Команда использовала камеры беспилотных летательных аппаратов и мультиспектральные снимки для измерения пигментов, вырабатываемых микроорганизмами на поверхности почвы, которые показывают, насколько здоровы или развиты биокорни. На снимке исследователь готовит дрон к запуску.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания предложили по-новому следить за состоянием сухих земель: вместо долгих экспедиций и лабораторных анализов они отправили в небо дроны с мультиспектральными камерами. Оказалось, что по особым пигментам почвенных микроорганизмов можно достаточно точно определить, насколько здорова поверхность.
Результаты исследования опубликованы в статье под заголовком Mapping Scytonemin Pigment Content and Biocrust Functional Indicators Using High-Resolution Multispectral Imagery («Составление карт содержания пигмента сцитонемина и функциональных показателей биокоррекции с использованием мультиспектральных изображений высокого разрешения») в научном онлайн-сборнике Лондонского зоологического общества.
Участок, в котором исследователи наблюдали за присутствием и активностью микроорганизмов, вызывающих биокоррекцию, как с воздуха с помощью камеры, установленной на беспилотнике, так и в лаборатории, анализируя образцы почвы.Речь идет о биологических почвенных корках, или биокорках — тонком живом слое на поверхности засушливых территорий. Его образуют цианобактерии, лишайники, мхи, водоросли и грибы. Несмотря на то, что такие сообщества покрывают лишь около 12% суши нашей планеты, они играют огромную роль: удерживают углерод, участвуют в круговороте азота, защищают почву от эрозии и поддерживают работу целых экосистем.
Проблема в том, что биокорки страдают от хозяйственной деятельности человека и изменения климата. По оценкам ученых, в ближайшие 65 лет их площадь может сократиться на 25–40%.
Первый автор исследования Рауль Роман фотографирует пигменты биокорки с низкой концентрацией пигмента.Чтобы научиться быстро оценивать состояние этих природных «бронежилетов» пустынь, специалисты исследовали два района на юго-западе США — в пустыне Чиуауа (Нью-Мексико) и на плато Колорадо в районе Моаба (Юта). Дроны снимали поверхность с разрешением менее 1,3 сантиметра на пиксель, после чего алгоритмы машинного обучения сопоставляли изображения с лабораторными анализами образцов почвы.
Особое внимание уделялось трем пигментам. Первый — сцитонемин, который цианобактерии используют как природный солнцезащитный крем от жесткого ультрафиолета. Его высокое содержание говорит о зрелой и хорошо развитой биокорке. Также ученые отслеживали уровень хлорофилла A, отражающего объем живой биомассы, и каротиноидов, участвующих в фотосинтезе и защите клеток от светового стресса. Кроме того, оценивались запасы органического углерода и азота в почве.
Исследование проводилось в двух различных полузасушливых экосистемах на юго-западе США: на экспериментальном полигоне Джорнада в пустыне Чиуауан на юге штата Нью-Мексико и на полигоне Грин-Батт в пустыне плато Колорадо, к северу от Моава, штат Юта. Автор: Пенсильванский государственный университет. Creative CommonsРезультаты оказались впечатляющими. В Нью-Мексико модель определяла содержание сцитонемина с точностью 93%, а уровень органического углерода — с точностью 95%. Для азота показатель достигал около 80%.
Правда, в Юте метод сработал заметно хуже — общая точность упала ниже 60%. Исследователи объяснили это своеобразным «пересветом»: сцитонемина в местных биокорках оказалось так много, что камеры перестали различать просто высокий и экстремально высокий уровень пигмента.
Образец почвы из засушливых земель, в котором обнаружены филаменты биокорки — микроскопические липкие нити, вырабатываемые цианобактериями, которые сплетаются вместе, образуя живую оболочку на поверхности засушливых почв.Авторы работы считают, что технология способна изменить подход к мониторингу сухих земель. Сегодня дистанционное зондирование в основном лишь показывает, где находятся биокорки. Новый метод позволяет понять, насколько они активны, испытывают ли стресс и продолжают ли выполнять свои экологические функции.
По словам руководителя исследования Эстель Курадо́ (Estelle Couradeau), одного факта присутствия биокорки недостаточно — важно знать, фотосинтезирует ли она, накапливает ли углерод и остается ли полноценной частью экосистемы.
Обзор рабочего процесса, используемого для прогнозирования функциональных показателей биозащиты, от сбора данных до моделирования. Автор: Дистанционное зондирование в области экологии и охраны природы (2026). DOI: 10.1002/rse2.70082Текущее дистанционное зондирование показывает нам, где находятся биокорки, но не говорит, насколько они здоровы и функциональны.Эстель Курадо
О том, как почвенные микробы тайно управляют будущим планеты, мы рассказали тут. А в другом недавнем материале Hi-Tech Mail читайте про исследование вулканов с помощью беспилотников.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
