发布时间：2024-09-23 10:01:09 栏目：生活
在地下水位与地表交汇的地方，即使在最干旱的地方，生命也能茁壮成长。浅层地下水含水层在干旱时期提供庇护，就像水储蓄账户一样，即使降水量减少，也能为生态系统提供生存所需的水分。随着气候变化和人类用水迅速耗尽世界各地的地下水位，科学家和政策制定者需要更好的数据来了解这些依赖地下水的生态系统的所在地。
现在，一项新的研究绘制了全球干旱地区的生态系统图，研究了它们的保护状况，并探讨了它们与人类社区的重叠方式。
这项研究发表在《自然》杂志上，标志着首次在全球范围内绘制了依赖地下水的生态系统地图。这项全球努力汇集了来自七个国家的大学、非营利组织和机构的研究人员，其中包括加州大学圣巴巴拉分校。他们的研究结果表明，53% 的生态系统位于已知地下水枯竭的地区，而只有 21% 的生态系统位于受保护的土地或有保护政策的地区。
“总的来说，我们利用新的卫星方法绘制并监测河岸森林的恢复力，开展了许多影响深远的研究，”论文合著者、加州大学圣塔芭芭拉分校地理学教授凯利·凯勒 (Kelly Caylor)表示。“这篇论文可能是这顶王冠上的明珠，许多人都参与了挖掘。”
“到目前为止，这些生态系统的位置基本上还是未知的，这阻碍了我们追踪影响、制定保护政策和实施保护项目来保护它们的能力，”该研究的主要作者、生态水文学家和环境顾问梅丽莎·罗德 (Melissa Rohde) 说。
罗德指出，依赖地下水的生态系统千差万别，从沙漠泉水到山地草甸和溪流，再到沿海湿地和森林。这些生态系统往往是全球生物多样性的热点地区，正受到气候变化和人类开发的日益威胁。当罗德在大自然保护协会全球办事处的同事着手保护这些生态系统时，他们发现自己一直缺乏数据，这促使他们开展测绘工作。
她说：“这些生态系统涵盖了我们真正关心的地方，但它们对地下水的依赖却一直未被认识到。”
利用技术推动依赖地下水的生态系统科学研究
由于没有关于地下水位置和深度的全球数据集，研究团队不得不发挥创造力。他们从 NASA 的 Landsat 卫星收集了六年的数据，该卫星提供的卫星图像可用于估算叶片含水量、蒸散量、植被绿度、开放水域和陆地温度以及表征水资源可用性的气候数据。然后，他们使用已确认的依赖地下水的生态系统位置的 30,000 多个数据点来训练计算机模型如何根据卫星数据识别这些区域。
“这项全球分析的结果非常引人注目，因为它建立在我们一直在开展的河岸恢复力研究工作的基础之上，”凯勒说。这些想法始于罗兹和加州大学圣塔芭芭拉分校的科学家达尔·罗伯茨和迈克尔·辛格在圣克拉拉河谷开展的研究，他们研究了河岸森林如何应对 2010 年代中期的极端干旱。
该分析利用了这样一个事实：在旱季，地下水支撑的生态系统将比其他地方更绿、更凉爽、更湿润，这一点可以通过卫星图像看到。“我们的方法利用了我们已经了解的这些生态系统的特征，”罗德说，并指出地下水冷却地表的方式只是这些生态系统为动植物提供庇护的众多方式之一。
“令我惊讶的是，我们现在拥有的数据和技术可以捕获和分析篮球场或游泳池大小的地方的信息，而且我们可以在全球范围内做到这一点，”沙漠研究所 (DRI) 的生态水文学家 Christine Albano 说。“拥有这种级别的空间细节对于这种分析至关重要，因为通常依赖地下水的泉水或湿地大约有这个大小，甚至更小，对人类和野生动物来说才是最重要的。”
最终结果为一张全球地图，展示了 2015 年至 2020 年期间依赖地下水的生态系统，并结合了研究人员对每个地点地下水依赖程度的统计可能性。“几年前，这样的分析是不可能的，但现在我们可以利用机器学习和云计算的最新进展来填补全球保护的关键知识空白，”加州大自然保护协会数据科学总监、论文合著者柯克·克劳斯迈尔 (Kirk Klausmeyer) 说道。通过测试计算机模型识别已知依赖地下水的生态系统的能力，他们估计准确率约为 87%。
“我们绘制地图的目的是将其作为起点，”罗德解释道。“它提供了有关这些生物可能分布在哪里以及最容易遭受地下水枯竭的重要信息，以便我们能够加强对这些生物多样性生态系统以及依赖它们的社会的保护。”
地图显示，这些生态系统在中亚、非洲萨赫勒地区和南美洲更为完整和广泛，因为那里的畜牧业社区很常见。这与世界上地下水抽取和农业灌溉占主导地位的地区(如北美和澳大利亚)的枯竭和破碎形成鲜明对比。在后一个地区，许多生态系统已经消失，因为地下水位低于植物根系或溪流可以到达的水平。
克服保护挑战
为了说明这些生态系统在支持农村生计方面的作用，该研究还重点关注了非洲大萨赫勒地区，该地区的四个冲突热点与大量依赖地下水的生态系统重叠。气候变化加剧了这些地区的粮食不安全状况，导致农作物种植扩展到以前的牧区。这表明认识到气候变化与土地和水资源保护工作之间复杂的相互作用非常重要。
“这些生态系统对牧民的农村生计有直接影响，”罗德说。“虽然可持续地下水管理政策在某些地区可能在政治上易于实施，但保护生态系统以维持农村生计或减少冲突的人道主义援助可能在其他地区更为合适。需要有创造性的解决方案来保护这些生态系统，而这将因地域不同而有很大差异。”
尽管该研究确定 21% 的依赖地下水的生态系统受到一定程度的保护，但该团队的其他研究表明，在有立法的情况下，很少有生态系统得到有效保护。如果不更好地了解地下水如何支持生态系统，如果由于在保护边界外不可持续地使用地下水而导致地下水流失，即使是受保护的土地也可能受到破坏。
“我们必须承认地下水对许多生态系统至关重要，”罗德说。“地下水的开采速度超过了其补充速度，但我们并没有对其进行必要的管理或调节，以防止对生态系统产生进一步的影响。如果我们想要实现全球生物多样性目标和气候目标，那么我们需要将地下水和生态系统联系起来。”
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