Biologové s využitím satelitních snímků identifikovali lesy zasažené dřevními škůdci s 90% přesností.
Vědci našli způsob, jak sledovat šíření můry cikánské, nebezpečného škůdce listnatých stromů, pomocí satelitních snímků. Při napadení tímto hmyzem stromy ztrácejí listy, takže autoři byli schopni na základě vzhledu korun vypočítat vegetační index, což je parametr, který s 90% přesností ukazuje, zda je v lese poškození a jak je rozsáhlé. Navrhovaná metoda zjednoduší a urychlí vyhledávání postižených lesů a pomůže včas přijmout opatření k ochraně zdravých stromů. Výsledky výzkumu, podpořeného granty Ruské vědecké nadace (RSF), byly publikovány v časopisech Ekologie a management lesa и Lesy.
podíl
Úbytek listí v lesích. Zdroj: Akhanaev Yu.B.
Umístění výzkumu. Zdroj: Vjačeslav Martemjanov.
Úbytek listí v lesích. Zdroj: Akhanaev Yu.B.
Umístění výzkumu. Zdroj: Vjačeslav Martemjanov.
Hmyzí škůdci představují vážnou hrozbu pro lesy mírného pásma severní polokoule, včetně těch v Rusku. Podle údajů z let 2021–2022 byly napadením hmyzem postiženy statisíce hektarů lesa. Jedním z nejčastějších lesních škůdců na severní polokouli je můra cinkařská (Lymantria dispar L.). Housenky tohoto druhu se živí listy téměř všech listnatých stromů. Významná část poškozených stromů se obnovuje, což můru cinkařskou „příznivě“ odlišuje od můry hedvábné sibiřské, nejškodlivějšího druhu v naší zemi. Nicméně rozvoj ohnisek můry cinkařské vede k nepřímým negativním dopadům: vysušuje spodní vrstvu lesa v důsledku značné propustnosti slunečního světla, zvyšuje nebezpečí požáru a při dlouhodobém suchu může vést k vysychání části porostu. Hromadný let motýlů může také vést ke zvýšení alergických reakcí v důsledku chmýří a šupin hmyzu, které se nacházejí ve vzduchu. Proto je pro zachování lesů nutné předpovídat počet můr nevěsty a včas identifikovat ohniska jejich šíření. Vědci ze Sukačevova lesnického ústavu Sibiřské pobočky Ruské akademie věd (Krasnojarsk) a kolegové z Ústavu systematiky a ekologie zvířat Sibiřské pobočky Ruské akademie věd (Novosibirsk) navrhli identifikovat hnízdiště můry nevěsty pomocí satelitních pozorování. V posledních desetiletích se satelitní data široce využívají ke sledování stavu lesů, například k identifikaci požárů, ale i míst, kde stromy hromadně ztrácejí listí v netypickém ročním období. Dříve však konvenční satelitní pozorování neumožňovala určit přesný důvod, proč stromy ztrácejí listí – kvůli hmyzu nebo z jiných důvodů (sucho, nedostatek živin, poškození kořenů atd.). Autoři proto museli tento přístup upravit k identifikaci lesních škůdců. Biologové studovali březové lesy v západní Sibiři, které jsou můrou nevěstou „napadané“. Housenky tohoto hmyzu žijí několik měsíců (od května do konce června) a způsobují, že stromy v oblastech s vysokou hustotou obyvatelstva ztrácejí až 80–100 % listí. Poté, co se housenky promění v motýly, však stromy, které nezemřely na ztrátu listí, obnovují své koruny. Autoři navrhli použít toto dočasné „vadnutí“ a následnou poměrně rychlou obnovu lesa jako diagnostický znak indikující přítomnost můry cikánské, protože taková dynamika stavu korun se výrazně liší od dynamiky pod vlivem jiných faktorů (podmáčení, požáry, útoky jiných druhů masových škůdců, jejichž biologická vývojová období se liší od období můry cikánské). To znamená, že pokud vědci na satelitních snímcích koncem jara a začátkem léta vidí prudkou změnu vzhledu korun stromů, budou schopni určit, že v lese začalo ohnisko škod způsobených můrou cikánskou.
Cikánská můra Lymantria dispar L. Zdroj: Belousová I.A.
Během terénního výzkumu prováděného v roce 2021 vědci nalezli 9 modelových oblastí zdravého březového lesa a 9 oblastí zasažených můrou cikánskou, jejichž výběr byl proveden na ploše přes 70 tisíc kilometrů čtverečních. Autoři porovnali, jak se vzhled těchto oblastí mění během jarní a letní sezóny na snímcích ze satelitu Sentinel-2. Na základě vizuálních změn autoři vypočítali dynamiku tzv. vegetačního indexu – parametru odrážejícího stav listí, produktivitu a pohodu rostlinného ekosystému. Tento index se vypočítává na základě spektrálních charakteristik korun stromů, tj. jak odrážejí světlo. Zdravé zelené koruny, zažloutlé listy a suché stromy tak na snímcích vypadají odlišně, což umožňuje numericky posoudit stav vegetace na základě rozdílu v jejich vzhledu. Ukázalo se, že vegetační index lesů poškozených škůdcem klesá koncem května a začátkem června přibližně o 25–50 %, což je přesně doba, kdy jsou housenky můry cikánské nejaktivnější. U zdravých lesů se to nepozoruje. Škody způsobené škůdci lze vypočítat na základě toho, o kolik klesl index v postižených lesích. Výzkumníci porovnali data získaná tímto přístupem s odhady z pozemních pozorování zdraví stromů a zjistili, že přesnost vzdálené metody byla 90 %, což bylo o 10 % přesnější než pracné pozemní monitorování. Autoři poté ve spolupráci se specialisty z Tokijské zemědělské a technologické univerzity (Japonsko) našli způsob, jak navrhovanou metodu monitorování dále zjednodušit a zrychlit. Za tímto účelem se biologové rozhodli porovnávat vegetační index postižené lesní plochy nikoli s kontrolními „zdravými“ oblastmi, které bylo nutné během pozemních expedic vyhledávat, ale s průměrnou hodnotou indexu vypočítanou pro celkovou lesní plochu, včetně zdravých i potenciálně poškozených oblastí. Takové „průměrování“ pomůže vyhnout se pracným pozemním pozorováním, která byla dříve vyžadována k nalezení absolutně zdravých lesních ploch, a to prakticky bez ztráty přesnosti hodnocení. Autoři použili novou techniku ke studiu lesů Altajské republiky. To umožnilo identifikovat oblasti, které byly na snímcích z let 2017–2021 středně a silně poškozeny můrou cikánskou. Podle analýzy způsobil škůdce největší škody v místních lesích v roce 2018, kdy v letní sezóně zcela ztratilo listy asi 10 % stromů. Tento výpočet je v souladu s oficiálními údaji, které jsou v práci také prezentovány díky pomoci zaměstnanců Centra ochrany lesů Altajského kraje.
„Navrhovaný přístup umožní expresní sledování poškození lesů můrou cikánskou bez pozemního monitorování. Jedná se však pouze o první fázi vývoje tzv. „chytré ochrany proti škůdcům“. Další fází je využití satelitních dat nejen k určení faktu poškození, ale i k jeho predikci. To vyžaduje matematické modely, které budou jako vstupní informace využívat satelitní záznamy. Použitelnost tohoto přístupu již byla otestována kolegy z Lesnického ústavu k predikci ohnisek hedvábného můry sibiřské. Poslední fázi tohoto inovativního přístupu vidíme ve vývoji opatření k omezení počtu škůdců pomocí biologických látek, jejichž zavedení bude nutné na výrazně menších plochách. „Takovým agens by mohl být virus, který jsme nedávno vyvinuli a který vykazuje vynikající regulační vlastnosti nejen při použití u současné generace škůdců, ale i u těch následujících,“ říká vedoucí interdisciplinárního projektu podpořeného grantem Ruské vědecké nadace, Vjačeslav Martemjanov, PhD biologie, vedoucí laboratoře ekologické fyziologie v Ústavu systematiky a ekologie zvířat Sibiřské pobočky Ruské akademie věd.“
Pokud byste chtěli být předmětem publikace a mluvit o svém výzkumu, vyplňte prosím форму na webu RSF