农田生物多样性在维持健康的生态系统和高产的农业景观方面发挥着至关重要的作用。然而，随着农业集约化程度的提高，欧洲各地的农田鸟类——环境健康的关键指标——数量急剧下降。
当两颗卫星飞越德国东部勃兰登堡州的田野时，它们正在完成一支庞大的鸟类学家队伍永远也无法完成的工作。每隔几天，欧盟的…… 哨兵2 卫星拍摄欧洲各地数百万个农田的高分辨率图像，不断更新欧洲大陆的景观图景。
德国环境咨询公司 LUP 的遥感部门负责人 Annett Frick 博士在过去三年里一直致力于将这股数据流转化为实用的保护工具。
通过欧盟资助、欧盟空间计划署管理的“鸟类观察”项目，她和她的同事开发了一个利用卫星观测和人工智能来评估农田栖息地对鸟类的适宜性并确定保护措施可能产生最大影响的系统。
鸟类数量下降
需求迫切。根据 泛欧常见鸟类监测计划自 1980 年以来，欧洲常见鸟类的数量下降了 19%。对于黄雀、燕子和斑鸠等农田鸟类来说，下降幅度高达 58%。
这些损失反映了数十年来农业集约化的发展。曾经遍布树篱、草地、小片林地和野花的景观，如今越来越多地被大片单一作物种植区所取代，留给野生动物生存的空间越来越少。
弗里克认为，农田鸟类的减少是一个警示信号，表明许多农业景观不再作为健康的生态系统发挥作用。
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要保障粮食稳定和安全，就需要稳定且具有韧性的生态系统。我们需要多样化的景观，而不是单一作物种植的景观。
她解释说，许多农田鸟类被认为是伞护物种。它们的出现或消失可以揭示生态系统的整体状况。如果环境适合这些鸟类生存，通常也适合许多其他动植物生存。
这不仅对野生动物保护至关重要，对人类也同样重要。健康的生态系统有助于维持土壤肥力，为授粉昆虫提供栖息地，调节水资源，并提供抵御病虫害的天然屏障。
弗里克说：“要确保粮食稳定和安全，就需要有韧性的稳定生态系统，例如能够抵御气候变化、病虫害和植物疾病的生态系统。因此，我们需要多样化的景观，而不是单一作物种植的景观。”
保护生物多样性已成为欧洲环境政策的核心目标。欧盟2030年生物多样性战略旨在恢复退化的生态系统，并增加农业用地上高多样性景观特征的数量。
《鸟类指令》和《栖息地指令》为保护欧洲最脆弱的物种和栖息地提供了法律框架。
然而，要实现这些目标，需要准确的信息，了解生物多样性在哪些地方蓬勃发展，在哪些地方面临压力，以及哪些干预措施能够带来最大的益处。
卫星精度
“鸟类观察”计划于2026年1月结束，其目的就是为了帮助解答这些问题。传统的保护评估依赖于实地调查，研究人员在现场记录物种观测结果。虽然这些调查仍然至关重要，但它们往往耗时费力，成本高昂，而且难以在大范围内推广。
弗里克解释说：“过去也曾有人这样做过，但空间规模还不够大，无法真正改变现状。”
BirdWatch 团队将欧盟 Sentinel 卫星计划的地球观测数据与栖息地适宜性模型相结合，从而构建出一幅更全面的农业景观图景。
卫星图像提供了数百万块土地的冠层覆盖率、作物类型以及周边土地利用信息，例如草地、森林和城区。研究人员还整合了来自市政当局和其他机构的当地土地利用信息，以验证和完善这些数据。
该系统超越了传统的摄影技术。研究团队利用每六天飞越欧洲上空的哨兵1号卫星的雷达观测数据，还能估算土壤湿度。
“当雷达探测到水资源丰富的地区时，它接收到的信号很容易被识别为被水覆盖的陆地，或者水资源特别丰富的陆地，”意大利 Euroc Research 的遥感研究员、BirdWatch 团队成员 Bartolomeo Ventura 博士解释说。
结合光学图像，这些测量结果使研究人员能够构建详细的地图，显示土壤湿度在不同景观和土地利用方式下的变化情况。
随后，研究人员将作物覆盖率、植被结构、土地利用和水分状况等信息与10种指示性农田鸟类的栖息地模型相结合。最终成果是对每种鸟类适宜或可能适宜栖息的栖息地条件进行详细评估。
让每一欧元都物尽其用
但BirdWatch团队所做的不仅仅是识别栖息地。该平台还解决了政策制定者、保护组织和资助机构面临的一个实际问题：有限的资源应该投资在哪里才能获得最大的生态回报？
为了解答这个问题，研究人员开发了一套基于人工智能的优化系统。用户可以测试不同的保护方案和预算，该平台能够识别出最有可能改善鸟类栖息地的措施。
可行的方案包括种植树篱和花带、将耕地改为牧场以及实行作物轮作多样化。
该系统在四个试点地区进行了测试：德国勃兰登堡州、比利时弗兰德斯州、立陶宛和意大利南蒂罗尔州。
在勃兰登堡，研究人员使用1万欧元的假设预算，比较了不同的保护策略。他们尝试将投资重点放在保护区，重点关注…… 欧盟指定 仅供鸟类栖息的保护区，或者允许系统识别整个区域的优先地点。
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过去也曾有人这样做过，但空间规模不够大，不足以真正改变现状。
这项研究也揭示了地方知识的重要性。尽管研究人员最初希望建立覆盖整个欧洲的栖息地模型，但他们发现各地区的条件差异实在太大。
弗里克说：“我们发现，掌握区域性知识非常重要。一刀切的模式并不奏效，尤其是在栖息地模型方面。”
她解释说，这是因为欧洲各地的栖息地条件差异很大，鸟类往往会适应当地的环境。因此，针对单个物种建立的整个大陆范围的栖息地模型不够精细。为了获得有用的结果，不同物种需要针对不同区域建立不同的模型。
以生物多样性为目标
今天， 观鸟平台 该系统面向公众开放，并提供试点区域的栖息地适宜性地图和保护方案。来自欧洲各地的区域政府和保护组织已表示有兴趣将该方法应用于各自的地区和物种。
其理念是，所开展的工作可以帮助政策制定者实现欧盟2030年生物多样性战略的目标。该战略旨在阻止生物多样性丧失并恢复退化的生态系统，其中包括至少10%的农业用地包含高多样性景观特征的目标。
挑战巨大。在勃兰登堡州，近一半的土地用于农业，最近的一项研究发现，94%的农田未能达到10%的目标。BirdWatch平台旨在帮助确定哪些地区的保护措施能够发挥最大效益，从而帮助政府部门和资助机构更有效地分配资源。
对于弗里克来说，该项目的主要贡献在于证明现代地球观测技术能够以前所未有的规模支持生物多样性规划。
“我们最大的成就是证明了空间优化能够在大规模范围内有效，覆盖数百万个地块，应用于真实的景观，”她说道。“我们可以看到，在整个德国，每一块田地，其条件是否适合我们想要保护的鸟类。而就目前而言，大多数鸟类的生存条件并不理想。”
本文的研究由欧盟“地平线”计划资助。受访者的观点并不一定代表欧盟委员会的立场。如果您喜欢这篇文章，请考虑在社交媒体上分享。
