Af Kurt Menke
For Superior Bio-Conservancy, en non-profit organisation med base i Wisconsin, har vi modelleret biodiversitetsforbindelser på tværs af en region, der omfatter den amerikanske side af de vestlige Great Lakes. Det langsigtede mål er jordbeskyttelse og første skridt en bevaringsplan for beskyttelse af kritiske forbindelser og biodiversitet i regionen.
Regionen
Undersøgelsesområdet er stort og dækker 263.000 km2, dvs. 6 gange Danmark. Det omfatter dele af staterne Minnesota, Wisconsin og Michigan. Regionen er også kendt som Laurentian Mixed Forest Province eller North Woods. Det er en overgangszone mellem de nordlige boreale skove i Canada, som overvejende består af nåletræer, og de østlige løvskove i USA, som overvejende består af løvtræer. Det fremherskende jorddække er skov. Området har mange floder og søer samt moser og vådområder med nåletræer. Uden for de større byer er befolkningstætheden ret lav. Lake Superior er stor og dyb og indeholder 10 % af verdens ferskvand. Området har et rigt dyreliv, herunder ulve, canadiske losser, elge, hjorte, sortbjørne, bævere og mange fuglearter. Truslerne mod økosystemet omfatter fragmentering af levesteder, ændringer i arealanvendelsen, nye forudsætninger for naturbrande, skovhugst og klimaforandringer.
Tilgang til modellering
Med en så stor og kompliceret region blev der tænkt meget over modelleringsmetoderne. En vigtig overvejelse var, at vi ikke havde et traditionelt mål om at modellere sammenhænge mellem habitatblok A og B for en bestemt art. Sådanne artsspecifikke forbindelser er kendt som funktionelle forbindelser. I stedet var vores mål at modellere strukturel landskabsgennemtrængelighed med vægt på ripariske korridorer (langs floderne) og biodiversitet. Dette skulle gøres kontinuerligt på tværs af landskabet. Derfor ville en standardtilgang med least-cost path eller least-cost korridor ikke være egnet.
Vi anvendte open source-softwaren Omniscape.jl, som er designet til at modellere omnidirektionel konnektivitet for en hel region. Omniscape har en tilgang til modellering af konnektivitet med elkredsløbsteoretiske metoder, og bruger kilder, destinationer og intensitet af dyrebevægelser - eller “økologisk flow” - (modelleret som elektrisk strøm) i et kontinuerligt, rumligt datasæt. Vores use case involverede ét input: et modstandsraster. Modstandsrasteret definerer rejseomkostningerne for hver pixel i landskabet.
Modstandsrasteren
Da analysen er fokuseret på vandløbskorridorer og biodiversitet, er undersøgelsesområdet baseret på vandløbsgrænser hentet fra USGS National Hydrography Dataset (NHD). Datasæt om land cover bruges ofte til at parametrisere resistens til modellering af konnektivitet, og det passede godt til vores undersøgelsesområde. Vi brugte 2021 US National Land Cover Database, som har en opløsning på 30 m. Vi udvidede den ved at inkorporere beskyttede parceller og vandløbskorridorer. Disse blev tildelt den laveste resistance-værdi. Beskyttede parceller blev hentet fra Protected Areas Database-US. Floder blev hentet fra NHD og fik en buffer på 300 meter for at repræsentere vandløbskorridorer. Store motorveje er barrierer for mange arter. For at repræsentere dem i modstands-fladen skabte vi et lag med de største motorveje. Vi var i stand til at identificere og fjerne broer over floder, som derefter blev slettet. Resultatet var et lag med lineære barrierer, som blev indarbejdet i modstandsfladen med de højeste værdier.
Modellen
Omniscape fungerer via et bevægeligt vindue, og det giver dig mulighed for at vælge en radius i pixels. Vi fandt ud af, at en radius på 8 km gav modellen plads nok til at finde strukturelle forbindelser mellem offentlige arealer, men samtidig var den lille nok til at give acceptable modelkørselstider. Større radier resulterede i modelkørselstider målt i uger i stedet for dage. Det vigtigste output er ”cumulative current flow”, som er en raster, der repræsenterer det samlede flow gennem landskabet.
Resultater
Denne tilgang modellerer miljøets økologiske kompleksitet meget bedre end en traditionel analyse af least-cost path. Nogle forbindelser er faktisk ret smalle og ligner korridorer. Imidlertid, resultatet er også, at forbindelser findes i mange forskellige bredder, og at der ofte er flere forskellige forbindelser, som fletter sig ind i hinanden mellem to beskyttede områder.
På kortet repræsenterer rød mest modstand og grøn mest ledningsevne (forbindelser). Resultatet viser intuitivt netværket af forgrenede grønne forbindelser, især når der zoomes ind på et lille område.
Det er vigtigt, at resultaterne er kvalitative og identificerer nogle områder som kritiske knudepunkter, især hvor en flod løber under en motorvej. Det cumulative current flow blev omklassificeret, baseret på standardafvigelsen fra gennemsnittet for at identificere kanaliserede knudepunkter, områder med høj konnektivitet og områder med middel konnektivitet. Disse resultater blev derefter vektoriseret. Der er områder, der er identificeret som store pletter med homogen høj konnektivitet. Disse repræsenterer meget intakte landskaber med stor biodiversitet, hvor der generelt er høj konnektivitet. Vi udtrak disse regioner og kaldte dem Core reserves.
Data er blevet aggregeret til mindre vandløbsoplande, hvilket vil gøre det muligt for teamet at begynde at prioritere enkelte oplande til yderligere undersøgelser og bevaringsplanlægning. Vi håber at kunne engagere såkaldte citizen scientists til yderligere forskning i de prioriterede vandområder. Til sidst håber vi at inkorporere potentielle kulstofdata fra Planet Labs for at fremme målet om at sælge kulstofkompensationskreditter for at hjælpe med at beskytte private parceller.
Vi har lagt resultaterne online via Septima Widget, så alle kan udforske dem. Der er en relateret analyse med fokus på potentielle bæverbestande efter vandskel. Bævere er som økosystemingeniører en af de vigtigste nøglearter, der understøtter biodiversitet. Bævere ændrer flodernes hydrologi og skaber vådområder til gavn for alle arter. Derudover forbedrer de vandkvaliteten og stabiliserer vandskel. Du kan udforske resultaterne af begge analyser her: