Модель предсказывает конкуренцию деревьев за место в пологе леса
Ученые из Университета Брауна и Института науки Карнеги разработали математическую модель, предсказывающую, как деревья конкуренцию за пространство в пологе леса. Модель создана на основе анализа данных дистанционного зондирования (LIDAR) леса из выносливых местных деревьев Metrosideros polymorpha на наветренном склоне Мауна-Кеа (Гавайи).
Ключевой вывод модели: если ветка дерева уже занимает определенный квадратный метр полога, то с вероятностью 97.9% она будет доминировать на этом же месте спустя два года.
Зачем это нужно?
- Мониторинг роста леса по пикселям помогает экологам изучать:
- Вытеснение одних видов другими на больших площадях.
- Скорость заполнения прогалин в пологе.
- Общий рост леса и, как следствие, количество углерода, которое он удерживает (если правильно интерпретировать данные).
Как появилась модель?
Ведущий автор исследования Джеймс Келлнер заметил на LIDAR-снимках (2007 и 2009 гг.) с самолета обсерватории Карнеги, что на некоторых участках рост полога за два года казался невероятным — до 10–15 метров. Данные были верны, но такие скачки означали не вертикальный рост, а латеральное перерастание (когда одно дерево перерастает соседа сбоку) или заполнение пустого места в пологе.
Модель, разработанная Келлнером и его соавтором Грегори П. Аснером, вероятностно определяет для каждого пикселя, чем вызвано изменение высоты:
- Нормальным ростом уже доминирующего дерева.
- «Захватом» территории соседним деревом.
- Ростом другой ветки того же дерева.
Как работает модель?
Модель универсальна, так как ее логику задают сами данные. Она использует наблюдаемую в лесу нормальную скорость роста, чтобы определить, когда изменение высоты становится неправдоподобным для вертикального роста и, следовательно, сигнализирует о латеральном перерастании.
«Данные сами решают, когда данное изменение высоты следует считать вертикальным, а не латеральным, и это основано на уникальном окружении этой позиции и на том, что мы наблюдали в остальных данных», — пояснил Джеймс Келлнер.
Другие выводы исследования
- Высота дерева (после 11 метров) — плохой предсказатель его способности избежать конкуренции.
- Главная угроза — близость к более высоким соседям.
- В данном лесу «захват» территории почти всегда происходил между непосредственными соседями (в радиусе менее 1.77 метра). Соседи на большем расстоянии были ответственны лишь за 2 из 3906 случаев латерального захвата.
- В лесах с деревьями, способными на более активный боковой рост, это критическое расстояние может быть больше, и модель сможет это выявить.
Модель помогает понять «правила игры» в конкуренции деревьев за доступ к свету и пространству в пологе леса.