Naukowcy wykorzystali algorytmy uczenia maszynowego do analizy zdjęć satelitarnych, aby sprawnie i skutecznie wykrywać pola nawłoci. Może to pomóc w zwalczaniu inwazji tej rośliny – poinformowała serwis Nauka w Polsce kierująca zespołem badawczym dr Magdalena Lenda z IOP PAN w Krakowie.
Latem co roku spora część krajobrazu w Polsce przybiera żółty kolor. Zakwita nawłoć kanadyjska oraz późna – dwa inwazyjne gatunki oraz ich mieszańce, które – rywalizując z rodzimymi gatunkami roślin – sprawiają, że tych ostatnich jest coraz mniej (o naukowych rezultatach badań można przeczytać tu i tu
Badania nawłociowej monokultury
„Jako botanik od dziecka przejmuję się tym, że powoli nawet rodzime pospolite rośliny stają się stosunkowo rzadkie, ponieważ nawłoć bardzo szybko, w ciągu 2-5 lat, tworzy niemal monokultury w miejscach, w których się pojawi” – mówi dr Magdalena Lenda z Instytutu Ochrony Przyrody PAN w Krakowie, która poinformowała serwis Nauka w Polsce o nowych badaniach dotyczących inwazyjnego gatunku.
Jak dodała, w tych nawłociowych monokulturach można znaleźć jedynie od kilku do kilkunastu – zamiast kilkudziesięciu – rodzimych gatunków roślin. Dr Lenda zauważa, że prowadząc badania terenowe, biolodzy często chodzą po rozległym obszarze, szukając i notując występowanie charakterystycznych zjawisk czy ważnych gatunków. Takie badania są czasochłonne. Dziennie średnio można pieszo przemierzyć około 30 km, teren bywa trudno dostępny, a mimo odzieży ochronnej i repelentów istnieje ryzyko poparzeń słonecznych i chorób odkleszczowych. Dlatego wszelkie ułatwienia pracy są krytyczne dla optymalizacji kosztów i oszczędności czasu.
Projekt Sonata i zdjęcia z kosmosu
Badaczka zwraca uwagę, że inwazyjne nawłocie bardzo szybko tworzą monokultury: płaty siedlisk łatwo wyróżnialne w terenie. „Monitoring ich występowania jest istotny, gdyż umożliwia podjęcie ewentualnych akcji usuwania ich z siedlisk” – podkreśla.
Dlatego pojawił się pomysł, by w ramach projektu Sonata („Usługi ekosystemowe, inwazyjne gatunki obce i agronomia. Czy możemy opuszczać grunty rolne dla ochrony rodzimej różnorodności biologicznej i usług ekosystemowych, jeśli ryzyko inwazji jest wysokie?”), finansowanego przez NCN, zwrócić się ku najnowocześniejszej technologii i sprawdzić, czy da wykrywać się inwazyjne nawłocie z kosmosu, ze zdjęć satelitarnych.
„Wykorzystanie tych metod umożliwia zgromadzenie ogromnej ilości danych w porównaniu do klasycznych badań terenowych” – podkreśla biolożka z IOP PAN, która kieruje grantem Sonata NCN.
W badaniach udział biorą również dr hab. Piotr Skórka, Karolina Chuda i prof. Johannes Knops. Zespół podjął się tego zadania we współpracy ze specjalistą od Google Earth Engine – Łukaszem Tracewskim oraz – w zakresie teledetekcji i uczenia maszynowego – dr. Łukaszem Mikołajczykiem i dr. Radosławem Malinowskim.
Uczenie algorytmów przez naukowców
Dr Lenda tłumaczy, że Google Earth Engine jest platformą programistyczną opracowaną przez Google, umożliwiającą przetwarzanie ogromnych zasobów zdjęć satelitarnych na serwerach Google. „Powyższe innowacyjne rozwiązanie uwolniło nas, biologów, oraz nasze komputery, od tygodni spędzanych na przetwarzaniu danych” – podkreśliła.
To nie koniec nowinek technologicznych, które usprawniają pracę biologów w zespole M. Lendy. Łukasz Tracewski i dr Łukasz Mikołajczyk, wykorzystując uczenie maszynowe (metody będące podwalinami AI), automatyzują wyszukiwanie nawłoci. „Uczymy algorytmy poprawnego klasyfikowania i rozpoznawania obszarów z nawłocią, oglądanych z kosmosu, na podstawie zdjęć satelitarnych. W ten sposób możliwe jest wyznaczenie, z dużym prawdopodobieństwem, gdzie jest nawłoć, na ogromnym obszarze i w krótkim czasie” – informują naukowcy.
Gotowy model może przeskanować Małopolskę w 10 minut! Biolożka z IOP PAN poinformowała, że obecnie opracowane są algorytmy działające dla Małopolski, ale już jesienią powinny się zakończyć prace dla terenu całej Polski.
Czas i precyzja w walce z agresją
„Jak to robimy? Notowaliśmy w terenie miejsca, gdzie rośnie nawłoć, i gdzie jej nie ma. Są to ważne dane, używane przez nas do trenowania modeli (algorytmów), mających automatycznie wykrywać skupiska tych roślin. Z danych przestrzennych utworzyliśmy mapę. Każda zanotowana przez nas powierzchnia ma indywidualne koordynaty i opis w postaci tabeli atrybutów. Potem sprawdzaliśmy, czy na zdjęciach satelitarnych w tych miejscach daje się wykryć charakterystyczne, powtarzalne cechy, unikatowe dla inwazji nawłoci. Po znalezieniu wyróżnialnych cech trenowaliśmy algorytmy. Obecnie nasza precyzja i trafność wyszukiwania wynosi ponad 90 proc., a pracujemy nad ich zwiększeniem” – relacjonuje dr Lenda.
Dr Lenda: Nawłoć jest już w parkach narodowych
„Inwazja nawłoci jest już ’prawie wszędzie’. Nasza wizualizacja na podstawie zdjęć z satelity szokuje – pokazując, jak dużo obszarów jest nią dotkniętych. Co więcej, podczas badań w terenie wykryliśmy nawłoć w wysokich zagęszczeniach nawet w Ojcowskim Parku Narodowym oraz Kampinoskim Parku Narodowym. Pojawia się pytanie – po co to badamy? Wielu specjalistów uważa, że jeśli nawłoć jest tak rozpowszechniona, poświęcanie jej tyle uwagi oraz dążenie do zwalczania jest skazane na porażkę. Jednak z naszych wieloletnich, prowadzonych od 2007 roku badań wynika, że inwazja nawłoci jest powstrzymywana przez rolnictwo” – zwraca uwagę dr Lenda.
Takie monitorowanie zajętych przez nawłoć pól pozwala priorytetyzować akcje usuwania tej rośliny. Na przykład nawłoć we wspomnianym Ojcowskim Parku Narodowym można łatwo usunąć poprzez regularne koszenie i wypas zwierząt, zwiększając jednocześnie wartości przyrodnicze muraw, na które nawłoć wkracza – zauważa biolożka.
Rolnictwo powstrzymuje nawłoć
Jak dodaje, nawłoć występuje głównie na opuszczonych polach i innych nieużytkach w krajobrazie rolniczym. Gospodarowanie rolnicze (koszenie, wypasanie zwierząt, prace polowe typu orka) niszczy jej siewki i nie pozwala licznie wyrosnąć. Ważne jest – zwraca uwagę badaczka – żeby nie pozostawiać samych sobie terenów rolniczych, na których znajdują się źródła nasion nawłoci, bo jako pierwsza skolonizuje ona takie tereny.
W naszej części Europy przyroda od stuleci ewoluuje razem z gospodarką rolną. Wiele gatunków roślin i zwierząt wręcz zależy od zrównoważonego rolnictwa. Chodzi na przykład o storczyki, krokusy, mieczyki dachówkowate, szachownice królewskie. Zaniechanie wypasu lub koszenia łąk oznacza ich zarastanie, a więc utratę siedlisk dla wspomnianych roślin. Natomiast dla społeczeństwa oznacza to utratę cennych gatunków. Występowanie ptaków – takich jak na przykład derkacz, dzierlatka, skowronek czy nawet jaskółka – również zależy od stosowania praktyk rolniczych – przypomina biolożka.
Walka z nawłocią nie jest skazana na przegraną
Badania jej zespołu w oparciu o dane satelitarne pokazują, że inwazyjnej nawłoci jest bardzo dużo. „Na pewno nie ma możliwości całkowitego pozbycia się jej z krajobrazu. Niemniej można nawłoci pozbywać się lokalnie, choćby z terenów cennych przyrodniczo, np. Natury 2000 czy parków narodowych. Według nas brak działań spowoduje dalsze rozprzestrzenianie się inwazji i utratę kolejnych cennych siedlisk i gatunków roślin. Wyniki naszych badań z terenu pozwalają na optymizm, ponieważ walka z inwazją nawłoci nie jest skazana na przegraną, a kluczem do sukcesu jest utrzymanie ekstensywnego (mało intensywnego) rolnictwa oraz priorytetyzacja działań ochronnych” – podsumowuje kierowniczka grantu NCN.
Przeczytaj też: https://raportcsr.pl/agresywna-nawloc-kanadyjska-niszczy-polska-przyrode/
Źródło: naukawpolsce.pl
