Креозот - король пустыни. Этот тощий кустарник доминирует над ландшафтом юго-запада Америки, создавая мини-оазисы из суровой жары для пустынной дикой природы.
В новом исследовании исследователи из Техасского университета в Остине использовали компьютерные алгоритмы и данные съемки с высоким разрешением для проведения первой в истории переписи креозота - подсчета каждого креозота на заповеднике площадью 135 квадратных миль в штате Невада. Пустыня Мохаве. Окончательный подсчет составил 23 миллиона креозотов среди общей популяции в 66 миллионов растений.
Исследователи обнаружили важную новую информацию о видах растений, но они также демонстрируют, как методы данных могут улучшить традиционные методы изучения растительных сообществ.
«Это был прежде всего проект по работе с большими данными», - сказал Джеймс «Джейк» Гирон, аспирант Школы наук о Земле Джексона при Техасском университете, который руководил исследованием. «Большая часть времени была посвящена очистке данных, их исследованию, подготовке данных. К тому времени, когда вы приступите к анализу, вы обнаружите так много вещей на этом пути, что у вас будет путь вперед».
Исследование было опубликовано в ноябре 2020 года в журнале Landscape Ecology.
Перепись является важной вехой в науке о растениях. Большая часть данных о популяциях растений поступает из образцов менее 1000 растений или аэрофотосъемки, в ходе которой делаются снимки сообществ. Это исследование представляет собой способ учета каждого человека в растительном сообществе. Ученые также обнаружили, что определенные особенности ландшафта могут влиять на то, как растут большие креозоты и как далеко друг от друга они расположены.
«Люди поражены размером набора данных. Но мы старались не удивляться размеру и сосредоточились на интересных вещах, которые говорят нам данные», - сказал соавтор Майкл Янг, старший научный сотрудник Бюро Экономическая геология, исследовательское подразделение школы Джексона.
Исследование креозота основано на перепрофилированных данных, собранных Янгом и его коллегами во время аэрофотосъемки 2017 года, в ходе которой были собраны аэрофотоснимки и данные о высоте из заповедника Боулдер-Сити в пустыне Мохаве.
Данные были первоначально собраны, чтобы найти норы, принадлежащие пустынной черепахе, которой угрожает опасность. Но фотографии с высоким разрешением (один пиксель равен шести дюймам) в сочетании с данными о высоте, измеряющими изменения на каждом квадратном метре сервитута, создали богатый ресурс для новых исследований..
Подсчет креозотов включал применение компьютерных алгоритмов, которые могли отличать кусты от окружающего ландшафта и других растений. В дополнение к проведению переписи алгоритмы также извлекали информацию о местоположении каждого креозота, высоте и площади полога, на основании чего был рассчитан объем полога. Они также извлекали информацию об окружающем ландшафте, такую как относительный возраст почвы, угол наклона и направление.
Когда данные о ландшафте и креозоте были проанализированы вместе, исследователи обнаружили некоторые заметные тенденции того, как ландшафт влияет на рост растений.
Они обнаружили, что направление склона, или экспозиция, является основным фактором, определяющим объем креозота: растения, растущие на склонах, обращенных на восток, примерно в пять раз гуще, чем растения на склонах, обращенных на запад.
«Это в пять раз больше укрытия на земле для тварей, для землепользования или для понимания того, насколько горячей станет земля - это имеет огромное значение», - сказал Гирон.
Они также обнаружили, что возраст почвы влияет на объем креозота: растения в более молодой почве примерно на 27% больше, чем растения в самой старой.
Связь между возрастом почвы и размером растения хорошо задокументирована, но влияние склона холма на размер растения стало неожиданностью, сказал Гирон. Это связано с тем, что результаты исследований чаще связывают рост растений с северным и южным направлениями склона, а на восточном и западном склонах исследований было мало.
Но это исследование предполагает, что выращивание на восточном склоне может быть важным способом для пустынных растений оставаться увлажненными, при этом размещение позволяет растениям впитывать солнечный свет в более прохладные и влажные утренние часы, в отличие от западных склонов, которые получают больше всего солнечного света в самые жаркие периоды дня, когда они наиболее подвержены потере воды через транспирацию.
Эрик Хамерлинк, эколог-исследователь из Министерства сельского хозяйства США, сказал, что исследование важно из-за точности данных, полученных в результате учета каждого человека в популяции.
«Я впервые вижу что-то, что берет данные с уровня участка и действительно расширяет их до ландшафтного масштаба, до масштаба бассейна», - сказал Хамерлинк. «Это просто огромное достижение».
Он добавил, что методы, представленные в исследовании, могут помочь улучшить методы управления пастбищами, предлагая углубленное и стандартизированное представление о всем растительном сообществе до и после конкретного вмешательства.
Программа сохранения пустыни округа Кларк финансировала исследование.