Саванны образуют одну из крупнейших сред обитания в мире, покрывая примерно одну пятую часть суши Земли. В основном их можно найти в странах Африки к югу от Сахары. Саванны являются домом не только для уникальной дикой природы, включая «большую пятерку» - африканского слона, носорога, буйвола, леопарда и льва, - но и для тысяч эндемичных видов растений, таких как баобаб или обезьянье хлебное дерево.
«Более того, саванны играют важную роль в глобальном углеродном цикле и, следовательно, влияют на климатические циклы планеты», - говорит Виктор Одипо из Университета Фридриха Шиллера в Йене (Германия). Способность саванн накапливать углекислый газ, вызывающий парниковый эффект, в конечном итоге определяется количеством надземной древесной биомассы, добавляет Одипо, докторант отдела дистанционного зондирования Института географии. Однако до сих пор было трудно измерить этот важный показатель, поскольку современные климатические модели основаны на приблизительных оценках выбросов углерода. Однако группе географов из университетов Йены и Оксфорда, а также из Федерального института геонаук и природных ресурсов Германии удалось создать методологию, позволяющую измерять надземную биомассу саванн и фиксировать даже незначительные изменения в экосистема. Они представили свои результаты в специализированном журнале Forests (DOI: 10.3390/f7120294).
Трехмерная модель ландшафта
Исследователи из Йенского университета используют как данные радара, зарегистрированные спутниками, так и данные лазерного сканирования, собранные с земли. «Радиолокационные данные могут фиксировать биомассу на больших географических территориях, учитывая их охват, но они не дают достаточно информации о структуре растительности в локальных масштабах», - объясняет Виктор Одипо. Типичной для саванны является ее лоскутная структура: смесь травы и кустарников с деревьями самой разной высоты, стоящими поодиночке или группами. Для того, чтобы сделать подробную запись этой структуры и иметь возможность преобразовать ее в биомассу, спутниковые данные дополняются наземными измерениями. Для этого используется наземный лазерный сканер (TLS), который сканирует окружающую среду лазерным лучом в радиусе нескольких сотен метров. «Это дает нам всеобъемлющую трехмерную цифровую модель ландшафта, которая позволяет проводить точный анализ структуры растительности», - говорит Юсси Бааде, доцент кафедры физической географии Йенского университета.
После исчерпывающих первоначальных испытаний в лесу Штадтродар и на склонах долины Заале недалеко от Йены исследователи применили свою методологию к саванне Национального парка Крюгера в Южной Африке. На площади около девяти квадратных километров, для которой доступны спутниковые данные радара, они собрали данные лазерного сканирования с более чем 40 участков и интегрировали эти данные в модель для расчета биомассы. «Данные лазерного сканирования, собранные с выбранных точек, действительно дают значительно более точные результаты, чем спутниковый радар», - отмечает Кристиан Бергер, соавтор исследования и руководитель исследовательского проекта, на котором основана докторская диссертация Виктора Одипо. «Но сам по себе и из-за меньшего охвата по сравнению с данными аэрофотосъемки этот метод не подходит для исследования больших площадей». Однако, как показывает это исследование, объединение двух методов позволяет оценить биомассу в диапазоне от 2,9 тонны на гектар на участках, покрытых травой и кустарниками, до 101.6 тонн на гектар на участках с деревьями.
Мониторинг изменений в экосистеме
Эти результаты нельзя использовать для создания новых климатических моделей. «Нам также нужны надежные данные для отслеживания изменений в экосистеме саванны», - говорит Виктор Одипо. Он указывает на удивительную случайную находку: измерения исследователей показали, что биомасса значительной части изучаемой территории Национального парка Крюгера снижается из года в год. «Мы этого не ожидали, - говорит Одипо, - учитывая, что это заповедник». Однако оказалось, что эти изменения, в отличие от большинства незащищенных территорий, были в первую очередь результатом не деятельности человека, а работы слонов, которые валят большое количество деревьев.
Это исследование было поддержано Немецкой службой академических обменов (DAAD), Немецким исследовательским фондом (DFG) и Федеральным министерством образования и исследований (BMBF). Наземный лазерный сканер был приобретен на средства EFRD из Свободного государства Тюрингия.