Донецкие ученые разработали алгоритм оценки объема растительной биомассы по снимкам из космоса.
Знаете, сколько в Донецкой Народной Республике особо охраняемых природных территорий (ООПТ)? Порядка восьмидесяти. Это заказники и заповедные урочища, уникальные памятники природы и садово-паркового искусства, многие из которых - «Донецкий кряж», «Зуевский», «Хомутовская степь» и другие - широко известны в России и за ее пределами. В то же время экологи призывают к расширению списка таких территорий. С учетом запущенности этой ситуации при Украине, негативного воздействия на флору и фауну боевых действий их аргументы звучат убедительно.
Но какие участки степи выбрать для охранения? Критериев для выработки таких решений немало. Как правило, экологи борются за сбережение уникальных видов трав и растений, биоразнообразия в полном объеме. Однако не только это нужно принимать во внимание, считают специалисты Донецкого ботанического сада (ДБС).
Важно учитывать и то, в какой степени конкретные зоны степи участвуют в секвестрации углерода - процессе захвата из атмосферы углекислого газа, накопление которого усиливает парниковый эффект и приводит к глобальному потеплению.
В общем, требуется точная карта продуктивности степей страны в плане их участия в секвестрации углерода. О том, насколько это важно, рассказал заведующий молодежной лабораторией экологической информатики и моделирования ДБС кандидат биологических наук Иван СТРЕЛЬНИКОВ:
– До сих пор популярна точка зрения, отдающая первенство в поглощении СО2 лесным биоценозам, которые принято считать легкими планеты. Тут срабатывает простая, но в итоге ошибочная логика: мол, масса деревьев намного больше, чем травы. А так как углерод является основным компонентом биомассы, то и в деревьях его запасается больше. Вот и величают леса легкими планеты, а к степям с их травами отношение как к чему-то второстепенному.
Однако исследования последних 10-15 лет говорят о другом. Если, скажем, сгорит один гектар леса, то выделятся 100 тонн углерода, тогда как при пожаре в степи - лишь 2-3 тонны. Однако процесс секвестрации сложнее, чем просто накопление углерода в растительной массе. В отношении трав ключевой процесс происходит под землей: основная часть углерода, поглощенного степью, уходит в почву. Травы растут быстро, и до 60% созданной органики они выделяют через корни, питая почвенные микроорганизмы и формируя гумус. Лес в этом плане не столь эффективен. Авторы ряда исследований даже делают вывод, что старые (взрослые) леса являются углерод-нейтральными: за год они поглощают столько же углерода, сколько и выделяют.
Как рассказал И.Стрельников, сейчас на первый план выходит необходимость создания точной и детальной карты степной продуктивности, причем в масштабе всего донецкого региона. Фактически требуется разбить территорию на сетку с шагом 10 метров и определить, какое сообщество видов произрастает в каждой клетке. Всего таких участков в ДНР набралось бы сотни миллионов, и объехать даже малую их часть - задача нереальная, никаких экспедиций не хватит.
Выход из этой ситуации напрашивается: использовать специализированные мультиспектральные спутниковые снимки. По ним можно рассчитать спектральные индексы, которые хорошо коррелируют с биомассой. Так, классический индекс NDVI тем выше, чем больше хлорофилла содержится в травостое на единицу площади. Однако проблема в том, что в отношении ДНР с ее жарким климатом и летним выгоранием трав этот способ уже не годится. Нужен был новый способ, более точный!
Именно эта проблема была решена в молодежной лаборатории экологической информатики и моделирования, созданной в 2024 году на базе Донецкого ботанического сада в рамках нацпроекта «Науки и университеты». Исследование в соответствии с госзаданием «Классификация почвенно-растительного покрова с помощью методов дистанционного зондирования» объединило 11 ученых не только Донецка, но и Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону) и Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства и виноделия (Краснодар).
– Классические индексы хороши для оценки продуктивности зеленой, полностью здоровой растительности. В условиях зноя, когда бо́льшая часть растений высыхает, эти методы не срабатывают. В этот период приходится уже учитывать различия видового состава трав, подбирая для каждого из них отдельное уравнение. Задача практически нереализуемая. Мы предложили метод, который позволяет по спутниковым снимкам различать разные сообщества трав. Для этого учитывали динамику их развития в течение 3 лет, с шагом в 10 дней.
В итоге для каждой точки получили график колебаний концентрации хлорофилла в растительной массе. Эти колебания оказались разными у разных сообществ. Например, у каких-то из них есть осенний пик - они повторно зеленеют после летней засухи, а какие-то остаются в спящем состоянии до следующего года. В итоге для каждой точки территории были построены графики годового развития растительности, - рассказал И.Стрельников.
Итогом исследований стал оригинальный программный алгоритм. Введя в компьютер серию спутниковых снимков за три года, на выходе можно получить карту с разрешением в 10 метров, позволяющую судить о растительной продуктивности степи в каждой из миллионов точек. Это позволило увеличить точность оценки биомассы степи по спутниковым снимкам на 24%, доведя ее до 85%. Это полностью подтверждается реальными натурными измерениями степной биомассы. Так что ученые и практики получили надежный инструмент, позволяющий увидеть истинную ценность степей даже в засуху, когда они выглядят безжизненными.
А впереди у научного молодежного коллектива новые планы. В частности, здесь считают очень перспективным уточнить роль ландшафтных пожаров в функционировании экосистем.
– По мере изменений климата мы ожидаем, что частота ландшафтных пожаров возрастет. Сейчас никто не сможет сказать, как это повлияет на степи. Вообще-то, пожары для нормального функционирования степей необходимы, но что будет, если они начнут полыхать слишком часто?
Ответ на этот вопрос в нашем регионе получить проще, чем в других. Боевые действия в Донбассе привели к существенному повышению частоты пожаров. И мы можем рассматривать это как незапланированный эксперимент регионального масштаба. Ведь никто в здравом уме не будет искусственно поджигать сотни гектаров степей, чтобы имитировать будущее изменение климата. А у нас такая ситуация сложилась сама собой, пусть и по трагическим причинам, - объясняет Стрельников.
Ученые ДБС также приступили к изучению связей между типами растительности и температурой поверхности. Анализируют они взаимозависимость между температурой в городах и плотностью озеленения для формирования точных, математически обоснованных рекомендаций по развитию городской среды в засушливых южных районах.
Геннадий Белоцерковский
Обложка: фото автора
