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新的生物多样性地图揭示了保护方面的巨

发布时间:2019-01-24 16:09:03

新的生物多样性地图揭示了保护方面的巨 该研究利用来自树木社区的化学信号揭示其不同的生存策略并确定优先保护区域。目前,卡内基空中观测飞机是创建这些生物多样性地图的唯

  新的生物多样性地图揭示了保护方面的巨

  该研究利用来自树木社区的化学信号揭示其不同的生存策略并确定优先保护区域。目前,卡内基空中观测飞机是创建这些生物多样性地图的唯一途径。然而,该团队正在努力将这项技术安装在绕地球轨道运行的卫星上。一旦发射,这颗价值2亿美元的卫星将提供生物多样性的全球测绘图,该图将每月更新。在科学家的职业生涯中,有些时候,与多年研究脱节的作品在一个时刻“真正令人印象深刻”在一起。

  对于生态学家Greg Asner来说,这一刻发生了 - 它发生的地方和顿悟本身一样重要。

  “我几乎是在厄瓜多尔和秘鲁之间的边界,在蒂格雷河,当我们有时间,”艾斯纳尔,卡内基天文台空降(CAO)在斯坦福大学的首席研究员,加利福尼亚州说。 “我们远离世界其他地方几天。”

  2015年夏天,Asner和几位植物学家将他们与CAO最现代化研究飞机的取样结果与他们对秘鲁亚马逊地区林地的观察联系起来。

  他们从上面测量了不同树木群落的化学特征。根据这些测量结果,他们飞过的绿海似乎实际上是不同生长和生存策略的混合体。

  Greg Asner(右)和他的团队在秘鲁北部森林的蒂格雷河附近发现了他们的发现。照片由Greg Asner提供

  当时,附近的蒂格雷河,他们意识到乔木群落,他们所说的这些独特的战略“funcional-多样性扩展到更精细的规模,并与物种的独特的组合物或相关的”生物多样性“ 。由于这种联系,他们坚持采用一种新的策略来识别最多样化的区域,这些区域是最多样化的,因此也是最重要的保护区域。

  他于1月26日星期四在科学杂志上发表的他在秘鲁的工作才刚刚开始:阿斯纳现在希望从太空进行相同的测量并追踪整个地球的生物多样性。

  “这个词的‘革命’是经常被滥用,但我觉得这里完全吻合,”埃里克迪纳斯坦,在公共政策组织解决生物学家和保护解决方案总监生物多样性和野生动物,谁没有参与这一说研究。

  秘鲁是一个拥有7600万公顷(293,438平方英里)热带森林的国家;然而,像许多亚马逊国家一样,诸如大型油棕种植园,石油和天然气开采以及牲畜等威胁正在造成更多的森林砍伐。

  秘鲁亚马逊地区的牲畜大规模砍伐森林。 Rhett A. Butler的照片

  Asner与秘鲁环境部长期合作,并与该部的代表合作。

  “他们正在创新,”阿斯纳继续在秘鲁的合作者。 “他们想知道他们是否在保护所有不同类型的森林。”

  为了回答这个问题,研究小组使用了一种称为“航空激光制导图像光谱”的技术,他们在CAO开发了这种技术。通过安装在CAO飞机上的图像光谱仪进行采样,他们可以测量树冠在森林上空飞行时反射的不同波长的光,这反过来又表明某些化学物质的浓度目前。此外,该装置增加了冠层结构的三维图像。

  特定化学元素的浓度 - 例如,在光合作用中起关键作用的氮 - 指向不同社区的生存策略。 Asner和他的团队随后将这些策略划分为七个社区“特征”,这些特征对他们在森林树冠中看到的变化影响最大。

  在秘鲁的安第斯山脉和亚马逊地区分布着36种功能和生物不同的森林。它还显示了保护区的当前轮廓(白线)。图片和标题由卡内基科学研究所的Greg Asner提供

  现在,科学家不仅可以区分几种不同类型的森林,还可以区分几十种。根据这些数据,他们寻找受到良好保护的类和可能易受攻击的类。

  一般而言,该国大约40%的森林以某种方式受到保护,无论是在公园或保护区,还是在某种可持续利用中。

  “更重要的是,某些类型的森林在保护区网络中的代表性不足,”阿斯纳说。例如,他的工作发现,安第斯山脉的树木群落在一些地方每年损失7,000公顷(27平方英里)的森林,这主要是由于非法的金矿开采和牧场。

  在全球森林观察来自马里兰大学的数据显示表明,在一般情况下,安第斯的森林和山麓失去了它的森林覆盖率约5%2001年和2014年的北部地区似乎已经影响特别大之间。 2013年拍摄的Google地球卫星图像显示大片森林被清除用于农业。

  秘鲁可以利用这些发现并将其直接应用于保护工作,确保该国所有富裕的栖息地都能持久。

  另一方面,这种方法的应用实际上比单个国家的研究要大得多。

  “我们可以使用这种设备和这种传感器来创造有史以来最好的生物多样性地图,”Dinerstein说。这正是Asner想要做的 - 对整个世界而言。

  “我们需要这张地图,”他说。 “我们需要让它成为全球性的。”

  问题是只有一架像阿斯纳的飞机。该技术在其他任何地方都无法获得,将此类分析限制在他和他的团队可以获得飞机并有足够时间检查该区域的地方。

  然而,Asner说,如果他们能够在卫星上安装他们的仪器,他们就可以为整个世界生成这些生物多样性地图。更重要的是,他们可以每30天更新一次。

  CAO团队一直在与位于加利福尼亚州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室的工程师合作,并且“技术准备就绪”,Asner继续说道 - 但它并不便宜。目前,他正在为一个耗资约2亿美元的项目建立支持。

  Carnegie-3空中观测台上的实验室包括导航和数据采集控制台,电源和计算机架以及数据采集设施。可以在飞机背面看到CAO AToMS传感器包。照片和标题由卡内基科学研究所的Greg Asner提供

  这个数字与Landsat卫星7亿美元的价格相比仍然相形见绌。然而,大多数森林生态学家认为,Landsat家族的资金在过去40年中得到了充分利用。这些卫星为森林覆盖提供了变革性的见解,支持全球森林观察等工具,让我们能够近乎实时地关注世界森林中发生的事情。

  “如果你了解全球森林的情况觉得我们的进步,这增加了指数的规模,”迪纳斯坦说,指的是工作,跟踪全球森林覆盖科学家马里兰大学的马特·汉森专业在遥感等方面。

  目前,使用从太空收集的数据获得的地图是有限的,因为他们没有必要的分辨率来区分Asner团队揭示的细微差别。

  “热带森林不均匀,”他说。但是现在,“任何卫星视图都只是森林而不是森林。”

  他补充说,一张全球地图可以展示36种 - 甚至更多种类的森林,这将打开一扇窗户,可以看到超出树冠树木多样性的视角。

  CAO的激光制导成像光谱仪数据完全是三维的,提供了森林的结构和建筑,同时捕获了树冠叶子的多达23种化学特性。这些颜色表明同一公顷中共存树种的冠层性状的多样性。图片和标题由卡内基科学研究所的Greg Asner提供

  艾斯纳尔和曹,由马克·希金斯,博士后研究员带领同事表明,当树梢有丰富的热带地区物种,所以是殖民林地上植物群落。 Asner认为,要知道这种多样性是否延伸到动物王国,将需要更多的研究来揭示秘鲁亚马逊和婆罗洲的“奇妙复杂”的生态系统,该组织最近在那里做了类似的工作。

  Dinerstein说这些地图可以告诉我们很多关于今天最大的活体动物群体:无脊椎动物。

  “在许多情况下,他们的生活故事与他们所居住的植物有关。如果我可以制作植物多样性的地图,它不仅会拥有丰富的数据库,而且还有最重要的代理可用于绘制无脊椎动物。“

  在秘鲁,许多像昆虫叶子一样的昆虫与它们栖息的森林密切相关。 Rhett A. Butler的照片

  看到秘鲁森林中存在的变异,Asner和他的同事们决定调查这些地方是否有什么东西促使社区制定独特的生存策略。他们发现有几个因素起着重要作用,包括一个地区的海拔,坡度和气候。

  特别突出的一个因素是:森林本身的基础。

  “森林下的地质马赛克使这些物种变得不同,”阿斯纳解释说。所以现在,除了有关生物多样性的知识外,该团队的新方法还可以检测以前隐藏在森林下的地质变化。

  Asner强调,对森林如何运作的深刻理解以及存在的各种差异表明需要改变我们的森林保护方法。

  

  “我们必须更加明确,更明确地保护区域的位置,”他说。在他看来,他要求我们用它来保护战略的审查“从而最大限度地提高我们尝试每英亩或公顷土地保存物种的数量,而不是简单地建立国家公园,在那里你可以。”

  “我们必须处理这样一个事实,即我们必须养活更多的人,而且这些国家希望发展;那么保护区将在哪里创建呢?“Asner补充道。

  Asner预测的月度地图将有助于提供从未见过的生物多样性研究的详细程度,并将提供讨论的平台。

  “在我们正在经历的第六次灭绝中,每个人都将以最佳方式管理生物多样性,”他继续道。

  在这个时候,这种方法的扩展取决于一件事:将技术放入轨道。 Asner以单一的焦点接受了这一挑战。

  “在我们进入轨道之前,我不会休息。”

  由Rhett A. Butler在秘鲁由露天金矿标记的亚马逊风景的横幅图象

  参考文献:

  Asner,G.P.,Martin,R.E.,Knapp,D.E.,Tupayachi,R.,Anderson,C.B.,Sinca,F.,... Llactayo,W。(2017)。机载激光制导成像光谱学绘制森林特征多样性并指导保护。 Science,355(6323),385 LP-389。取自http://science.sciencemag.org/content/355/6323/385.abstract

  汉森,MC,PV波塔波夫,R.摩尔,M. Hancher,SA Turubanova,A. Tyukavina,D. Thau,SV Stehman,SJ戈茨,TR Loveland的,A. Kommareddy,A.格罗夫,L.赤坭,CO正义和JRG Townshend。 “21世纪森林覆盖变化的高分辨率全球地图。”科学342(11月15日):850-53。在线提供的数据来自:http://earthenginepartners.appspot.com/science-2013-global-forest。 2017年1月26日通过全球森林观察访问.www.globalforestwatch.org

  希金斯,M.A.,艾斯纳尔,G. P.,安德森,C. B.,马丁,R. E.,纳普,D. E.,Tupayachi,R.,...阿隆索,A。(2015)。亚马逊西北部森林结构和功能的区域尺度驱动因素。 PLoS ONE,10(3),1-19.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119887

  这个故事于2017年1月27日首次在网上发布。