Powstał komputerowy model do precyzyjnej identyfikacji cennych lasów

Autorami badań byli naukowcy ze Szwedzkiego Uniwersytetu Nauk Rolniczych (SLU), z Mid Sweden University oraz z Inland Norway University of Applied Sciences w norweskim Koppang, a także z Instytutu Biologii Ssaków PAN w Białowieży. Prace nad modelem i możliwe zastosowania opisali w najnowszym “Communications Earth & Environment” w artykule pt. “The conservation value of forests can be predicted at the scale of 1 hectare”.

Komputerowy model identyfikacji lasów

Szwecja to jeden z najbardziej lesistych krajów Europy, a zarazem – z lasami bardzo intensywnie użytkowanymi. Ponieważ leśnictwo i przemysł drzewny to ważna część gospodarki – szwedzkie władze, służby i badacze na temat lasów gromadzą od lat mnóstwo danych – z ziemi, samolotów i satelitów. Jak zauważa jeden z autorów publikacji, prof. Grzegorz Mikusiński z SLU, systematyczne dane zbierane są ponad 100 lat, a od 2023 – w ramach Swedish National Forest Inventory.

I właśnie po raz kolejny zrobiono z tego zasobu użytek: naukowcy opracowali właśnie komputerowy model, który pozwala precyzyjnie zidentyfikować obszary leśne o największej wartości ekologicznej.

– Naszym celem było stworzenie narzędzia, które pozwoli automatycznie skanować krajobrazy leśne – w dużej skali, z wysoką rozdzielczością przestrzenną i z wysoką dokładnością tematyczną. Wykorzystując to narzędzie, chcemy znaleźć drzewostany, przestrzenie czy krajobrazy leśne o najwyższej wartości przyrodniczej (tzw. High Conservation Value). Wyróżnikami tego typu lasów są m.in. trwałość w czasie, złożona struktura, obecność martwego drewna czy stosunkowo niewielki wpływ człowieka – tłumaczy w rozmowie z serwisem Nauka w Polsce jeden z autorów analiz, dr Jakub Bubnicki z Instytutu Biologii Ssaków PAN w Białowieży.

Wartość przyrodnicza lasów

Zadanie jest proste tylko pozornie – zastrzega dr Bubnicki. Dlaczego? Bo o wartości przyrodniczej lasów decyduje cała masa zmiennych: począwszy od struktury drzewostanu, przez historyczny wpływ człowieka na drzewostany (m.in. gospodarkę leśną), topografię, strukturę okolicznego krajobrazu, skład gatunkowy zwierząt i roślin. To skomplikowana kwestia, którą niełatwo ująć w prostym równaniu czy modelu, który doprowadzi badaczy do stwierdzenia: “właśnie tego szukaliśmy”.

Aby ułatwić wyszukiwanie cennych obszarów leśnych, naukowcy opracowali specjalny model komputerowy, który potrafi identyfikować dużą wartość ekologiczną obszarów leśnych. Umiejętność tę model zyskał dzięki “treningowi” na dobrze znanych danych dotyczących Szwecji, tj. “zmapowanych” i zweryfikowanych w terenie lasów o wysokiej wartości przyrodniczej. – Wykorzystaliśmy też szereg otwartych danych, opisujących strukturę drzewostanów i krajobrazu, dostępnych w skali całej Szwecji – opowiada badacz z IBS PAN. To m.in. dane ze skanowania lotniczego tamtejszych lasów nt. struktury drzewostanu i jego wysokości, szczegółowe mapy pokrycia terenu czy globalne zbiory danych Forest Cover Change, pokazujące dynamikę utraty drzewostanów po 2000 r.

Swój model naukowcy wielokrotnie sprawdzili, porównując wyniki jego pracy z danymi z całkiem innych źródeł, np. dostarczonymi przez największego właściciela lasów w Szwecji Sveaskog, danymi z krajowego monitoringu lasów, a w końcu – ocenie ekspertów z przedstawicielami szwedzkich regionów, przedsiębiorstw leśnych, innych badaczy czy szwedzkiej Państwowej Agencji Ochrony Środowiska.

Ocena stopnia naturalności

Model nie tylko identyfikuje cenne lasy, a też określa ich stopień naturalności. – Naszym celem było nie tylko stwierdzenie, czy w danym miejscu takie lasy występują, czy nie – ale też ocena stopnia ich naturalności w skali ciągłej, np. od 0 do 100. Wykorzystując wyniki naszego modelu można powiedzieć, w szerszej perspektywie, na ile dany krajobraz leśny jest naturalny, a na ile przekształcony przez np. gospodarkę leśną – tłumaczy dr Bubnicki. – Planując działania ochronne nie chodzi o to, żeby wybrać przypadkowe obszary, które nie mają ze sobą łączności, mają za małą powierzchnię i nie spełniają swojej roli ekologicznej, ale łącznie dadzą te wymagane 10 czy 30 procent. Trzeba też uwzględnić łączność ekologiczną między tymi obszarami w większych skalach przestrzennych – dodaje.

Model i mapa zostały opublikowane i są dostępne w formie cyfrowej w internecie, więc można je wykorzystać do dalszych badań albo do identyfikacji cennych przyrodniczo lasów, wymagających pilnej ochrony. – Przydadzą się też do planowania odtwarzania zdegradowanych ekosystemów. Wyobraźmy sobie, że mamy dwa obszary objęte ochroną a wokół nich – zdegradowane lasy, ale różniące się stopniem degradacji. Dzięki naszym wynikom możemy wskazać te najmniej zdegradowane – i te, które w kombinacji z już chronionymi lasami cennymi najlepiej stworzą pewną funkcjonalną sieć ekologiczną – mówi Jakub Bubnicki.

Specyfika szwedzkich lasów

Autorzy analiz zwracają uwagę na szwedzki kontekst badań. – Chodzi o kraj, w którym gospodarka leśna jest prowadzona z ogromną intensywnością nawet w skali świata – zauważa dr Bubnicki. – Większość powierzchni Szwecji zajmuje las. Ale większość drzewostanów, poza obszarami górskimi czy parkami narodowymi, jest w dużej mierze ogromnie przekształcona. Mamy więc bardzo silnie przekształcone lasy z bardzo cennymi wyspami – dopowiada.

Profesor Mikusiński dodaje, że ogrom przestrzeni leśnych Szwecji oraz ich dynamika stwarza sytuację, w której bardzo trudno i niezwykle kosztownie byłoby sprawdzać na bieżąco w terenie wartość przyrodniczą każdego skrawka lasu. – Dlatego nasz model cieszy się tak dużym zainteresowaniem różnych instytucji i organizacji – zauważa.

Czy model trenowany na szwedzkich danych można wykorzystać do ochrony lasów w innych częściach Europy albo świata? Doktor Bubnicki mówi, że metodyka jest uniwersalna, ale sam model trzeba przetrenować z wykorzystaniem danych z innych regionów, których ma dotyczyć.

Choć już wcześniej prowadzono podobne analizy i identyfikację najbardziej cennych przyrodniczo lasów w skali globalnej – użyte do tego modele “trenowano” na danych z różnych miejsc świata. A lasy w różnych miejscach świata są bardzo różne. Korzystanie z takich modeli daje więc co prawda efektowne mapy, ale nie sprawdza się podczas oceny lokalnej i nie ma przełożenia na działania prowadzone na dość małą skalę województw czy regionów – zauważa naukowiec z IBS PAN.

Analiza dla Polski

Co by się musiało stać, żeby i w Polsce używać podobnego modelu komputerowego? Jakub Bubnicki podkreśla, że model wymaga szkolenia na dobrych danych opisujących krajobraz i drzewostany – a Polska takie posiada.

– Pewnym wyzwaniem byłoby skompilowanie bazy danych treningowych dla tego modelu. To absolutnie możliwe, choć wymaga stworzenia zespołu ekspertów: specjalistów od ekologii lasu, bioróżnorodności, machine learningu czy leśników. Jeśli chodzi o aspekt technologiczny – nie ma ograniczeń, żeby wykonać taką analizę dla Polski – mówi.

Nowe analizy mogą być przydatne do planowania przestrzennego i ochrony najcenniejszych fragmenty lasów, a także – dla planów odtworzenia wartości przyrodniczej lasów już zdegradowanych. Ma to znaczenie w kontekście założeń Unijnej Strategii Bioróżnorodności, zgodnie z którą do 2030 r. objęto ochroną co najmniej 30 proc. unijnych terenów lądowych i morskich w każdym kraju, w tym 10 procent – ochroną ścisłą.

Nauka w Polsce