Леса играют незаменимую роль в поддержании жизни на планете, однако их изучение всегда было сложной задачей. Традиционные методы оценки биомассы, такие как ручные замеры деревьев, трудоемки и неэффективны на больших или труднодоступных территориях. Это долгое время мешало точному мониторингу лесных ресурсов и их вклада в глобальный углеродный цикл.
Прорыв в этой области совершили исследователи из Киотского университета, применив беспилотные летательные аппараты (БПЛА), оснащенные технологией лидар. Лидар представляет собой систему, которая с помощью лазерных импульсов создает высокоточную трехмерную карту лесного массива, детально отражая структуру крон и отдельных деревьев. Этот подход позволяет собирать данные с невиданной ранее скоростью и разрешением.
В рамках масштабного исследования японские ученые обследовали 23 лесных участка, расположенных в разных климатических зонах страны — от холодных субарктических лесов Хоккайдо до субтропических насаждений Окинавы. Были собраны данные о 4326 деревьях, представляющих 149 различных видов. Интеграция воздушных измерений с наземными наблюдениями позволила разработать усовершенствованные, видоспецифичные формулы для оценки биомассы на основе параметров кроны, видимых с дрона.
Результаты исследования показали высокую точность нового метода. Модели, учитывающие такие характеристики, как высота дерева и площадь кроны, смогли объяснить 72% наблюдаемых различий в биомассе. При учете функциональных типов деревьев — хвойных, лиственных и вечнозеленых — точность возрастала до 79%. А детализация на уровне отдельных видов позволила объяснить уже 83% вариативности биомассы. Это доказывает важность учета видового разнообразия для получения надежных данных.
Одно из ключевых открытий заключается в том, что деревья верхнего яруса, которые в основном и сканирует лидар, составляют в среднем около 75% от общей биомассы леса. Этот вывод подтверждает, что данные, полученные с помощью дронов, могут служить надежной основой для оценки состояния всего лесного массива, если их дополнить моделями для оценки подлеска.
Практическое значение этой работы выходит далеко за рамки науки. Разработанный метод предлагает масштабируемый и воспроизводимый подход к инвентаризации лесных ресурсов. Это крайне важно для точного расчета углеродных кредитов в рамках новых экологических политик и программ. Кроме того, точная оценка биомассы дает косвенное представление о здоровье экосистемы и ее биоразнообразии, что помогает разрабатывать более эффективные стратегии сохранения лесов в условиях изменения климата.
Инновационная методология Киотского университета демонстрирует потенциал слияния технологий дистанционного зондирования и полевых экологических исследований. Этот подход знаменует переход к «точному лесоводству», где технологические инновации усиливают экологические знания и способствуют более ответственному управлению лесами. Доступность и эффективность метода открывают перспективы для его применения в глобальном мониторинге лесов, особенно в регионах со сложным рельефом и богатым видовым составом.