Wetenschap
Kaarten ontwikkeld met kunstmatige intelligentie bevestigen lage fosforniveaus in de bodem van het Amazonegebied
Omdat de gevolgen van de klimaatverandering steeds meer invloed hebben op het dagelijks leven van inwoners van verschillende landen, waaronder Brazilië, is de veerkracht van bossen, vooral tropische bossen zoals het Amazonegebied, een frequent onderwerp van onderzoek geworden. Naast het bestuderen van verschillende factoren die van invloed zijn op de manier waarop vegetatie reageert op de opwarming van de aarde, proberen wetenschappers vegetatiemodellen te verbeteren – hulpmiddelen die een cruciale rol spelen bij het begrijpen en beheren van ecosystemen, en bijdragen aan het behoud van biodiversiteit en duurzame ontwikkeling.
En het is precies deze combinatie die wordt beschreven in onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Earth System Science Data door een groep die banden heeft met Braziliaanse instellingen. Het werk resulteerde in een reeks kaarten die de hoeveelheid van de verschillende chemische vormen van fosfor in de bodem van het Amazonegebied nauwkeuriger beschrijven. De kaarten zijn "gebouwd" met behulp van een nieuwe methodologie gebaseerd op kunstmatige intelligentie en bevestigen dat de regio een zeer lage concentratie van het mineraal heeft.
De impact hiervan is dat een tekort aan fosfor de groeicyclus van soorten beïnvloedt en bijvoorbeeld kan voorkomen dat bomen reageren op de toename van kooldioxide als gevolg van de klimaatverandering.
“Toen we werkten aan vegetatiemodellen om het klimaatgedrag in het Amazonegebied te begrijpen, realiseerden we ons dat er specifieke informatie was over de hoeveelheden fosfor in de bodem. Normaal gesproken gebruikten deze kaarten bij eerdere methoden alleen bodemtypes [klassen] als voorspellers van We zagen dat het nodig zou zijn om andere milieukenmerken mee te nemen, dus ontwikkelden we een nieuwe statistische techniek op basis van machinaal leren op basis van bestaande gegevens”, legt João Paulo Darela Filho uit, die momenteel postdoctoraal onderzoeker is aan de Technische Universiteit van München. (Duitsland).
Darela Filho begon aan het project te werken tijdens zijn doctoraatsstudie, die eindigde in 2021.
Destijds lag zijn focus op het opnemen in het Caetê-model van gegevens over cycli van voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor, die belangrijk zijn voor het begrijpen van het gedrag van boomgroei. Caetê, wat 'maagdelijk bos' betekent in de Tupi-Guarani-taal, is een algoritme dat in staat is de toekomst van de Amazone-vegetatie te projecteren door scenario's van bostransformatie te presenteren.
Het is de eerste in zijn soort die exclusief Braziliaans is en de naam komt van het acroniem CARBON en Ecosystem Functional-Trait Evaluation Model.
Caetê is ontwikkeld door een team van het Earth System Science Laboratory van de Staatsuniversiteit van Campinas (UNICAMP), gecoördineerd door professor David Montenegro Lapola, die ook de auteur is van het artikel met Darela Filho.
"De kaarten die onder leiding van João Darela zijn geproduceerd, zijn een onmisbare stap in het bevorderen van ons begrip van hoe tropische bossen, die over het algemeen fosforbeperkt zijn, zullen reageren op klimaatverandering en andere menselijke verstoringen", vertelde Lapola aan Agência FAPESP.
De onderzoekers gebruikten gegevens van 108 locaties in het Amazonegebied. Ze gebruikten een aanpak gebaseerd op willekeurige bosregressiemodellen die waren getraind en getest om verschillende vormen van fosfor te voorspellen:totaal, beschikbaar, organisch, anorganisch en afgesloten (wanneer het aan andere stoffen is gebonden). Ze gebruikten ook informatie van de referentiebodemtypen en andere eigenschappen zoals geolocatie, stikstof- en koolstofniveaus, hoogte en helling van het terrein, pH van de bodem, gemiddelde jaarlijkse neerslag en temperatuur.
De bosregressiemodellen lieten een gemiddelde nauwkeurigheid van meer dan 64% zien, afhankelijk van de vorm van fosfor. Voor het totale mineraal bedroeg de nauwkeurigheid 77,3%.
Uit de resultaten van het onderzoek bleek dat de gemiddelde concentratie totaal fosfor in de geanalyseerde dataset 284,13 milligram per kilogram grond bedroeg (mg kg −1 ). Deze hoeveelheid wordt als laag beschouwd in vergelijking met het mondiale gemiddelde:570 mg kg −1 . Bij het analyseren van de kaarten bleek dat de locaties die het rijkst zijn aan fosfor zich bevinden op de grens tussen de Andes en de Amazone, in tegenstelling tot de oudste bodems in de laaglanden van het Amazonegebied, gelegen in de oostelijke regio.
De wetenschappers zijn van mening dat de nieuwe kaarten nuttig kunnen zijn voor het parametriseren en evalueren van terrestrische ecosysteemmodellen, en zelfs antwoorden kunnen geven over de relatie tussen bodem en vegetatie in het Amazonegebied.
“Machine learning zal, met behulp van kunstmatige intelligentie, steeds meer worden toegepast in de wetenschap, vooral voor toekomstprojecties. Onze kaarten kunnen door andere onderzoekers worden gebruikt om te begrijpen hoe het Amazonegebied zal reageren op klimaatverandering”, voegt Darela Filho toe.
Een internationaal onderzoek onder leiding van een team waartoe ook Lapola behoorde en dat op de cover van het februarinummer van Nature stond toonde aan dat bijna de helft van het Amazonegebied in 2050 op weg is naar een point of no return, wat betekent dat het bos waarschijnlijk zijn veerkracht tegen extreme droogtes en ontbossing zal verliezen.
Die studie schatte dat tussen de 10% en 47% van de gebieden in de regio zullen worden blootgesteld aan verstoringen en bedreigingen die ‘onverwachte’ transities in ecosystemen zouden kunnen veroorzaken en de regionale klimaatverandering zouden kunnen verergeren. Geaccumuleerde ontbossing, de opwarming van de aarde, de hoeveelheid jaarlijkse regenval in het bioom, de intensiteit van het regenseizoen en de lengte van het droge seizoen werden als stressvolle situaties beschouwd. Het risico is de omzetting van het bioom in savannegebieden die niet in staat zijn de rol van koolstofvastlegging te vervullen.