Спутники с радаром способны измерить водный стресс у деревьев

Космическая радиолокационная технология может использоваться для измерения того, насколько растения и сельскохозяйственные культуры «испытывают жажду». Это может сыграть ключевую роль в улучшении нашего понимания взаимосвязи экосистем, а также циклов воды и углерода. В теории у нас есть технология для глобального мониторинга посевов и выявления областей, где необходимы корректирующие действия. В пятницу, 1 декабря, Тим ван Эммерик защитит докторскую диссертацию в Делфтском техническом университете по этой теме.

Ван Эммерик исследовал осадки, испарение и способы измерения «жажды» растений, сосредоточившись главным образом на тропических лесах из-за их важнейшей роли в циклах воды, кислорода и углерода на Земле. Он объясняет: «Если тропический лес Амазонии станет значительно суше или уменьшится в размерах из-за вырубки, это повлияет на циклы воды и углерода. Это может способствовать изменению климата на планете».

Практической проблемой в исследовании была дороговизна или потенциальная вредоносность для деревьев измерительных приборов, которые также не выдерживают экстремальных условий тропического леса. В качестве альтернативы измерения можно проводить с воздуха с помощью спутников или радаров, но проверить их точность можно, только зная, что именно происходит на земле.

Благодаря буму в индустрии смартфонов датчики стали значительно дешевле и надежнее. Ван Эммерик и его коллега Рольф Хат предложили использовать акселерометры в качестве доступной альтернативы для долгосрочных измерений движений деревьев. Связывая скорость движения дерева с другими метеорологическими и гидрологическими данными, он смог соотнести эти движения с внешними воздействиями (такими как ветер, испарение и осадки) и отделить их от физических характеристик самого дерева (таких как эластичность, масса и содержание воды). Это исследование было поэтапно проведено на томатах, кукурузных полях и в Бразилии.

Для изучения влияния водного стресса в тропических лесах акселерометры были установлены на 19 деревьях в бразильской Амазонии. Движения деревьев зависят от различных характеристик. Ван Эммерик показал, что на движение влияют масса дерева, количество воды, остающейся на лиственном пологе, и степень взаимодействия дерева с атмосферой. Данные также выявили чёткую разницу между сезонами дождей и засухи.

Предполагается, что это изменение является результатом изменения массы дерева, вызванного колебаниями содержания воды или потерей листьев из-за возрастающего водного дефицита. «Я использовал полевые данные о водном дефиците деревьев в сочетании с радарными наблюдениями, чтобы показать, что радиолокационное отражение чрезвычайно чувствительно к усилению водного стресса. Во время перехода от сезона дождей к сухому сезону было выявлено явное снижение регулярного отражения, что можно объяснить быстрым увеличением водного дефицита, измеренного в деревьях», — отмечает исследователь.

Чувствительность радиолокационного отражения к водному стрессу растительности много лет была предметом дискуссий. До сих пор для проверки теории не хватало наблюдений. «Я продемонстрировал, что водный дефицит в растительности вызывает значительные изменения содержания воды и проводимости растений, что, в свою очередь, приводит к наблюдаемым различиям в радиолокационном отражении», — заключает ван Эммерик.