КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 23-24-00543

НазваниеГеопространственное моделирование сообществ дождевых червей Северо-Западного Кавказа методами машинного обучения

РуководительГераськина Анна Петровна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-107 - Экология биосистем

Ключевые словадождевые черви, Северо-Западный Кавказ, лесные экосистемы, растительность, почва, геопространственное моделирование, машинное обучение, Random Forest, NaiveBayes, GradientTreeBoost, Google Earth Engine, WEB-ГИС, GeoServer, Leaflet

Код ГРНТИ34.00.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В настоящее время проблема сохранения лесных экосистем и биоразнообразия особенно актуальна как в связи с глобальными климатическими изменениями, так и постоянно действующими деструктивными факторами: рубки, пожары, вспышки массового размножения насекомых, приводящими к значительным изменениям сообществ всех групп лесной биоты, в том числе и почвенных беспозвоночных. Хорошо известно, что горные леса представляют собой рефугиумы биоразнообразия. Горные леса Кавказа, кроме того, один из центров видообразования дождевых червей. На Северо-Западном Кавказе из семейства Lumbricidae (люмбрициды) обитает 22 вида, при этом в лесном поясе по биомассе и численности доминируют эндемичные и субэндемичные виды, в отличие, например, от равнинных территорий Европейской части России, где обитают только космополиты. Сохранение аборигенного разнообразия регулируется международной Конвенцией по биоразнообразию. Несмотря на определенную изученность и доказанную значимость группы дождевых червей как экосистемных инженеров и почвообразователей, в настоящее время они привлекает все большее внимание не только исследователей в почвенной зоологии, но и в лесной экологии. Такой интерес связан с описываемыми высокими инвазионными способностями космополитных видов и вероятным конкурентным подавлением местных видов, а также ввиду климатических изменений. В регионах, где прогнозируется повышение температуры и влажности, ожидается увеличение численности и биомассы дождевых червей, что, как утверждает ряд авторов, может привести к усилению почвенного дыхания и эмиссиям парниковых газов из почвы. Однако в ряде работ, напротив, показано, что дождевые черви могут играть ключевую роль в адаптации лесных экосистем к изменениям климата. В связи с такими неоднозначными оценками необходимо развитие представлений о роли факторов, определяющих локальное и региональное распределение различных видов и групп дождевых червей, которые играют ключевую роль в функционировании экосистем. Горные леса Кавказа, в которых сохранились эндемичные и субэндемичные виды дождевых червей, являются ценным объектом для развития таких представлений. Данный проект направлен на выявление предикторов современного распространения видов, морфо-экологических и хорологических групп дождевых червей в лесных экосистемах Северо-Западного Кавказа. Первичные данные по населению дождевых червей базируются на результатах собственных полевых исследований, проведенных с учетом микросайтной организации лесов, в более чем тысяче географических точек Северо-Западного Кавказа. Сообщества дождевых червей предгорных и горных лесов Кавказа формируются в условиях взаимодействия значительно большего числа факторов, чем на равнинных территориях. Необходим детальный анализ вклада биоклиматических и почвенных факторов, рельефа и высоты над уровнем моря в пространственное распределение видов дождевых червей, а также анализ распределения космополитных, эндемичных и субэндемичных видов в лесных экосистемах Северо-Западного Кавказа для возможных дальнейших прогнозных оценок их динамики.

Ожидаемые результаты
В ходе реализации проекта ожидается получить: 1. Ряд морфометрических параметров рельефа на территорию исследования, характеризующих высотную поясность и поверхностный сток (экспозиция, крутизна, кривизна; направление, расстояние, длина линии стока и др.), в виде пространственных данных. 2. Пространственные предикторы для проведения регрессионного моделирования, определяющие распределение видов и морфо-экологических групп дождевых червей, а также субэндемичных, эндемичных и космополитных видов. 3. Построенные посредством методов машинного обучения Random Forest, NaiveBayes, GradientTreeBoost и верифицированные регрессионные модели видового состава, численности, биомассы, состава морфо-экологических и хорологических групп дождевых червей. Будет проведен сравнительный анализ результатов моделирования данными методами и выявлены наиболее значимые предикторы для каждой модели. 4. WEB-ГИС сообществ дождевых червей Северо-Западного Кавказа для визуализации, интерактивного изучения и анализа результатов геопространственного моделирования. Значимость проекта На основе анализа результатов геопространственного моделирования будут выявлены значимые предикторы, определяющие распределение видов и морфо-экологических групп дождевых червей, а также субэндемичных, эндемичных и космополитных видов в лесных экосистемах Северо-Западного Кавказа. В настоящее время такие данные необходимы для разработки научных подходов к устойчивому управлению лесами в условиях комбинированного действия природных и антропогенных факторов, включая изменения климата, которые основываются, в том числе, на результатах регрессионного моделирования. Предлагаемые методические подходы позволяют проверять биологические гипотезы, устанавливать взаимосвязи между факторами и откликами модели, и таким образом прогнозировать дальнейшую динамику развития лесов и их биотических компонентов. Созданная WEB-ГИС сообществ дождевых червей Северо-Западного Кавказа позволит использовать результаты проекта как специалистами, так и широкой аудитории для повышения осведомленности о почвенном биоразнообразии. Результаты данного проекта могут быть использованы для распространения данного подхода к оценке сообществ дождевых червей на большую территорию Кавказа в кооперации с исследователями, внесшими большой вклад в изучении люмбрикофауны этой территории.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---