Исследователи составили карту изменений речного стока для оценки влияния человека на экосистемы

Изменение речного стока может угрожать зависящим от него экосистемам, но у исследователей не хватало данных о влиянии инфраструктуры на сток в США. Теперь исследование с участием учёного из Университета штата Колорадо позволило составить карту изменений стока на территории континентальной части США, предоставив обширные данные для определения воздействия общества на экосистемы.

До 80% рек и ручьёв в смежных штатах США в той или иной степени изменены человеческими сооружениями. Понимание взаимосвязи между этими изменениями и реакцией экосистем — ключ к разработке политики управления, которая уравновешивает общественные и экологические потребности в воде.

Используя измерения с более чем 7000 гидрологических постов, исследователи разработали прогностическую модель гидрологических изменений и их последствий для биоразнообразия местных видов рыб. Они применили её к более чем 2,6 миллионам водотоков, создав комплексный набор данных.

«Это исследование предоставляет данные об изменениях стока не только на крупных реках, но и, по сути, на каждом значимом отрезке реки, о существовании которого нам известно», — сказал соавтор Райан Моррисон, доцент кафедры гражданского и экологического строительства CSU.

Исследователи считают, что этот набор данных может заполнить пробелы в региональных данных, необходимых для установления экологических норм стока, и стать инструментом для определения приоритетов защиты или восстановления речного стока.

«Экологический сток необходим для защиты речных экосистем; однако его количественная оценка сложна и ограничена данными», — сказал ведущий автор Райан Макманамай, доцент кафедры экологических наук в Университете Бэйлора. «Наша оценка помогает заполнить большие информационные пробелы и предоставляет часть этой столь необходимой информации для сохранения рек».

В исследовании, опубликованном в Scientific Data, отмечается, что хотя пресноводные экосистемы составляют менее 0,5% поверхностных вод Земли, в этих системах обитает 7% мировых видов и треть всех позвоночных.

«Даже среди пресноводных экосистем реки и ручьи считаются численно редкими, несмотря на непропорционально большое количество услуг, предоставляемых обществу, что в конечном итоге приводит к их чрезмерной эксплуатации», — написал Макманамай.

Исследователи изучили данные гидропостов Геологической службы США и антропогенные факторы, влияющие на эти водотоки. Затем они использовали машинное обучение и геопространственную информацию об антропогенных изменениях в бассейнах без постов, чтобы спрогнозировать влияние на сток в этих бассейнах.

Основываясь на предыдущих исследованиях, оценивающих реакцию рыб на изменения стока, они спрогнозировали потерю биоразнообразия рыб в изменённых человеком водотоках. Они обнаружили, что модели гидрологических изменений хорошо показали себя при валидации, в то время как смоделированные экологические реакции были менее точными из-за нехватки данных и сложности факторов.

Исследователи рассматривают этот набор данных как инструмент для будущих исследований речных экосистем.

«Надеюсь, это исследование будет использовано для изучения других вопросов, связанных с экосистемами в речных средах или в сочетании с другими крупномасштабными пространственными наборами данных, которые могут пересекаться с этими данными», — сказал Моррисон. Его группа уже использовала этот набор данных в исследованиях здоровья пойм.

Авторами статьи «Mapping hydrologic alteration and ecological consequences in stream reaches of the conterminous United States» являются Макманамай, Моррисон, Роб Джордж (бывший аспирант Макманамая, ныне GIS-аналитик в McBain Associates, Арката, Калифорния) и Бенджамин Л. Радделл, доцент Школы информатики, вычислений и киберсистем Северного университета Аризоны.