24/09/2021
0На фото: Исследователь WSL Петра Д’Одорико запускает полет беспилотного летательного аппарата в лесной исследовательской зоне Пфинвальд в Вале летом 2020 года. Фото: Фредерик Баумгартен, WSL.
Все лесники и просто любители природы, могут определить состояние дерева по изменению структуры и цвета его хвои или листьев. Наука сделала сделала большой шаг вперед в диагностике состояния дерева. В новом исследовании ученых из Швейцарского федерального НИИ леса, снега и ландшафта (WSL) показали как с помощью спектральных данных, собранных дронами, стресс дерева может быть обнаружен до того, как он станет видимым для глаза.
Раннее обнаружение стресса деревьев важно для понимания возрастающего воздействия засухи на леса, а также для определения видов деревьев, которые могут хорошо справиться с засухой. Это важно, поэтому исследователи давно ищут способы измерить реакцию деревьев на изменения окружающей среды. Они полагаются на разные методы измерения реакции дерева на стресс. Например, анализ годичных колец может показать замедление роста деревьев в течение нескольких лет. Другой способ – измерить снижение фотосинтеза во время аномальной жары. Эти подходы ценны, но требуют очень много времени, потому что исследователи должны работать с каждым деревом индивидуально. Таким образом, в лесу можно наблюдать только за несколькими деревьями.
Снимки с дронов с помощью мультиспектральной камеры
Новое исследование WSL показывает, что уровень стресса каждого дерева в лесу можно определить с воздуха с помощью мультиспектральной камеры. Во время серии экспериментов ведущий автор Петра Д’Одорико и ее коллеги-исследователи провели полеты дронов над соснами в лесу Пфинвальд (Вале). Петра объясняет: «Упрощенно говоря, мы можем сказать, что солнечный свет, отраженный от крон деревьев, содержит информацию о физиологии деревьев и, следовательно, об их текущем состоянии». Эксперименты показали, что отраженный свет показывает изменения содержания в хвое фотосинтетических пигментов (хлорофилла и каротиноида). Анализируя изменения пигментов, можно сделать вывод, сколько дерево вкладывает в фотосинтез и, следовательно, в рост,
Ожидается, что засуха станет наиболее частой причиной гибели деревьев в ближайшие десятилетия. Когда доступно наименьшее количество воды, световое излучение часто бывает самым сильным. В результате листья или иголки оказываются в неуравновешенном состоянии: они поглощают больше энергии, чем нужно для фотосинтеза, поскольку устьица закрываются, чтобы предотвратить высыхание. Чтобы рассеять потенциально вредную избыточную энергию, иглы ускоряют преобразование пигментов. Эту активность можно наблюдать, собирая данные мультиспектрального изображения – метод, который делает информацию, невидимую для человеческого глаза, обнаруживаемой. «С помощью этого метода мы как будто видим невидимый стресс, накапливающийся в дереве», – объясняет Д’Одорико, – «мы можем диагностировать деревья, которые все еще кажутся здоровыми, уже страдают от стресса, вызванного засухой».
Измерения с помощью дронов проводились в течение вегетационного периода 2019 и 2020 годов в лесу Пфинвальд, где WSL осуществляет уникальный долгосрочный эксперимент. На этом участке в Вале, одной из самых засушливых внутренних альпийских долин в Европе, сосны ( Pinus sylvestris ) с 2003 года подвергались различным методам орошения. Помимо выявления стрессовых реакций на засуху, новое исследование также показало, что история деревьев и, таким образом, условия окружающей среды прошлого влияют на текущую реакцию дерева на стресс.
Дистанционные наблюдения с помощью дронов позволяют измерить намного больше деревьев за короткое время, чем с помощью классических физиологических контактных измерений с земли. Хотя на сегодняшний день этот метод пока не может быть использован для ведения лесного хозяйства, он будет незаменим в будущем в качестве дополнения к другим методам прогнозирования реакции леса на более теплые и более засушливые условия.
экспериментальном участке леса Pfynwald Pinus sylvestris в течение двух вегетационных сезонов.
Манипуляции с осадками (ирригация) включают: (1) контроль, соответствующий деревьям, находящимся в естественных засушливых условиях; (2) остановка полива, соответствующая деревьям, которые снова подверглись засухе после акклиматизации к поливу; (3)и орошение, соответствующее деревьям, освобожденным от почвенной засухи на протяжении всего эксперимента. PRI был получен на основе мультиспектральных изображений с дронов, полученных в условиях ясного неба около полудня.
Значения PRI на уровне дерева представляют собой средние значения внутри кроны
Авторы хотели бы воспользоваться возможностью, чтобы поблагодарить Burgergemeinde Leuk, местную лесную службу и компанию FMV по электроэнергии и гидроэнергетике за их плодотворное сотрудничество на протяжении многих лет. Эта работа была поддержана Швейцарским национальным научным фондом (SNSF) через схему финансирования Spark для гранта на инновационные исследования Петре Д’Одорико.
Ниже ссылка на статью:
Drone-based physiological index reveals long-term acclimation and drought stress responses in trees
