Цивилизация
Группа российских ученых совместно с исследователями из Италии оценила экосистемные услуги деревьев — блага, которые мы получаем от природы — при помощи концепции Интернета вещей. В ходе пилотного исследования специалисты анализировали информацию о физиологии растений на Болотной площади в течение пяти месяцев в режиме реального времени. Результаты позволили судить о вкладе каждого дерева в городскую среду по различным параметрам. Такой подход поможет не только лучше понимать состояние городских лесов, но и использовать данные для управления зеленой инфраструктурой. Проект поддержан грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ). Подробнее ознакомиться с результатами исследования можно в журнале Forests.
«Для современного и устойчивого управления объектами городской зеленой инфраструктуры нам важно было перейти от показателей функционирования зеленых насаждений к индикаторам экосистемных услуг, которые ими предоставляются жителям. Оценка экосистемных услуг во всем мире используется для того, чтобы показать людям, принимающим решения, экологическую ценность и значимость городских лесов для качества жизни и здоровья граждан. Такой подход может помочь даже в переоценке балансовой стоимости деревьев с учетом их экологических функций. А ведь любой чиновник знает, что управлять можно тем, что может быть измерено», — отмечает Виктор Матасов, кандидат географических наук, научный сотрудник лаборатории «Смарт технологии устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений» РУДН.
Сегодня около половины населения земного шара живет в городах, а к 2050 году этот показатель достигнет двух третей. С ростом урбанизации растут и запросы к городскому планированию, в особенности к гармоничному развитию зеленой инфраструктуры. Древесные насаждения способны поддерживать водный баланс, снижать шумовое загрязнение и регулировать силу ветра, способствовать очищению воздуха и созданию местообитаний для животных. Как и любая другая живая система, городской лес — это набор динамично изменяющихся параметров. Поэтому, чтобы парковые зоны вносили больший вклад в жизнь мегаполиса, необходимы технологичные подходы к сбору и обработке данных о функциональности каждого дерева.
Группе исследователей из Аграрно-технологического института Российского университета дружбы народов, Российского государственного аграрного университета имени К. А. Тимирязева и ряда университетов и научных центров Италии удалось применить технологию Интернета вещей (ИВ) для сбора и обработки данных деревьев зеленой зоны в центре Москвы. Концепция ИВ зародилась в конце прошлого века и часто ассоциируется с понятием «умного» дома. В целом под этим понятием подразумевается возможность сбора, обработки и передачи данных не только по цепочке человек-устройство, но и внутри целой сети устройств. Идея использования смарт-технологий для мониторинга и регулирования живых систем не нова: подобные технологии, к примеру, уже используются для дистанционного управления «умными» теплицами.
Объектом данного исследования была выбрана зеленая зона на Болотной площади, и неслучайно: парк подвержен сильному тепловому и антропогенному влиянию. Для замера ключевых параметров экологии и физиологии деревьев ученые использовали недорогие беспроводные устройства TreeTalker+, ранее разработанные коллегами из Италии. Устройства были прикреплены к 16 деревьям: лиственницам, липам, березам и кленам. Еще одно устройство выступало в роли датчика сравнения и было размещено в парке вне кроны деревьев. Каждый TreeTalker+ оснащен спектрометрами для анализа пропускания света через крону, датчиками для определения температуры и влажности воздуха в окружении конкретного дерева. Также устройства определяли диаметр ствола с помощью инфракрасного оптического датчика и скорость сокотечения по рассеиванию тепла. Данные от каждого устройства поступали в облачное хранилище, откуда попадали в онлайн-базу. Мониторинг проводили с июля по ноябрь с фиксацией ключевых параметров каждые полтора часа.
Полученные данные собирали и обрабатывали в программной среде R. Далее физиологические показатели деревьев были использованы для оценки таких экосистемных услуг, как поглощение ливневых потоков воды, световой и тепловой энергии, связывания растением углерода и перехват кронами деревьев ультрадисперсных частиц (размером менее 100 нанометров). Сравнение результатов со средними показателями для исследуемых деревьев было затруднено в связи с тем, что эксперимент затронул не все сезоны. Однако это не помешало сделать выводы о вкладе каждого дерева в изменение микроклимата, что особенно важно для городского планирования. За время исследования каждое дерево в среднем уменьшало аномально высокие температуры на 2 °C за счет затенения, охлаждало окружающую область, забирало из окружающей среды около 2000 кВт·ч солнечной энергии, и избавляло окружающую среду от загрязнений, осаждая на листьях около 5 килограммов твердых частиц класса PM10 (пыль, пыльца и плесень). Эффективнее всех с этими задачами справлялись клены, но исследователи отмечают, что это связано с размером деревьев и площадью их кроны.
Использование смарт-технологий для мониторинга экосистемных услуг зеленой инфраструктуры — довольно молодое направление. Перед учеными стоит ряд задач: повысить защиту электроники от сильного дождя; расширить спектр параметров, добавив датчики шума и скорости ветра; обеспечить бесперебойное и эргономичное питание беспроводных устройств (на данный момент требуется замена батарей каждые полтора месяца). Надежные и доступные устройства мониторинга городских экосистем в реальном времени позволят оперативно и направленно управлять зеленой инфраструктурой.
