A diversidade das florestas tropicais
A análise de imagens de satélite fornece uma nova perspetiva sobre a diversidade funcional das florestas tropicais.
As imagens de satélite do espaço estão a permitir aos cientistas aprofundar as funções individuais das diferentes copas das florestas tropicais, com resultados novos e surpreendentes.
Compreender as caraterísticas e a diversidade funcional das árvores nos trópicos é crucial para a biodiversidade, a modelação dos ecossistemas e a conservação.
Agora, pela primeira vez, graças aos dados de satélite dos satélites Sentinel-2 da Agência Espacial Europeia (ESA), os cientistas podem mostrar a grande diversidade funcional das florestas tropicais como nunca antes visto.
Num estudo liderado pelo Instituto de Alterações Ambientais da Universidade de Oxford e que envolveu mais de 100 cientistas de todo o mundo, os investigadores utilizaram dados de mais de 1.800 parcelas de vegetação, juntamente com dados de satélite, do terreno, do clima e do solo, para prever variações em 13 caraterísticas das árvores e mapear a diversidade funcional das florestas tropicais.
Descobriram que as florestas das Américas, África e Ásia utilizam diferentes partes do espaço de caraterísticas disponível. As florestas tropicais americanas apresentam 40% mais riqueza funcional do que as florestas africanas e asiáticas, enquanto as florestas africanas apresentam a maior divergência funcional – 32% mais do que as florestas americanas e 7% mais do que as asiáticas.
O estudo: Canopy functional trait variation across Earth’s tropical forests, publicado na Nature, também identifica as regiões que necessitam de mais dados para melhorar a precisão. Esta investigação oferece uma visão global de como e porquê as caraterísticas das copas das árvores das florestas tropicais variam consoante as regiões.
Jesús Aguirre-Gutiérrez, professor associado, afirmou: “utilizando os dados de satélite mais avançados, podemos obter informações de alta resolução e ver o que está a acontecer nas copas das florestas. Podemos utilizar isto para quantificar as diferenças entre continentes”.
No seu estudo, a equipa salienta a importância das copas das florestas tropicais na regulação do carbono, da água e da energia na atmosfera. As florestas tropicais são os ecossistemas mais biodiversos da Terra, constituindo uma grande parte da diversidade global, incluindo dois terços das 73 mil espécies de árvores. Mais de mil milhões de pessoas dependem delas para a sua subsistência.
No entanto, os investigadores afirmam que o conhecimento sobre a forma como as caraterísticas que afetam as funções da floresta (como a forma, os padrões de crescimento e as respostas ao ambiente) variam em grandes áreas, especialmente nas florestas tropicais, ainda é limitado. Embora fatores como a água, a temperatura e o solo influenciem as caraterísticas das plantas, não compreendemos totalmente como afetam a função da floresta.
A previsão da distribuição das caraterísticas das plantas em grandes áreas centra-se normalmente em algumas caraterísticas com mais dados disponíveis, como o azoto foliar, o fósforo e a área foliar específica. Foram feitos alguns progressos através da combinação de dados sobre tipos de plantas com modelos estatísticos e deteção remota por satélite, mas a maioria dos modelos ainda se baseia em tipos de plantas predefinidos para estimar a distribuição de caraterísticas e utiliza dados de satélite de baixa resolução. As observações terrestres nas florestas tropicais são muitas vezes limitadas, o que mostra a necessidade de melhores ferramentas para seguir as caraterísticas das plantas em grandes áreas com alta resolução. É também necessário comparar as previsões efetuadas por diferentes métodos.
Embora as bases de dados de caraterísticas das plantas ajudem a modelar a distribuição das mesmas, os investigadores afirmam que ainda não dispomos de dados completos sobre as caraterísticas da maioria das espécies de árvores em zonas tropicais como a Amazónia, que tem cerca de 15 000 espécies. Compreender a variação de caraterísticas entre continentes é importante para prever como os ecossistemas responderão a mudanças como as alterações climáticas e o uso da terra. Estudos anteriores mostraram que as caraterísticas das plantas variam entre ecossistemas e comunidades, refletindo a forma como as estratégias das plantas se ligam às condições ambientais, permitindo que as espécies se desenvolvam em nichos específicos.
Embora os modelos dinâmicos de vegetação global (DGVM) e os modelos de distribuição de espécies (SDM) ajudem a prever os efeitos das alterações climáticas, os DGVM utilizam frequentemente categorias amplas de plantas e os SDM podem ignorar a diversidade de caraterísticas. A inclusão de caraterísticas específicas das plantas e da diversidade funcional nestes modelos pode melhorar as previsões do ciclo do carbono, dos padrões de vegetação e da resiliência dos ecossistemas, levando a uma melhor compreensão da forma como os ecossistemas respondem às alterações globais.
A equipa de 119 cientistas incluiu dez investigadores da ECI. Trabalharam com a Dra. Aguirre-Gutiérrez: a Dra. Eleanor Thomson, investigadora de pós-doutoramento; a Dra. Erika Berenguer, investigadora principal; a Dra. Imma Oliveras Menor, investigadora principal; o Dr. Huanyuan Zhang-Zheng, investigador de pós-doutoramento; Xiongjie Deng, estudante de doutoramento; Yadvinder Malhi, Chefe do Programa Ecossistemas; Dra. Cecile Girardin, Diretora de Soluções Baseadas na Natureza; Terhi Riutta, antigo investigador da ICE e Dr. Göran Wallin, Investigador Associado Honorário baseado na Universidade de Gotemburgo.
Aguirre-Gutiérrez afirmou: “foi graças à disponibilidade de dados de parcelas de campo e de caraterísticas de colaboradores locais, incluindo a rede mexicana MONAFOR, a rede de Oxford de Monitorização Global dos Ecossistemas (GEM), a RAINFOR e a meta-rede ForestPlots, bem como de dados de satélite da ESA, que conseguimos comparar as funções das copas das árvores com tanto pormenor”. E continuou: “a inteligência artificial está a melhorar rapidamente a nossa capacidade de mapear as caraterísticas das plantas utilizando modelos de aprendizagem profunda aplicados a dados de campo e fotografias. Estes modelos, em especial as redes neurais convolucionais, podem analisar grandes quantidades de dados de teledeteção e foram combinados com dados espectrais para cartografar caraterísticas das plantas. Novos satélites com sensores hiperespectrais e elevada resolução espacial, juntamente com dados de recenseamento de árvores em crescimento, estão a expandir as possibilidades de utilização da IA no tempo e no espaço”.
Mas a equipa laerta que a IA deve apoiar – e não substituir – os métodos ecológicos tradicionais, como a amostragem no terreno e a identificação de árvores por especialistas, para garantir avaliações precisas da biodiversidade.
Aguirre-Gutiérrez acrescentou: “há necessidade de ferramentas que possam prever a distribuição da biodiversidade e as suas alterações ao longo do tempo, e esta abordagem é um passo em frente. No futuro, os dados de satélite poderão ajudar a acompanhar a diversidade vegetal anualmente, mas para isso são necessários dados de campo alargados, modelos avançados, maior capacidade de computação e uma forte colaboração entre investigadores e instituições”.
O estudo mapeia a forma como os tipos de árvores variam nas florestas tropicais húmidas e secas, que albergam a maioria das espécies de árvores da Terra. Os resultados mostram que as caraterísticas das árvores são fortemente influenciadas pelo clima a longo prazo, o que ajuda a prever como as alterações climáticas podem afetar estas florestas. Os mapas disponibilizados pelos investigadores destacam áreas-chave para investigação futura, especialmente em regiões pouco estudadas como África e Ásia. Uma vez que a exatidão das previsões depende da qualidade e da cobertura dos dados, estas serão melhoradas à medida que forem disponibilizados mais dados. Estes mapas representam um avanço significativo na compreensão do funcionamento das florestas tropicais a nível mundial.
