I ricercatori usano l’IA per prevedere l’impatto dei castori sugli habitat locali e mostrano come gli umani possono aiutare

Attraverso le Montagne Rocciose e le grandi pianure, le dighe di Beaver interrompono i flussi stretti, rallentando le correnti in catene di stagni che rimodellano i canali e diffondono le zone umide attraverso le valli. Le barriere di fango e stick creano l’habitat per salici e pioppi, sostengono i corridoi della vegetazione verde molto tempo dopo che le colline circostanti hanno dorato e ammorbidito la forza delle inondazioni.

In Occidente, man mano che la siccità persistono e gli incendi diventano più frequenti, quegli stagni fungono da bacini e rifugi naturali quando i corsi d’acqua si esauriscono. I loro benefici hanno alimentato gli sforzi per reintrodurre i castori ai sistemi fluviali e per imitare il loro lavoro con strutture costruite dall’uomo note come analoghi di Beaver Dam (BDAS).

Mentre il successo di questi progetti dipende dalla quantità di acqua che le strutture avranno e da quanto grandi gli stagni crescono, i gestori del terreno hanno mancata un metodo affidabile per prevedere quali siti avrebbero supportato ampie zone umide e quali produrrebbero solo piccole piscine.

Un nuovo studio in Comunicazione Earth & Environment inizia a rispondere a questa domanda. Utilizzando immagini aeree ad alta risoluzione e apprendimento automatico, i ricercatori hanno mappato più di 1.200 singoli stagni di castoro in Colorado, Wyoming, Montana e Oregon per determinare quali fattori hanno spiegato al meglio le loro dimensioni. Il predittore più chiaro era la lunghezza della diga, seguita dall’altezza della vicina vegetazione legnosa e dalla forza d’acqua che si muoveva a valle. Insieme, le tre variabili hanno spiegato quasi i tre quarti della variazione della dimensione dello stagno.

I risultati hanno confermato ciò che gli ecologi avevano sospettato ma mai quantificati su larga scala: le dighe più lunghe trattengono più acqua. Stabilendo quella relazione tra la lunghezza della diga e lo stoccaggio dell’acqua, lo studio equipaggia i lavoratori del restauro con strumenti per prevedere in anticipo la dimensione dello stagno.

“Sulla base delle dighe che le persone costruiscono, potremmo eventualmente stimare la loro area dello stagno dietro la diga”, ha affermato Luwen Wan, autore principale dello studio e ricercatore post -dottorato presso la Stanford University. “Quindi, saremmo in grado di sapere ulteriormente quanta acqua potrebbe essere immagazzinata in quegli stagni e l’impatto idrologico ed ecologico.”

Sebbene lo studio abbia utilizzato le immagini estive, che potrebbero aver trascurato alcuni stagni nascosti sotto la vegetazione o alterati dal flusso stagionale, e i set di dati climatici erano relativamente grossolani, le relazioni statistiche sono rimaste robuste attraverso le ecoregioni, sottolineando il ruolo centrale della geometria della diga e delle condizioni del flusso locale.

“Qualsiasi progresso che possiamo fare per comprendere i conducenti dietro dove e quando e quanto si costreranno grandi Beavers è davvero prezioso, ed è particolarmente prezioso quando stiamo guardando il restauro e la reintroduzione di Beaver”, ha detto Jessie Moravek, una ricercatore post -dottorato presso l’Università del Minnesota di St. Anthony Falls Laboratory, che non era coinvolta nello studio. “Ci dice quali strumenti abbiamo bisogno di guardare su scala locale per capire come i Beavers avranno un impatto locale.”

Per gli animali, l’edificio della diga è una questione di sopravvivenza. Gli stagni più grandi proteggono i castori dai predatori e consentono loro di muoversi in modo più sicuro tra le fonti alimentari, mentre l’acqua più profonda isola le loro logge dal ghiaccio invernale.

Ma le conseguenze ecologiche si estendono oltre le singole colonie, con le dimensioni dello stagno che colpiscono quanta acqua viene immagazzinata nel paesaggio, fino a che punto le acque alluvionali si diffondono e la quantità di habitat creata per piante e altri animali.

“Una diga di Beaver è costruita per conservare l’acqua e dare al Beaver un cortile più grande”, ha dichiarato Cherie Westbrook, professore di ecoidrologia all’Università del Saskatchewan e direttore associato presso il Centro per l’idrologia della scuola, che non è stato coinvolto nello studio. “Se stai conservando più acqua nel paesaggio, stai automaticamente proteggendo dalla siccità e anche dalla diffusione di incendi.”

Fino ad ora, la maggior parte degli strumenti disponibili per i gestori del territorio si è concentrata sulla stima di quante dighe potrebbe supportare un flusso, piuttosto che sulla quantità di acqua che quelle dighe avrebbero avuto. Ma l’installazione di BDA sta rapidamente crescendo in popolarità tra le regioni, a volte più veloce di quanto la scienza abbia mantenuto.

“C’è solo un sacco di BDA, e questo perché la guida degli scienziati manca di quanti di cui abbiamo veramente bisogno, dove sono più efficaci e perché sono più efficaci”, ha detto Westbrook. “Questo particolare studio arriva davvero su dove e perché BDA e dighe possono essere abbastanza efficaci nel produrre i tipi di risultati idrologici che sono desiderabili.”

Lo studio ha anche pesato il ruolo del clima contro la geomorfologia e l’idrologia locale. Le precipitazioni e la temperatura erano predittori più deboli della forma della valle, della potenza del flusso e della vegetazione: un risultato WAN attribuito in parte alla mancata corrispondenza tra i dati climatici grossolani e la scala fine degli stagni.

“La risoluzione dei dati era grossolana e potrebbe essere problematica, ma ho pensato a lungo e a lungo osservato che il clima è molto meno importante dell’ambiente geomorfo”, ha affermato Westbrook, che ha studiato castori in diversi continenti. “Hai solo così tanto spazio fisico che certamente può essere inondato dalle dighe di Beaver. I castori possono solo costruire una diga così grande.”

Questa adattabilità climatica è evidente nella gamma di Beavers, che si estende dalle foreste boreali canadesi ai deserti del sud -ovest.

“I castori sono davvero adattabili”, ha detto Moravek. “Andando avanti in un clima che cambia, si spera che Beavers sarà in grado di adattarsi a questo e rotolare un po ‘con i pugni e continuare a creare questi vantaggi ingegneristici ecosistemici.”

Moravek ha affermato che i castori non sono immuni alle pressioni sul clima ma possono persistere attraverso siccità, inondazioni e incendi, creando spesso rifugi che proteggono le loro colonie e altre specie. “Questo è ciò che li rende una potente specie di Keystone.”

Ma gli stessi stagni che forniscono tali benefici possono anche scatenare conflitti, inondare i terreni agricoli, lavare i canali sotterranei o abbattere alberi valutati dai proprietari terrieri.

“Penso che sia molto importante considerare i rischi”, ha detto Westbrook. “Esistono rischi molto reali di implementare i castori come soluzione basata sulla natura e possono essere discussi molto meno di tutti i benefici, ma sono certamente ugualmente importanti.”

Gli impatti degli stagni di Beaver variano anche ampiamente per regione e, in alcuni casi, possono contrastare gli obiettivi climatici. Nell’Alaska Arctic, ricercatori e comunità indigene hanno scoperto che l’ampliamento degli stagni può accelerare il permafrost scongelamento, rilasciando gas serra e minacciando le popolazioni di pesci centrali per le tradizioni di sussistenza, sottolineando come i castori possono peggiorare i rischi climatici.

I modelli predittivi possono aiutare i manager a anticipare la quantità di una diga di una area inondarsi, riducendo così il rischio di danni alla proprietà e ai mezzi di sussistenza. Moravek ha detto previsioni più precise sulla dimensione dello stagno e il potenziale di inondazione “ti aiutano ad avere successo con le tue azioni di restauro”.

Tra i risultati più sorprendenti dello studio è stata la relazione geometrica tra lunghezza della diga e dimensione dello stagno: un modello di ridimensionamento costante che si è tenuto in diverse regioni. Wan ha detto che non si aspettava che la relazione fosse così chiara e che la regolarità poteva fornire un modo semplice e sostenuto dai dati per approssimare l’area dello stagno durante la progettazione di progetti.

Le agenzie statali stanno iniziando a integrare la gestione dei castori in strategie più ampie di acqua e habitat. In California, i funzionari della fauna selvatica hanno rilasciato animali su terreni tribali. In Colorado, la pianificazione del restauro considera sempre più dove i castori potrebbero prosperare. Quantificando il modo in cui le condizioni di flusso locale influenzano le dimensioni dello stagno, lo studio fornisce un potenziale quadro per rendere più strategiche tali decisioni.

I ricercatori affermano che le prossime frontiere saranno temporali e sottosuolo: per quanto tempo persistono gli stagni prima che falliscono, quante acque sotterranee memorizzano e come le reti di stagni si evolvono nel tempo. Wan spera di estendere lo sforzo di mappatura con l’intelligenza artificiale. Westbrook ha messo in evidenza il ciclo di vita della diga – costruzione, collasso, abbandono e rinnovamento – come un’eccitante area di ricerca. Moravek ha indicato lo stoccaggio dell’acqua del sottosuolo come una sfida irrisolta.

Attraverso questi sforzi c’è un riconoscimento condiviso dell’adattabilità unica di Beavers e della resilienza che conferiscono ai paesaggi che abitano.

“I castori sono un collaboratore davvero importante nell’adattarsi a un nuovo futuro climatico in Nord America e in Europa”, ha affermato Moravek. “Più possiamo imparare a lavorare con loro in modo efficace, meglio saremo.”