Διεύρυνση της σχέσης ποικιλότητας–ανθεκτικότητας με βάσεις δεδομένων χαρακτηριστικών και δεδομένα τηλεπισκόπησης: η αποκατάσταση...

Πρότυπος Τίτλος : '''Scaling up the diversity–resilience relationship with trait databases and remote sensing data: the recovery of productivity after wildﬁre  '''

Τίτλος : '''Διεύρυνση της σχέσης ποικιλότητας–ανθεκτικότητας με βάσεις δεδομένων χαρακτηριστικών και δεδομένα τηλεπισκόπησης: η αποκατάσταση της παραγωγικότητας μετά από πυρκαγιά'''

Συγγραφείς : ''Marko J Spasojevic, Christie A Bahlai , Bethany A Bradley , Bradley J Butterfield , Mao-Ning Tuanmu , Seeta Sistla , Ruscena Wiederholt , Katharine N Suding''

Πηγή : [https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26599833/ ΝΙΗ][https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.13174 Wiley]


<h1>Εισαγωγή</h1>

  

Η μελέτη ασχολείται με τους μηχανισμούς που διέπουν την ανθεκτικότητα των οικοσυστημάτων, εστιάζοντας στο γιατί ορισμένα οικοσυστήματα ανακάμπτουν μετά από διαταραχές, ενώ άλλα παρουσιάζουν μη αναστρέψιμες αλλαγές. Οι συγγραφείς διερευνούν τη σχέση βιοποικιλότητας-ανθεκτικότητας, ιδίως σε μεγαλύτερες χωρικές κλίμακες, συνδυάζοντας βάσεις δεδομένων τηλεπισκόπησης και χαρακτηριστικών με οικολογική θεωρία τοπικής κλίμακας. Η μελέτη διερευνά τον τρόπο με τον οποίο η λειτουργική ποικιλομορφία σε δασικά και δασικά οικοσυστήματα επηρεάζει την ανάκαμψη της παραγωγικότητας μετά από πυρκαγιές στις νοτιοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες.. 

 

<h1>Μεθοδολογία</h1>

  

Η μελέτη χρησιμοποίησε έναν συνδυασμό τηλεπισκόπησης, βάσεων δεδομένων χαρακτηριστικών και στατιστικής μοντελοποίησης για να διερευνήσει τη σχέση βιοποικιλότητας-ανθεκτικότητας σε οικοσυστήματα που ανακάμπτουν από πυρκαγιές στις νοτιοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες. 

  

''Περιοχή μελέτης:'' Η έρευνα επικεντρώθηκε στην περιοχή «Four-Corner», που εκτείνεται από την ανατολική Αριζόνα έως το ανατολικό Κολοράντο και το Νέο Μεξικό. Η περιοχή αυτή περιλαμβάνει ποικίλα οικοσυστήματα, από ψυχρά δάση της ερήμου έως δασώδη βουνά, το καθένα με διαφορετική σύνθεση ειδών και λειτουργική ποικιλομορφία που επηρεάζεται από κλιματικές και τοπογραφικές κλίσεις. Η περιοχή βιώνει συχνές πυρκαγιές, παρέχοντας μια ιδανική φυσική διαταραχή για τη μελέτη της ανθεκτικότητας των οικοσυστημάτων. 

  

''Ανάλυση πυρκαγιών:'' Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το προϊόν διαταραχών του USGS Landfire, εντοπίστηκαν πυρκαγιές υψηλής σοβαρότητας μεταξύ 1999 και 2002. Οι πυρκαγιές αυτές χαρτογραφήθηκαν με εικόνες Landsat και ταξινομήθηκαν κατά σοβαρότητα με βάση τις αλλαγές στην ανάκλαση της επιφάνειας της γης. Η μελέτη στόχευσε εικονοστοιχεία 250 m ομοιόμορφου τύπου βλάστησης που είχαν καεί χωρίς επακόλουθες διαταραχές μεταξύ 2003 και 2010. Για την κανονικοποίηση χρησιμοποιήθηκαν εικονοστοιχεία ελέγχου (άκαυστα) εντός 2 km από την περίμετρο των πυρκαγιών, με τον ίδιο τύπο βλάστησης. 

  

''Μέτρο ανθεκτικότητας:'' Η αποκατάσταση της παραγωγικότητας μετρήθηκε με τη χρήση χρονικά ενσωματωμένων δεδομένων κανονικοποιημένου δείκτη διαφοράς βλάστησης (NDVI) από τη συλλογή eMODIS. Ο NDVI είναι μια μετρική που προέρχεται από την τηλεπισκόπηση, χρησίμευσε ως υποκατάστατο της ετήσιας πρωτογενούς παραγωγικότητας. Ο λόγος του NDVI μετά την πυρκαγιά στα καμένα εικονοστοιχεία προς το διάμεσο NDVI στα εικονοστοιχεία ελέγχου κατά την ίδια περίοδο επέτρεψε την κανονικοποίηση σε όλους τους τύπους βλάστησης, λαμβάνοντας υπόψη τη διαχρονική μεταβλητότητα και τις διαφορές στην παραγωγικότητα. 

  

<h1>Αποτελέσματα</h1>

  

<h2>Επίδραση της λειτουργικής ποικιλότητας</h2>

<ul>
<li>Η υψηλή λειτουργική διασπορά (ανομοιογένεια χαρακτηριστικών) στα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας στη φωτιά συσχετίστηκε στενά με ταχύτερη ανάκαμψη της παραγωγικότητας μετά την πυρκαγιά.</li>

<li>Ο λειτουργικός πλούτος (εύρος χαρακτηριστικών) σχετιζόταν αντίστροφα με την ανάκαμψη σε ορισμένα πλαίσια.</li>

<li>Μάζα σπόρων: Η λειτουργική ποικιλομορφία της μάζας των σπόρων δεν επηρέασε σημαντικά την ανθεκτικότητα.</li>

<li>Πλούτος ειδών: Είχε οριακές και ασυνεχείς επιδράσεις στην ανάκαμψη, γεγονός που υποδηλώνει ότι αποτελεί αδύναμο υποκατάστατο για την ανθεκτικότητα του οικοσυστήματος.</li>
</ul>

<h2>Περιβαλλοντικές επιδράσεις</h2>

<ul>
<li>Οι πιο απότομες πλαγιές και τα χαμηλότερα υψόμετρα προώθησαν την ταχύτερη ανάκαμψη, πιθανότατα λόγω των μεγαλύτερων καλλιεργητικών περιόδων.</li>

<li>Οι πλαγιές με βόρειο προσανατολισμό είχαν μεγαλύτερο λειτουργικό πλούτο αλλά ήταν λιγότερο ανθεκτικές.</li>

<li>Το υψόμετρο επηρέασε έμμεσα την ανθεκτικότητα μέσω της λειτουργικής ποικιλότητας.</li>
</ul>


<h2>Περιβαλλοντικοί παράγοντες πρόβλεψης</h2>


''Τοπογραφία:'' SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) με ανάλυση 90 m. Η μεταβλητότητα της όψης Βορρά-Νότου, που αντανακλά τις διαφορές στην έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία, θεωρήθηκε υποκατάστατο της μικροκλιματικής μεταβολής. 

''Μακροκλίμα:'' Η μέση ετήσια θερμοκρασία και η βροχόπτωση ελήφθησαν από κλιματικά δεδομένα PRISM, με παρεμβολή σε ανάλυση 800 m. Αυτοί οι προγνωστικοί δείκτες παρείχαν πληροφορίες για τις ευρύτερες κλιματικές επιδράσεις στα πρότυπα ανάκαμψης. 

 
<h2>Λειτουργική ποικιλότητα</h2>


Η βιοποικιλότητα χαρακτηρίστηκε μέσω δύο ομάδων χαρακτηριστικών: 

''Ανοχή στη φωτιά και χαρακτηριστικά αντίστασης:'' Τα δεδομένα σχετικά με την ικανότητα αναβλάστησης, την ανοχή στη φωτιά, την αντοχή στη φωτιά και τη συνήθεια ανάπτυξης αντλήθηκαν από τη βάση δεδομένων USDA Plants. Τα χαρακτηριστικά αυτά αντικατοπτρίζουν τις στρατηγικές των ειδών για επιβίωση και ανάκαμψη μετά από πυρκαγιές. 
''Μάζα σπόρων:'' Τα δεδομένα για τη μάζα των σπόρων, κατηγοριοποιημένα σε πέντε κλάσεις μεγέθους, αντλήθηκαν από τη βάση δεδομένων “Kew Royal Botanical Gardens Seed Information Database”. Αυτή η μέτρηση αντικατοπτρίζει τις στρατηγικές διασποράς και αναπαραγωγής, αλλά ήταν λιγότερο περιεκτική από τα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τη φωτιά. 

 

<h2>Η λειτουργική ποικιλομορφία υπολογίστηκε σε δύο διαστάσεις</h2>


''Λειτουργικός Πλούτος (FRic):'' Το εύρος των τιμών των χαρακτηριστικών που υπάρχουν σε μια κοινότητα, που αντιπροσωπεύει το εύρος των στρατηγικών. 

 
''Λειτουργική διασπορά (FDis):'' Η μέση απόσταση των γνωρισμάτων των ειδών από το κεντροειδές της κοινότητας στο χώρο των γνωρισμάτων, υποδεικνύοντας τη διαφορετικότητα και τη συμπληρωματικότητα μεταξύ των στρατηγικών. 

  
''Στατιστική ανάλυση:'' Οι σχέσεις μεταξύ της ποικιλότητας, των περιβαλλοντικών παραγόντων και της ανθεκτικότητας διερευνήθηκαν με τη χρήση της ανάλυσης μονοπατιών, μιας στατιστικής μεθόδου που αξιολογεί τόσο τις άμεσες όσο και τις έμμεσες επιδράσεις σε ένα πολυμεταβλητό πλαίσιο. Η μελέτη συνέκρινε μοντέλα που ενσωμάτωναν τον πλούτο ειδών, τη λειτουργική ποικιλότητα που σχετίζεται με τη φωτιά και τη λειτουργική ποικιλότητα της μάζας σπόρων για να προσδιοριστεί ποιοι προγνωστικοί παράγοντες εξηγούσαν καλύτερα την ανάκαμψη της παραγωγικότητας. Η προσαρμογή των μοντέλων αξιολογήθηκε με τη χρήση των κριτηρίων πληροφοριών Akaike (AIC), των δοκιμών chi-square και δεικτών όπως το μέσο τετραγωνικό σφάλμα προσέγγισης (RMSEA) και ο δείκτης καλής προσαρμογής (GFI). 

  

Με την ενσωμάτωση αυτών των μεθόδων, η μελέτη αξιολόγησε τον τρόπο με τον οποίο η βιοποικιλότητα και οι περιβαλλοντικές μεταβλητές επηρέασαν την ανάκαμψη μετά την πυρκαγιά, παρέχοντας πληροφορίες για την ανθεκτικότητα των οικοσυστημάτων σε μεγάλες χωρικές κλίμακες. 

  

<h1>Συζήτηση</h1>

  

Τα ευρήματα επιβεβαιώνουν ότι η λειτουργική ποικιλομορφία, ιδίως η λειτουργική διασπορά στα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας στη φωτιά, είναι καλύτερος προγνωστικός παράγοντας της ανθεκτικότητας του οικοσυστήματος από τον πλούτο των ειδών. Τα αποτελέσματα αυτά ευθυγραμμίζονται με τις θεωρίες ότι οι ποικίλες στρατηγικές απόκρισης εντός των οικοσυστημάτων προστατεύουν από τις διαταραχές. Ενώ η λειτουργική ποικιλομορφία της μάζας των σπόρων δεν έδειξε σημαντικές επιδράσεις, η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία των αναλύσεων συγκεκριμένων χαρακτηριστικών για την κατανόηση των αντιδράσεων των οικοσυστημάτων. 

  

Οι συγγραφείς επισημαίνουν επίσης τις πρακτικές επιπτώσεις: 
 
Οι διαχειριστές γης μπορούν να ενισχύσουν την ανθεκτικότητα των οικοσυστημάτων προωθώντας είδη με ποικίλα, συμπληρωματικά χαρακτηριστικά αντί να μεγιστοποιούν το συνολικό εύρος των χαρακτηριστικών. 

Ο συνδυασμός της τηλεπισκόπησης και των βάσεων δεδομένων χαρακτηριστικών προσφέρει ένα επεκτάσιμο πλαίσιο για μελέτες ανθεκτικότητας, αν και παραμένουν περιορισμοί όπως η χονδροειδής ανάλυση των δεδομένων. 
  

<h1>Συμπεράσματα</h1>

Η παρούσα μελέτη παρέχει κρίσιμα εμπειρικά στοιχεία που συνδέουν τη λειτουργική ποικιλομορφία με την ανθεκτικότητα των οικοσυστημάτων σε μεγάλες χωρικές κλίμακες. Υπογραμμίζει τη σημασία της χρήσης προσεγγίσεων με βάση τα χαρακτηριστικά έναντι των παραδοσιακών μετρικών πλούτου ειδών για την πρόβλεψη της ανθεκτικότητας σε διαταραχές. Η ενσωμάτωση εργαλείων μεγάλης κλίμακας, όπως η τηλεπισκόπηση, με βάσεις δεδομένων χαρακτηριστικών διευκολύνει την ανάπτυξη εφαρμόσιμων στρατηγικών διατήρησης ενόψει της παγκόσμιας αλλαγής.