drone. Nous avons constaté que les textures de la canopée capturaient le grain, l'hétérogénéité et les gradients d'ouverture de la canopée, corrélés à la variabilité de la structure forestière et pouvaient être utilisés comme indicateurs pour caractériser les forêts dégradées. Nous avons également évalué le potentiel des images satellites à très haute résolution pour cartographier les structures des forêts dégradées à l'échelle de la municipalité. En nous basant sur des facteurs environnementaux, géographiques et de structure du paysage dérivés de la classification de l'utilisation des terres, nous avons démontré que 80 % de la dégradation des forêts était principalement due à l'accessibilité, la géomorphologie, la fréquence des incendies et à la fragmentation. Les facteurs de dégradation sont interconnectés et agissent en séquence au sein de différentes cascades d'effets. L'évolution de la structure du paysage a permis de reconstituer des trajectoires informant sur la dynamique des frontières agricoles. La combinaison de l'état actuel des forêts, de la dynamique du paysage et de la distribution des facteurs de dégradation permettra d’évaluation la vulnérabilité. A Di Linh, la dégradation concerne principalement les lisières forestières et est due à l'empiètement de l'agriculture (café). L'inventaire sur le terrain des différents types de forêts et d'autres éléments, combiné aux images Sentinel-2, a permis de cartographier avec une grande précision la couverture terrestre actuelle. Nous avons cartographié l'évolution de la couverture terrestre sur 45 ans à l'aide de séries chronologiques Landsat. Nous avons construit des trajectoires de dynamique paysagère afin de caractériser l'expansion de la frontière agricole et mis en évidence l'empiétement agricole sur les zones forestières. Nous avons également identifié des trajectoires de dégradation et de fragmentation qui affectent le couvert forestier à différentes intensités. Ensemble, ces indicateurs ont mis en évidence des points chauds de vulnérabilité. Grâce aux approches et aux indicateurs élaborés à multiples échelles, nous avons fourni un diagnostic holistique des forêts dans les paysages anthropisés, englobant l'état des forêts et des dynamiques à plus larges échelles. Cette thèse vise à orienter une gestion adaptée des forêts dégradées à l'échelle du paysage.
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tel-02939539 , version 1 (15-09-2020)

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Clément Bourgoin. A framework for evaluating forest ecological vulnerability in tropical deforestation fronts from the assessment of forest degradation in a landscape approach : Case studies from Brazil and Vietnam. Geography. Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France, 2019. English. ⟨NNT : 2019IAVF0027⟩. ⟨tel-02939539⟩
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