Forskere kortlægger strømningsændringer for at måle menneskelig indvirkning på økosystemer

Ændring af strømningsstrømmen kan bringe de økosystemer, der er afhængige af det, i fare, men forskerne har manglet data om, hvordan menneskelig infrastruktur har påvirket strømstrømmen i USA. Nu har en undersøgelse, der involverer en forsker fra Colorado State University kortlagt ændringer i strømningen på tværs af det kontinentale USA, hvilket giver et væld af data til bestemmelse af samfundsmæssige påvirkninger af økosystemer.

Op til 80% af floder og vandløb i det sammenhængende USA er blevet modificeret til en vis grad af menneskelige strukturer. At forstå forholdet mellem disse ændringer og økologiske reaktioner er nøglen til at vedtage forvaltningspolitikker, der balancerer samfundsmæssige og økologiske vandbehov.

Ved hjælp af målinger fra mere end 7.000 vandløbsmålere udviklede forskere en forudsigelig model for hydrologiske ændringer og konsekvenser for naturlig fisks biodiversitet. De anvendte det på mere end 2,6 millioner streams og skabte et omfattende datasæt.

"Denne undersøgelse giver data om ændringer i flow, ikke kun på de store floder, men på stort set alle væsentlige vandløbssegmenter, som vi ved eksisterer," sagde medforfatter Ryan Morrison, en lektor i CSU Civil and Environmental Engineering.

Forskerne siger, at datasættet kunne lukke huller i regionale data, der er nødvendige for at fastsætte miljømæssige strømningsstandarder og give et værktøj til at prioritere strømstrømsbeskyttelse eller genopretning.

"Miljøstrømme er nødvendige for at beskytte flodøkosystemer; det er dog vanskeligt at kvantificere disse strømme og underlagt begrænsede data," siger Ryan McManamay, hovedforfatter og assisterende professor i miljøvidenskab ved Baylor University. "Vores vurdering hjælper med at udfylde store informationshuller og giver nogle af de meget nødvendige oplysninger til flodbevarelse."

Undersøgelsen, offentliggjort i Scientific Data , bemærker, at selvom ferskvandsøkosystemer tegner sig for mindre end 0,5 % af jordens overfladevand, huser disse systemer 7 % af verdens arter og en tredjedel af alle hvirveldyr.

"Selv blandt ferskvandsøkosystemer betragtes floder og vandløb som numerisk sjældne på trods af at de leverer uforholdsmæssige tjenester til samfundet, hvilket i sidste ende fører til deres overudnyttelse," skrev McManamay.

Forskerne undersøgte U.S. Geological Survey strømmålerdata og de menneskelige påvirkninger, der påvirker disse vandløb. De brugte derefter maskinlæring og geospatial information om menneskelige ændringer i bassinerne uden målere til at forudsige strømningspåvirkninger i disse bassiner.

Baseret på tidligere forskning, der vurderede fiskereaktioner på ændringer i strømning, forudsagde de tab af fisks biodiversitet i menneskeligt modificerede vandløb. De fandt, at de hydrologiske ændringsmodeller fungerede godt under valideringen, mens de modellerede økologiske reaktioner var mindre nøjagtige på grund af mangel på data og kompleksiteten af ​​faktorer.

Forskerne ser dette datasæt som et værktøj til fremtidig forskning i flodøkosystemer.

"Forhåbentlig vil denne undersøgelse blive brugt til at udforske andre spørgsmål relateret til økosystemer i flodmiljøer eller i forbindelse med andre store rumlige datasæt, der kan overlappe med disse data," sagde Morrison. Hans gruppe har allerede brugt datasættet i undersøgelser af flodsletternes sundhed.

Forfattere på papiret, "Kortlægning af hydrologiske ændringer og økologiske konsekvenser i vandløbene i det uendelige USA," er McManamay, Morrison, Rob George, en tidligere kandidatstuderende fra McManamay's, som nu er GIS-analytiker hos McBain Associates i Arcata, Californien, og Benjamin L. Ruddell, lektor ved School of Informatics, Computing and Cyber ​​Systems ved Northern Arizona University. + Udforsk yderligere

Undersøgelse identificerer huller i overvågning af vandløb