Креозотовый куст, также известный как ларрея трёхзубчатая (Larrea tridentata) — царь пустыни. Этот чахлый кустик доминирует в пейзажах американского юго-запада, создавая мини-оазисы в суровой жаре пустынной жизни.
В новом исследовании учёные из Техасского университета в Остине (UT) использовали компьютерные алгоритмы и данные съёмки с высоким разрешением, чтобы произвести первую в истории перепись креозотового куста, посчитав каждую особь на участке охранной зоны пустыни Мохаве в штате Невада площадью 350 квадратных километров. Окончательный подсчёт выявил 23 миллиона креозотовых кустов среди общего «населения» в 66 миллионов растений.
Учёные открыли важную новую информацию об этом виде растений, а также продемонстрировали, как технологии обработки данных могут улучшить традиционные методы изучения растительных сообществ.
«Это в первую очередь является проектом по большим данным, — сказал Джеймс (Джейк) Джирон, аспирант в школе геонаук Джексона в UT, лидер исследования. — Большую часть времени заняли очистка данных, их исследование и подготовка. К тому времени, как вы дойдёте до анализа, вы по пути откроете уже так много вещей, что у вас появится задел на будущее».
Исследование было опубликовано в ноябре 2020 года в журнале Landscape Ecology.
Перепись — важная веха для науки о растениях. Большинство данных о растительных популяциях происходят из выборок меньше, чем в 1000 растений или аэросъёмок, которые делают небольшие фотографии сообществ растений. Учёные также открыли, как определённые черты ландшафта могут влиять на размер кустов креозота и их удалённость друг от друга.
«Люди поражаются размеру набора данных. Но мы старались не быть ослеплёнными его размером и сфокусироваться на интересных вещах, о которых нам рассказывают эти данные», — сказал соавтор Майкл Янг, старший специалист в Бюро экономической геологии, исследовательском подразделении школы Джексона.
Исследование креозотовых кустов построено на использовании данных, собранных изначально для других целей Янгом и его коллегами во время аэрофотосъёмки 2017 года, в ходе которой собирались фотоснимки и данные по высоте местности над уровнем моря из заповедника Боулдер Сити в пустыне Мохаве.
Изначально данные собирались для обнаружения нор, принадлежащих пустынному западному гоферу — уязвимому виду черепах. Но снимки с высоким разрешением (в одном пикселе — 15 сантиметров) совместно с данными по высоте местности, которые измеряли её разницу для каждого квадратного метра заповедника, создали богатый источник для новых исследований.
Подсчёт креозотовых кустов включал применение компьютерных алгоритмов, которые могли бы отличить кусты от окружающего ландшафта и других растений. Помимо проведения переписи, алгоритмы также получали информацию по местонахождению каждого куста, его высоте и площади кроны, из которых затем вычислялся объём кроны. Они также извлекали информацию об окружающем ландшафте, такую как относительный возраст почвы и направление и угол склона.
Когда исследователи проанализировали данные по креозотовым кустам и ландшафту совместно, они обнаружили некоторые заметные тренды в том, как ландшафт влиял на рост растений.
Они обнаружили, что направление склона, или экспозиция, больше всего влияло на объём кустов – растения на восточных склонах были примерно в пять раз раскидистее, чем растения на западных склонах.
«Это в пять раз больше укрытий на земле для мелких животных, для использования земли или для понимания, насколько горячей может стать поверхность — это имеет огромное значение», — сказал Джирон.
Они также обнаружили, что возраст почвы влияет на объём кустов креозота, и на молодых почвах растения были примерно на 27% больше, чем на старых.
«Связь между возрастом почвы и размером растений хорошо задокументирована, но влияние экспозиции склона на размер растений оказалось сюрпризом, — сказал Джирон. — Это произошло потому, что данные исследований гораздо чаще связывают рост растений с северными и южными направлениями склонов — и гораздо меньше исследований изучают восточные и западные склоны».
Но это исследование предполагает, что произрастание на восточных склонах может быть важным способом для сбора и сохранения влаги у пустынных растений. Такое расположение позволяет растению поглощать свет во время более прохладных и влажных утренних часов, тогда как растения на западных склонах получают большую часть света в самую жаркую часть дня, когда они больше всего подвержены потере воды из-за транспирации.
Эрик Хемерлинк, исследователь в области экологии в Министерстве сельского хозяйства США, сказал, что исследование выделяется точностью данных, полученных при учёте каждого отдельного растения в популяции.
«Впервые я вижу, как данные по уровню участка распространяются в масштабах ландшафта или бассейна реки, — сказал Хемерлинк. — Это действительно огромное достижение».
Он добавил, что методы, представленные в исследовании могут помочь улучшить практики организации пастбищ, давая глубокий и стандартизованный взгляд на всё растительное сообщество до и после определённого вмешательства.
Исследование проводилось при поддержке Программы сохранения пустыни округа Кларк.
Источник: ‘Big Data’ Enables First Census of Desert Shrub
Перевод: Антон Меньшенин, редактор Марлен Тальберг.