Predictive modeling of Sungrass (Imperata cylindrica) invasion under changing climate scenarios in Raghunandan Hills Reserved Forest of Bangladesh

تخيل العالم الطبيعي كمدينة ضخمة وصاخبة حيث كل نبات وحيوان هو أحد السكان الذين يمتلكون عنواناً محدداً. بعض السكان هم من السكان الأصليين، بينما البعض الآخر هم وافدون جدد ينتقلون أحياناً بشكل عدواني للغاية، مما يؤدي إلى مزاحمة السكان الأصليين والاستيلاء على أحياء بأكملها. هذا هو عالم الأنواع الغازية، وهو فرع من علم البيئة مخصص لفهم كيفية انتشار هذه "المستأجرين غير المرغوب فيهم" ولماذا يزدهرون في أماكن دون غيرها. وللتنبؤ بالمكان الذي قد تنتقل إليه نبتة ما، يستخدم العلماء أداة رقمية تسمى "نموذج توزيع الأنواع". فكر في هذا النموذج كأنه خبير تنبؤات جوية فائق الذكاء، ولكن بدلاً من التنبؤ بهطول الأمطار أو سطوع الشمس، فإنه يتنبأ بالمكان الذي ستشعر فيه نبتة معينة بأنها "في بيتها". إنه ينظر إلى المناخ، والتربة، والتضاريس ليرسم خريطة للأحياء المحتملة. وهذا أمر مهم لأنه إذا استطعنا تخمين المكان الذي ستضرب فيه الأعشاض الضارة التالية، فيمكننا إرسال فريق تنظيف قبل أن تستولي على الحي بأكمله، مما يوفر المال ويحمي النظام البيئي المحلي.

والآن، لنقترب أكثر من حي محدد في بنغلاديش يسمى غابة راغوناندانان هيلز المحمية. هنا، بدأت نبتة قوية وعدوانية تُعرف باسم "عشب الشمس" (أو Imperata cylindrica) في الانتقال للعيش. إنها مصدر إزعاج عالمي، معروفة بتكوين حصائر كثيفة وغير قابلة للكسر من العشب تخنق النباتات الأخرى وتسبب الحرائق بسهولة. قرر فريق من الباحثين لعب دور المحقق لمعرفة مكان عيش عشب الشمس بالضبط الآن، والأهم من ذلك، أين قد ينتقل مع تغير المناخ. لم يعتمدوا على التخمين فحسب؛ بل استخدموا برنامجاً حاسوبياً قوياً يسمى MaxEnt. يمكنك التفكير في MaxEnt كأنه محقق رقمي يأخذ قائمة بـ "مسارح الجريمة" (حيث وُجد العشب) ومجموعة من "بطاقات الأدلة" (بيانات عن درجة الحرارة، والمطر، والتربة، والارتفاع) ليرسم خريطة للمكان الذي يمكن أن يكون العشب مختبئاً فيه.

جمع الباحثون 192 موقعاً مؤكداً لوجود عشب الشمس في الغابة وأدخلوا هذه البيانات في الحاسوب جنباً إلى جنب مع 22 دليلاً بيئياً مختلفاً. شملت هذه الأدلة أشياء مثل كمية البوتاسيوم في التربة، وكمية المادة العضوية في التراب، ومنحدر الأرض، ومدى قرب العشب من الطرق أو البلدات. كما نظروا إلى المستقبل، من خلال محاكاة شكل الغابة في أعوام 2050 و2070 و2090 تحت سيناريوهين مختلفين للمناخ: أحدهما يحاول فيه العالم الحد من الاحترار (SSP 245)، والآخر يستمر فيه الاحترار دون رقابة (SSP 585).

كانت نتائج عمل المحقق الرقمي هذا واضحة تماماً. في الوقت الحالي، تُعد راغوناندانان هيلز مزيجاً متفاوتاً بالنسبة لعشب الشمس. أظهرت خريطة الكمبيوتر أن حوالي 38% من الغابة غير مناسبة لهذه الأعشاض الضارة، معظمها في منطقة محددة تسمى "شاهاجيبازار بيت". ومع ذلك، فإن بقية الغابة هي ملعب محتمل لهذا الغازي. وتحديداً، وجد النموذج 460 هكتاراً (حوالي 9% من الغابة) "مناسبة للغاية"، و1,042 هكتاراً (20%) "مناسبة متوسطاً"، و1,707 هكتاراً أخرى (33%) "ضعيفة الملاءمة". وفي المجمل، فإن الغالبية العظمى من الغابة لديها مستوى معين من الملاءمة لنمو عشب الشمس.

عندما سأل الباحثون الكمبيوتر للتنبؤ بالمستقبل، أصبحت القصة أكثر تعقيداً ولكنها اتجهت نحو مسار مثير للقلق. أشارت عمليات المحاكاة إلى أنه مع تغير المناخ، فإن المناطق التي لا يستطيع عشب الشمس النمو فيها ستتقلص. في عام 2050، تحت سيناريو الاحترار المعتدل، توقعت المحاكاة تقلص المنطقة "غير المناسبة" بنسبة 27%، بينما ستتوسع المناطق "ضعيفة الملاءمة" و"متوسطة الملاءمة" بشكل كبير. وبحلول عام 2090، استمر هذا الاتجاه في السيناريو المعتدل، حيث تقلصت المناطق غير المناسبة بنسبة 21% تقريباً. وبينما تذبذبت مساحة الأراضي "المناسبة للغاية" قليلاً — ترتفع أحياناً وتنخفض أحياناً أخرى — فإن الصورة العامة تشير إلى أن الغابة تصبح موطناً أكثر ترحيباً بعشب الشمس بمرور الوقت.

كشف البحث أيضاً عن السر وراء حب عشب الشمس لأماكن معينة. حدد الكمبيوتر المشتبه بهم الرئيسيين وهم: الارتفاع، والمادة العضوية في التربة، والبوتاسيوم. ومن المثير للاهتمام أن اختباراً يسمى "جاكنايف" (Jackknife) كشف أنه بينما كان الارتفاع دليلاً فريداً لا يمكن لأي متغير آخر تعويضه، كان البوتاسيوم هو المعلومة الأكثر أهمية التي استخدمها النموذج لتقديم توقعاته. والعلاقة مع الارتفاع معقدة بعض الشيء: يظهر النموذج أن احتمالية العثور على عشب الشمس تزدد قليلاً في البداية مع زيادة الارتفاع، ولكنها تنخفض بشدة عند الارتفاعات العالية. وبالمثل، فإن المستويات الأعلى من المادة العضوية والنيتروجين في التربة زادت من احتمالية وجود الأعشاض، بشرط تجاوزها لنسب معينة.

كان الباحثون واثقين جداً في خرائطهم الرقمية. فقد اختبروا نماذجهم مقابل معيار "التخمين العشوائي" ووجدوا أن توقعاتهم كانت متفوقة بمراحل، حيث سجلت درجات الدقة (المعروفة بـ AUC) مستويات أعلى بكثير من 0.5، لتصل إلى نطاق "جيد" إلى "ممتاز". وهذا يعني أن النموذج لا يخمن فحسب، بل إنه يتعلم بالفعل قواعد اللعبة. ومع ذلك، يلاحظ المؤلفون بحذر أن هذه مجرد عمليات محاكاة بناءً على البيانات الحالية وتوقعات المناخ المستقبلية. ويشيرون إلى أنه بينما يشير الاتجاه نحو موطن أكثر ملاءمة لعشب الشمس، فإن مقدار الأرض "المناسبة للغاية" قد يتذبذب صعوداً وهبوطاً اعتماداً على كيفية سلوك المناخ.

في النهاية، ترسم هذه الورقة البحثية صورة لغابة تصبح معرضة للخطر بشكل متزايد. إن راغوندانان هيلز، بمزيجها من المناطق المتدهورة والتربة الغنية، هي هدف رئيسي. وتخلص الدراسة إلى أنه بدون تدخل، من المرجح أن يتوسع عشب الشمس في أراضيه خلال العقود القادمة، محولاً المزيد من الغابة إلى ملكيته الخاصة. ويأمل المؤلفون أن تساعد هذه الخريطة مديري الغابات في معرفة الأماكن التي يجب مراقبتها والتحرك فيها بالضبط، لقلب الموازين قبل أن يستولي عشب الشمس على الحي بأكمله.