Метод оптимизации находит экономически эффективные коридоры биоразнообразия

Новый метод оптимизации помогает специалистам по охране природы выбирать наиболее экономически эффективные способы соединения изолированных популяций редких, угрожаемых и исчезающих видов, обитающих на охраняемых территориях. По мере роста человеческой популяции поддержание связности местообитаний животных становится сложной задачей. Коридоры местообитаний критически важны для поддержания связей между популяциями видов в ландшафте.

Новый компьютерный метод планирования коридоров учитывает стоимость приобретения земель и другие факторы, такие как способность животных перемещаться через определённые типы местности. Считается, что эта методика впервые позволяет оптимизировать планирование коридоров сразу для нескольких видов, используя передовые компьютерные технологии для учёта затрат и компромиссов между различными вариантами, направленными на повышение биоразнообразия.

Метод был использован для определения экономически эффективных путей соединения одновременно для росомах и гризли. Исследователи считают, что он может иметь широкое применение для обеспечения связей между охраняемыми территориями на разных масштабах — от оценки местных вариантов сервитутов до разработки национальных стратегий.

Исследование проведено учёными из Технологического института Джорджии, Службы исследований и развития Лесной службы США, Корнеллского университета, Университета штата Орегон и Геологической службы США. Работа поддержана Национальным научным фондом (NSF) и Лесной службой США. Подробности работы должны быть опубликованы на этой неделе в журнале Conservation Biology.

Систематический учёт затрат и потребностей видов

«Этот подход может революционизировать процесс проектирования коридоров», — говорит ведущий автор Бистра Дилкина, доцент Школы вычислительных наук и инженерии Технологического института Джорджии. — «Включая экономические затраты и потребности нескольких видов непосредственно в процесс планирования, он позволяет систематически исследовать экономически эффективные планы сохранения и информировать политиков о компромиссах как между видами, так и между затратами и преимуществами связности».

До недавнего времени большинство усилий по обеспечению выживания редких видов заключалось в создании для них охраняемых территорий. Однако этого недостаточно, так как популяции становятся изолированными и теряют генетическое разнообразие. Поэтому предпринимались попытки соединить охраняемые территории путём покупки и защиты естественных коридоров. Но до сих пор эти коридоры выбирались либо на основе осуществимости, либо по пути, который, скорее всего, будет использоваться одним, наиболее важным видом.

Оптимизация для нескольких видов с учётом экономики

Новый метод, основанный на смешанном целочисленном программировании, позволяет рассматривать огромное количество вариантов. Для его оценки исследователи использовали в качестве примера росомах и гризли в Монтане. Подход позволил найти коридоры, которые обеспечили 86% и 89% от наилучшего уровня связности для гризли и росомах соответственно, при этом сэкономив три четверти затрат.

«Одним из сюрпризов исследования стала высоко нелинейная природа выгод», — отмечает Дилкина. В одном случае варианты обеспечения связности варьировались в стоимости от 3 до более чем 30 миллионов долларов. Самый дешёвый вариант предлагал пути, которые животные вряд ли бы использовали, но, добавив к нему ещё 1,5 миллиона долларов, получившийся коридор стал почти таким же хорошим, как и самый дорогой вариант.

Принцип работы и перспективы

Программа оптимизации использует данные о «сопротивлении перемещению» для каждого вида (мера, определяемая биологами-экологами), стоимость приобретения участков земли и расположение охраняемых территорий.

В принципе, метод можно использовать для учёта потребностей более чем двух видов. Однако если экологи тщательно выберут «зонтичные» виды, которые отражают потребности множества других видов, решение задачи коридора для большого числа видов может и не потребоваться.

Исследователи надеются создать на основе этого метода компьютерный инструмент, который будет доступен для использования природоохранными организациями и биологами. Эта работа демонстрирует, как компьютерные науки и методы оптимизации могут находить применение в новых областях, таких как устойчивое развитие.