Первая перепись пустынного кустарника с помощью "больших данных"

Креозотовый куст — царь пустыни. Этот раскидистый кустарник доминирует в ландшафте юго-запада США, создавая мини-оазисы от палящей жары для пустынной фауны.

В новом исследовании учёные из Техасского университета в Остине использовали компьютерные алгоритмы и данные высокоточных аэросъёмок, чтобы провести первую в истории перепись креозотового куста — подсчитав каждый куст на территории заповедника площадью 135 квадратных миль в пустыне Мохаве (Невада). Итоговый подсчёт показал 23 миллиона креозотовых кустов среди общей популяции в 66 миллионов растений.

Исследователи не только получили важную новую информацию о виде, но и продемонстрировали, как методы работы с данными могут улучшить традиционные способы изучения растительных сообществ.

"Это был в первую очередь проект по работе с большими данными... К моменту начала анализа вы уже столько всего обнаружили по пути, что у вас есть чёткий путь вперёд", — сказал ведущий автор исследования, аспирант Джеймс "Джейк" Гирон.

Исследование опубликовано в ноябре 2020 года в журнале Landscape Ecology.

Эта перепись стала вехой для ботаники. Большинство данных о популяциях растений основаны на выборках менее 1000 особей или аэросъёмках, дающих общие снимки сообществ. Данная работа представляет метод учёта каждой отдельной особи в растительном сообществе. Учёные также обнаружили, что определённые особенности ландшафта влияют на размер креозотовых кустов и расстояние между ними.

Исследование основано на перепрофилированных данных аэросъёмки 2017 года, изначально собранных для поиска нор находящейся под угрозой пустынной черепахи. Высокое разрешение фото (1 пиксель = 15 см) в сочетании с данными о рельефе создало богатый ресурс.

Подсчёт кустов включал применение алгоритмов, способных отличить кустарник от окружающего ландшафта и других растений. Алгоритмы также извлекли информацию о местоположении, высоте и площади кроны каждого куста (по которой рассчитали объём), а также о свойствах окружающей местности: относительном возрасте почвы, угле и направлении склона.

Совместный анализ этих данных выявил важные тенденции влияния ландшафта на рост растений:

• Направление склона (экспозиция) оказалось главным фактором, контролирующим объём куста. Растения на восточных склонах были примерно в 5 раз гуще, чем на западных.
• Возраст почвы также влиял на размер: растения на более молодых почвах были примерно на 27% крупнее, чем на самых старых.

Связь между возрастом почвы и размером растения хорошо известна, но влияние экспозиции склона (восток/запад) стало неожиданностью, так как предыдущие исследования чаще связывали рост растений с северной и южной экспозицией.

Исследование предполагает, что рост на восточном склоне может быть важным способом для пустынных растений сохранять гидратацию. Такое расположение позволяет им поглощать солнечный свет в более прохладные и влажные утренние часы, в отличие от западных склонов, которые получают максимум солнечного света в самую жаркую часть дня, когда растения наиболее подвержены потере воды через транспирацию.

"Это первый раз, когда я вижу работу, которая берёт данные на уровне пробной площади и по-настоящему расширяет их до масштаба ландшафта, масштаба бассейна. Это огромное достижение", — отметил эколог-исследователь Эрик Хамерлинк.

Он добавил, что методы, представленные в исследовании, могут помочь улучшить практику управления пастбищами, предлагая детальный и стандартизированный обзор всего растительного сообщества до и после конкретных вмешательств.