Algorytmy AI w połączeniu z systemami satelitarnej obserwacji Ziemi skutecznie wykrywają choroby roślinności torfowisk – wynika z badań przeprowadzonych przez naukowców Centrum Teledetekcji Instytutu Geodezji i Kartografii.
Autorami badań są dr Maciej Bartold i Marcin Kluczek, którzy przedstawili wyniki w piśmie Ecological Informatics. Naukowcy zajęli się satelitarnym modelowaniem fluorescencji chlorofilu roślinności wybranych torfowisk objętych Konwencją Ramsarską. Jak się okazało, przy wykorzystaniu tej metody można skutecznie zlokalizować obszary występowania rdzy traw.
Fluorescencja chlorofilu to zjawisko, w którym chlorofil – jako zielony pigment roślinny odpowiedzialny za fotosyntezę – emituje światło po zaabsorbowaniu (wchłonięciu) energii świetlnej. W tym procesie tylko część energii jest wykorzystana do fotosyntezy; część jest wypromieniowywana jako światło o innej długości fali, zwykle przesunięte w zakresie czerwieni.
opisują badacze
Zjawisko to można wykorzystać w badaniach środowiskowych, ponieważ intensywność fluorescencji może wskazywać na stan zdrowia roślin.
Zmiany w fluorescencji sygnalizują stres spowodowany przez suszę, zanieczyszczenia czy choroby, co umożliwia naukowcom ocenę wpływu różnych czynników środowiskowych na roślinność. Natomiast wykorzystanie danych satelitarnych pozwala na monitoring dużych obszarów, co jest kluczowe dla szybkiej identyfikacji i reakcji na zagrożenia dla roślin i środowiska.
wyjaśnia dr Maciej Bartold
Rozwój technologii satelitarnych otworzył nowe możliwości w monitorowaniu dużych obszarów lądowych w sposób powtarzalny i systematyczny. Jednym z systemów obserwacji Ziemi jest program Komisji Europejskiej – Copernicus, którego elementem jest konstelacja satelitów Sentinel-2 pozyskujących zobrazowania optyczne dla całego świata.
Jednym z kluczowych wskaźników fluorescencji chlorofilu, związanych ze stanem zdrowotnym roślinności, jest parametr maksymalnej fotochemicznej wydajności fotoukładu II (Fv/Fm). W celu jego dokładnego modelowania badacze wykorzystali zaawansowane algorytmy sztucznej inteligencji, w tym XGBoost. Jednakże kluczowe dla skuteczności tego podejścia było również wykorzystanie teledetekcyjnych wskaźników spektralnych opracowanych na podstawie wieloczasowych serii danych satelitarnych Sentinel-2.
tłumaczą badacze
To połączenie zaawansowanych metod uczenia maszynowego z danymi satelitarnymi pozwoliło na precyzyjne modelowanie fluorescencji chlorofilu, co ma istotne znaczenie dla monitorowania zdrowia roślin i zrozumienia zmian w ekosystemach na skalę globalną.
Przeprowadzone analizy wykazały, że kluczową rolę w modelowaniu fluorescencji chlorofilu odgrywają wskaźniki roślinne oparte na wartościach odbicia spektralnego w bardzo wąskich zakresach promieniowania niebieskiego, czerwonego, bliskiej i środkowej podczerwieni.
We wrześniu 2023 roku, po długim okresie ciepłych, słonecznych dni bez opadów i jednocześnie przy utrzymującej się dużej wilgotności na terenie torfowisk, zidentyfikowano obszary dotknięte wystąpieniem rdzy traw. Choroby grzybowe rozwijają się najbardziej intensywnie przy wysokiej wilgotności i temperaturze wynoszącej od 20 do 30 stopni Celsjusza.
zauważyli naukowcy
Jak wyjaśniają, choroby roślin często nie są łatwo wykrywane na podstawie pojedynczych wskaźników roślinnych. Jednak poprzez analizę serii czasowych i wykorzystanie różnych zakresów spektralnych, które zasilają bazę zmiennych w algorytmie uczenia maszynowego, naukowcy są w stanie precyzyjnie zlokalizować obszary występowania rdzy traw.
Wyniki badań zostały zweryfikowane obserwacjami terenowymi i pomiarami naziemnymi fluorescencji chlorofilu dedykowanym urządzeniem, tzw. fluorymetrem. Badania terenowe przeprowadzono na obszarze Biebrzańskiego Parku Narodowego w 2023 roku w ramach grantu z Funduszu Badań Własnych IGiK. Opracowany model pozwala na monitorowanie stanu roślinności torfowisk na innych obszarach mokradeł objętych Konwencją Ramsarską.
Autorzy modelu zaprezentowali wyniki swoich analiz także na międzynarodowych warsztatach zorganizowanych w siedzibie Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), które koncentrowały się na nadchodzącej misji FLuorescence EXplorer (FLEX). Celem tej misji jest satelitarne monitorowanie aktywności fotosyntetycznej oraz stanu zdrowotnego i stresu roślinności. Jest to szczególnie istotne dla lepszego poznania globalnego obiegu węgla, ale również dla efektywnego zarządzania rolnictwem.
Torfowiska są niezwykle istotne z perspektywy ochrony klimatu i bioróżnorodności – pełnią kluczową rolę w magazynowaniu ogromnych ilości węgla, gdyż absorbują dwutlenek węgla z atmosfery.
Gdy torfowiska są odpowiednio uwodnione, procesy rozkładu są powolne, co sprzyja gromadzeniu się torfu, czyli organicznej materii pochodzenia roślinnego i wiąże znaczną ilość dwutlenku węgla. Niestety, osuszanie torfowisk w ostatnich dekadach doprowadziło do przyspieszenia tych procesów, co spowodowało uwolnienie zgromadzonego węgla w postaci dwutlenku węgla, co z kolei przyczynia się do zmian klimatycznych.
podkreśla Marcin Kluczek, specjalista w Centrum Teledetekcji
Według Światowego Funduszu na rzecz Przyrody (WWF) torfowiska magazynują około 30% całkowitej ilości węgla zgromadzonego na lądzie, podczas gdy zajmują tylko około 3% powierzchni lądowej na świecie. Ponadto są cenną ostoją bioróżnorodności – według organizacji BirdLife International torfowiska są siedliskiem dla ponad 10 000 gatunków roślin, 12 000 gatunków zwierząt i 1000 gatunków porostów.
Więcej informacji w artykule „Estimating of chlorophyll fluorescence parameter Fv/Fm for plant stress detection at peatlands under Ramsar Convention with Sentinel-2 satellite imagery” (https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2024.102603).
źródło: naukawpolsce.pl
Ekologia, przyroda, środowisko – dodatkowe informacje:
agrocenoza, agroleśnictwo, atmosfera, biocenoza, biodegradacja, biofilia, biofobia, biologia, biom, bioróżnorodność, biosfera, biotop, błękitna planeta Ziemia, czwarta przyroda, drzewa, ekologia, ekoaktywizm, ekologizm, ekopolityka, ekosystem, ekozofia, eukarionty, ewolucja, fauna, fitocenoza, flora, gatunek, geosfera, habitat, hydrosfera, kalendarz ekologiczny, kalendarium wydarzeń ekologicznych, klimaks, koszenie trawników, krajobraz, las pierwotny, litosfera, łąka, mała retencja, martwe drewno, miedza, mikroorganizm, mokradło, natura, obszary siedliskowe, ochrona bierna, ochrona czynna, ochrona przyrody, ochrona środowiska, oczyszczanie ścieków, organizm, pastwisko, park ciemnego nieba, pedosfera, populacja, powłoka ziemska, prawa zwierząt, przyroda, reintrodukcja, renaturalizacja, rekultywacja, renaturyzacja, restytucja, retencja, rewilding (zdziczanie, zadziczanie), rewitalizacja, rolnictwo ekologiczne, rolnictwo ekstensywne, rolnictwo regeneratywne, sieć troficzna, siedlisko, sozoligia, stanowisko, starodrzew, struktura ekosystemu, sukcesja, środowisko: przyrodnicze (naturalne), antropogeniczne, sztuczne, zdegradowane, torfowisko, trzeci krajobraz, turystyka ekologiczna, woda, wszechświat, zadrzewienia śródpolne, zasoby naturalne, Ziemia, zoocenoza, życie
formy ochrony przyrody w Polsce:
Obszar Natura 2000, obszar chronionego krajobrazu, ochrona gatunkowa roślin zwierząt i grzybów, park krajobrazowy, park narodowy, pomnik przyrody, rezerwat przyrody, stanowiska dokumentacyjne, użytki ekologiczne, zespoły przyrodniczo–krajobrazowe
ekologiczne idee:
filozofia Leave No Trace, kodeks (dekalog) podróżnika, głęboka ekologia, Hipoteza Gai, Wildlife Selfie Code
konwencje, traktaty, konferencje, święta:
Agenda 21
Dyrektywy ws. jakości powietrza (AAQD)
Rozporządzenie UE przeciwko wylesianiu European Union Deforestation Regulation (EUDR)
Konwencją Helsińską HELCOM (Komisja Ochrony Środowiska Morskiego Bałtyku)
Konwencja Jamajska (Konwencja Narodów Zjednoczonych o Prawie Morza)
Konwencja o ochronie gatunków dzikiej flory i fauny europejskiej oraz ich siedlisk – Konwencja Berneńska
Konwencja Londyńska (Konwencja o zapobieganiu zanieczyszczeniu mórz przez zatapianie odpadów i innych substancji)
Konwencja MARPOL (Międzynarodowa Konwencja o Zapobieganiu Zanieczyszczaniu Morza Przez Statki)
Konwencją Narodów Zjednoczonych o Prawie Morza (United Nations Convention on the Law of the Sea, UNCLOS)
Konwencja o ochronie wędrownych gatunków dzikich zwierząt – Konwencja Bońska CMS
Konwencja o różnorodności biologicznej CBD
Konwencja Ramsarska
Konferencja i deklaracja Sztokholmska ONZ
Konwencja Waszyngtońska CITIES
Konwencja Wiedeńska w Sprawie Ochrony Warstwy Ozonowej
Konwencja w Sprawie Ochrony i Lista Światowego Dziedzictwa Kulturalnego i Przyrodniczego UNESCO
Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody IUCN
Nature Restoration Law
Porozumienie o ochronie populacji europejskich nietoperzy EUROBATS
Porozumienie o ochronie małych waleni Bałtyku Północno-Wschodniego Atlantyku Morza Irlandzkiego i Morza Północnego ASCOBANS
Porozumienie Paryskie
Protokół z Kioto
Protokół z Montrealu (Protokół Montrealski)
Ramowa dyrektywa wodna
Ramowa Konwencja Narodów Zjednoczonych w Sprawie Zmian Klimatu UNFCCC
Strategia Różnorodności Biologicznej w UE do 2030
Szczyt Ziemi 1992 (Earth Summit 1992)
Szczyt Ziemi 2002 (The World Summit on Sustainable Development)
Światowy Dzień Środowiska
Traktat o przestrzeni kosmicznej (Outer Space Treaty)
Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.
Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)
Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.
Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl
Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie
