Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Nadrzędnym celem kończącego się w 2018 roku projektu HabitARS było zbudowanie narzędzia służącego do inwentaryzacji nieleśnych siedlisk przyrodniczych Natura 2000 oraz umożliwiającego prowadzenie monitoringu zagrożeń, które mogą mieć wpływ na funkcjonowanie i zachowanie owych siedlisk. Z tak zgromadzonych danych oraz z opracowanej metodologii będą mogli korzystać m.in. pracownicy administracji publicznej działającej w ochronie środowiska, inwestorzy, którzy zobowiązani są do przeprowadzania inwentaryzacji przyrodniczych, czy wreszcie członkowie stowarzyszeń i naukowcy prowadzący badania i działania, których celem jest ochrona i przywrócenie stanu naturalnego danego obszaru.

Projekt HabitARS

Zespół pracujący w ramach projektu HabitARS tworzyło 81 osób, w tym eksperci z zakresu botaniki, teledetekcji, lotnictwa, hydrologii i kartografii, którzy korzystali z zaplecza badawczego i technicznego, w tym z samolotów i sensorów pomiarowych. Tak stworzony zespół gromadził dane na dwóch poziomach, łącząc lotnicze i naziemne metody badawcze.

– Wybraliśmy obszary modelowe, które miały nam służyć do realizacji celów projektu. Tak naprawdę testowaliśmy wymienione metody, traktując je jako narzędzie wspomagające tradycyjne badania terenowe prowadzone przez naukowców– mówi prof. Barbara Tokarska-Guzik, kierownik Katedry Botaniki i Ochrony Przyrody na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, członek zespołu projektowego. – Chodziło przede wszystkim o gromadzenie danych o zasobach przyrodniczych, przy czym my w tym projekcie skoncentrowaliśmy się na nieleśnych siedliskach Natura 2000 – dodaje.

Członkowie zespołu projektowego postanowili zatem sprawdzić, na ile wybrane metody mogłyby być użyte do szeroko rozumianego monitorowania siedlisk na dużych obszarach, co w przypadku stosowania wyłącznie metod naziemnych jest dosyć skomplikowane, czaso- i kosztochłonne. Efektem prac docelowo miałyby być także mapy roślinności pokazujące zasięg terytorialny określonego siedliska przyrodniczego oraz zasięgi wybranych gatunków roślin rosnących na danym obszarze.

Lotnicze metody badawcze

Dane, które służyły do opracowania narzędzia inwentaryzacji nieleśnych siedlisk przyrodniczych Natura 2000, gromadzone były m.in. przy użyciu metod teledetekcyjnych z pułapu lotniczego. W ramach projektu zbudowany został prototyp konstrukcji w postaci platformy teledetekcyjnej umożliwiającej zbieranie informacji jednocześnie z wielu sensorów umieszczonych na pokładzie samolotu. Metody te pozwoliły uzyskać m.in. chmurę punktów, na podstawie której naukowcy wnioskowali o wysokości, pionowej strukturze oraz zagęszczeniu roślin tworzących badane nieleśne siedliska przyrodnicze. Ponadto wykorzystywane sensory dostarczyły danych z zakresu właściwości biofizycznych tych roślin, a więc ich struktury komórkowej, kondycji, zawartości wody czy rodzaju barwników roślinnych. Dodatkowo wykorzystane kamery fotoobrazujące pozwoliły uzyskać ortofotomapę badanego obszaru ilustrującą topografię i sposoby użytkowania terenu.

Dane z pułapu lotniczego pozyskiwane były trzykrotnie w sezonie wegetacyjnym w ciągu pierwszych dwóch lat trwania projektu na 37. obszarach badawczych o łącznej powierzchni około 600 km2. – Dobór odpowiedniej pory roku i dnia, podczas których dokonywano pomiarów, mógł okazać się kluczowy dla ich jakości. Badania prowadzone były wobec tego w okresie pełnego rozwoju zbiorowiska roślinnego, w odpowiednich warunkach pogodowych, przede wszystkim przy niewielkim zachmurzeniu, aby na obrazie nie było zbyt wielu cieni utrudniających interpretację obrazu – tłumaczy prof. Barbara Tokarska- -Guzik.

– Musimy również pamiętać, że część z tych obszarów ma charakter użytkowy, w związku z czym należało zdążyć zebrać niezbędne dane chociażby przed koszeniem, w wyniku którego traciliśmy najważniejsze informacje. Zadanie nie było więc łatwe – dodaje.

Naziemne metody badawcze

W tym samym czasie równolegle prowadzone były badania terenowe przez botaników, którzy zbierali duże próby punktów referencyjnych dla obszarów badawczych. Te informacje służyły następnie do opracowania danych zgromadzonych przy wykorzystaniu metod lotniczych i teledetekcyjnych.

– Razem z botanikami z Uniwersytetu Łódzkiego oraz Instytutu Technologiczno- Przyrodniczego w Falentach lokalizowaliśmy wybrane siedliska i zakładaliśmy tam poligony badawcze, a następnie opisywaliśmy ich skład roślinny. To spore wyzwanie, ponieważ zgromadzonego materiału było bardzo dużo. Tak zebrane informacje posłużyły następnie jako poligony treningowe i walidacyjne do porównań z danymi otrzymanymi z pozostałych źródeł – mówi prof. Barbara Tokarska- -Guzik.

Opracowywanie narzędzia służącego do inwentaryzacji i monitorowania nieleśnych siedlisk opierało się zatem na ścisłej współpracy między naukowcami i pracownikami kierującej projektem firmy MGGP Aero.

– Naszym zadaniem było w pewnym sensie „nauczenie” systemów, jak mają rozpoznawać typy siedlisk czy poszczególne gatunki roślin. Zastanawialiśmy się w gronie specjalistów między innymi nad rozmieszczeniem i liczbą poligonów badawczych, z których pobierane były próby do dalszych analiz. Chcieliśmy mieć pewność, że zgromadzone dane będą wystarczające do budowania algorytmów rozpoznających typy i skład siedlisk – mówi kierownik Katedry Botaniki i Ochrony Przyrody UŚ.

Realizatorzy projektu badali łąki, murawy, wrzosowiska i torfowiska. Wybór był nieprzypadkowy, chcieli bowiem sprawdzić, czy zastosowane metody, szczególnie lotnicze, są na tyle czułe, że mogą być wykorzystywane do identyfikacji i monitorowania tak różnorodnych i specyficznych siedlisk przyrodniczych.

Jednym z większych wyzwań dla botaników była próba wyznaczenia warunków brzegowych odróżniających owe nieleśne siedliska od pozostałych typów obszarów. Innymi słowy, musieli wskazać te atrybuty, które okazałyby się konieczne do jednoznacznego zidentyfikowania różnych zbiorowisk roślinnych. Jak wyjaśnia członkini zespołu, najtrudniejsze okazały się pod tym względem łąki z uwagi na swą roślinną różnorodność, łatwiejsze do identyfikacji były natomiast wrzosowiska czy murawy ciepłolubne.

Monitorowanie zagrożeń

Kolejnym zadaniem realizowanym w ramach projektu HabitARS była ocena zagrożenia badanych siedlisk. Jednym z nich jest sukcesja drzew i krzewów, szczególnie dotycząca obszarów zlokalizowanych w umiarkowanej strefie klimatycznej. Wiodącym wykonawcą tej części projektu była Politechnika Warszawska.

Drugim zagrożeniem są przesuszenia dotykające głównie torfowiska, co z kolei badali naukowcy ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie.

Wreszcie trzecie niebezpieczeństwo zanikania cennych siedlisk wiąże się z rozprzestrzenianiem się inwazyjnych gatunków obcych i rodzimych ekspansywnych roślin, które zagrażają różnorodności biologicznej objętych ochroną obszarów. Tę tematykę podjęli botanicy z Uniwersytetu Śląskiego pracujący pod kierunkiem prof. Barbary Tokarskiej-Guzik.

Opracowanie skutecznych metod skaningu przestrzeni pod kątem występowania i zasięgu gatunków inwazyjnych z pewnością pozwoliłoby w miarę szybko zidentyfikować tego typu zagrożenia, ocenić ich stopień oraz, najlepiej we wczesnym stadium zaobserwowanych procesów, podjąć działania mające na celu skuteczną ochronę wybranych obszarów.

– Moje zainteresowania naukowe dotyczą gatunków inwazyjnych, w związku z czym bez zastanowienia zaangażowałam się w badania prowadzone w ramach projektu HabitARS. Mam nadzieję, że dzięki efektom pracy konsorcjum można będzie dokonać szybkiej inwentaryzacji i monitorowania obszarów zajętych przez gatunki inwazyjne i ekspansywne, a co za tym idzie, również podejmować skuteczne działania ochronne – mówi naukowiec.

Na podstawie tak uzyskanych informacji możliwe stanie się ponadto oszacowanie kosztów działań mających na celu spowolnienie lub całkowite zahamowanie procesu rozprzestrzeniania się niepożądanych roślin, takich jak nawłoć, barszcz Sosnowskiego czy czeremcha amerykańska.

Jeśli tego typu badania z wykorzystaniem opracowanej metody będą stosowane cyklicznie, z czasem pozwolą obrazować proces rozprzestrzeniania się gatunków inwazyjnych w ujęciu dynamicznym. Na tej podstawie naukowcy ocenią nie tylko zmieniający się zakres ich występowania, lecz także tempo i kierunki rozprzestrzeniania się.

– Jest to zatem niezwykle interesujące narzędzie, znacznie ułatwiające prowadzenie monitoringu obszarów cennych przyrodniczo i mające wiele różnych zastosowań. Musimy jednak pamiętać, że ma ono charakter pomocniczy i nie wyeliminuje konieczności prowadzenia tradycyjnych badań terenowych przez naukowców reprezentujących różne dziedziny naukowe, w tym botaników, ekologów, hydrologów czy kartografów – przekonuje prof. Barbara Tokarska-Guzik.

Projekt pn. „Innowacyjne podejście wspierające monitoring nieleśnych siedlisk przyrodniczych Natura z wykorzystaniem metod teledetekcyjnych, HabitARS” współfinansowany jest ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Konsorcjum tworzą pracownicy firmy MGGP Aero (lider projektu), Uniwersytetów: Śląskiego, Łódzkiego, Warszawskiego oraz Politechniki Warszawskiej, a także Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie oraz Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego.

Małgorzata Kłoskowicz

Artykuł został opublikowany w "Gazecie Uniwersyteckiej UŚ" [nr 10 (260) lipiec-wrzesień 2018]