Remote sensing of plant communities as a tool for assessing the condition of semiarid Mediterranean saline wetlands in agricultural catchments

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 16:10, 26 Ιουνίου 2014

H εργασία αυτή, δημοσιεύτηκε τον Φεβρουάριο του 2014 στο International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation και ανασύρθηκε από τον ιστότοπο http://www.sciencedirect.com.

Οι ημίξηροι αλατούχοι Μεσογειακοί υγροβιότοποι αποτελούν μοναδικά ήμι-χερσαία οικοσυστήματα που διαφυλάσσουν υψηλή βιοποικιλότητα πλούσια σε ενδημική και ευαίσθητη χλωρίδα και πανίδα. Τις τελευταίες δεκαετίες , η επέκταση των αρδευόμενων εκτάσεων έχει οδηγήσει σε αλλαγές στις εισροές νερού και θρεπτικών στοιχείων στους υγροβιότοπους, που επηρεάζουν ιδιαίτερα την αλατότητα του εδάφους, το υδροφόρο επίπεδο και το καθεστώς υγρασίας του εδάφους. Οι παραπάνω υδρολογικές ανισορροπίες στις μεσογειακές λεκάνες απορροής προκαλούν υποβάθμιση των υγροτόπων και αντιπροσωπεύουν μείζονα απειλή για τη βιοποικιλότητα των υγροβιότοπων , καθώς οι φυτικές κοινότητες τους προσαρμόζονται σε ένα στενό εύρος αλατότητας του εδάφους και χρονικής διάρκειας πλημμυρών (πρόκληση ανοξικών συνθηκών). Το γεγονός αυτό καθιστά τη διαχείριση τους ζήτημα ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση των φυτικών κοινοτήτων τους.

Η έλλειψη συστηματικών διαδικασιών παρακολούθησης και διαχείρισης αυτών των υδάτινων οικοσυστημάτων τελικά οδηγεί σε εκτεταμένη υποβάθμιση τους και ως εκ τούτου εργαλεία για την συστηματική παρακολούθηση της οικολογικής τους κατάστασης απαιτούνται, προκειμένου να προσανατολίσουν τη λήψη αποφάσεων.

Σκοπός

Η συγκεκριμένη έρευνα προτείνει διαδικασίες ολοκληρωμένης μελέτης των υγροτόπων και των λεκανών απορροής τους συνδυάζοντας επιτόπια έρευνα και προηγμένες τεχνικές τηλεπισκόπησης προκειμένου να αξιολογήσει την κατάσταση των υγροτόπων. Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στην επαρχία Murcia, νοτιοανατολικά της Ισπανίας και επιλέχθηκαν 12 συνολικά υγροβιότοποι. Οι κύριοι στόχοι αυτής της μελέτης ήταν : ( 1 ) Να χαρακτηριστούν οι φυτικές κοινότητες σε αντιπροσωπευτικούς υγροβιότοπους και σε ένα εύρος υδρολογικών συνθηκών ( 2 ) Να διερευνήσει τις σχέσεις ανάμεσα στη σύνθεση των φυτοκοινοτήτων των υγροτόπων και των υδρολογικών πιέσεων της υδροκρίτης ( 3 ) Να προτείνει ένα δείκτη κατάστασης των υγροτόπων που να βασίζεται στη φυτική σύνθεση της κοινότητας και ( 4 ) Να δοκιμαστούν οι δυνατότητες των τηλεπισκοπικών πολυφασματικών αισθητήρων για διακρίσεις των φυτικών κοινοτήτων αλλά και ως εργαλείο για την αξιολόγηση της κατάστασης των υγροτόπων. Η μελέτη αυτή έχει ως στόχο να αναπτύξει ένα δείκτη για την αξιολόγηση της οικολογικής κατάστασης των υγροτόπων με βάση τη σχέση μεταξύ της σύνθεση της κοινότητας των φυτών με την υδρολογική κατάσταση των ορίων των λεκανών απορροής. Αυτό γίνεται από την στιγμή που είναι γνωστή η οικολογία της κάθε φυτοκοινοτητας και η ευαισθησία της σε οικολογικές πιέσεις(επίπεδα ανοχής), όπως η αλατότητα και το επίπεδο υδροφόρου ορίζοντα.

Μεθοδολογία

Οι φυτοκοινότητες των 12 υγροτόπων τακτοποιήθηκαν με επιτόπια έρευνα με τη δειγματοληπτική συλλογη και ταξινόμηση των φυτικών ειδών. Οι υγρότοποι είναι πολύ ετερογενή οικοσυστήματα που περιέχουν μικρά τμήματα βλάστησης με παρόμοιες φασματικές αποκρίσεις που θα μπορούσε να δημιουργήσει φασματική σύγχυση. Επομένως ενισχυμένες μέθοδοι ταξινόμησης, όπως η random forest algorithm ή τεχνητά νευρωνικά δίκτυα έχουν δείξει καλύτερη απόδοση για αυτου του είδους μεσογειακά οικοσυστήματα . Μεσαίας ανάλυσης δορυφορικοί αισθητήρες , όπως των Landsat TM δεν είναι κατάλληλοι για την ανίχνευση μικρών φυτών υγροτόπων ή για αγροτεμάχια φυτικών κοινοτήτων (πολλών ανάμεικτων φυτικών ειδών) . Ως εκ τούτου , αερομεταφερόμενοι πολυφασματικοί αισθητήρες είναι μια καλή πηγή τηλεπισκοπηκών δεδομένων για τη χαρτογράφηση της βλάστησης αυτών των υγροτόπων καθώς συνδυάζουν υψηλή χωρική και φασματική ανάλυση. Οι φυτικές κοινότητες των υγροτόπων που μελετήθηκαν, χαρτογραφήθηκαν με επιβλεπόμενη ταξινόμηση με αεροφωτογραφίες ανάλυσης μεγεθους pixel 2x2 m , που ελήφθησαν με εναέριους πολυφασματικους αισθητήρες . Ο αισθητήρας που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένα DMC Z/I Inter-graph camera. Ο δείκτης NDVI υπολογίστηκε ως βοηθητικό layer στην ανάλυση ταξινόμησης.

Πραγματοποιήθηκαν δυο ειδών ταξινομήσεις. Μια μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση 20 φασματικών τάξεων για να διακριθούν αναγνωρίσιμες μη φυτικά καλυμμένες κατηγορίες κάλυψης (κτίρια,υποδομές,υδάτινες επιφάνειες, γυμνό έδαφος) στα οποία δεν έγινε περαιτέρω ταξινομική ανάλυση. Η δεύτερη ταξινόμηση πραγματοποιήθηκε για την διάκριση των φυτικών κοινοτήτων των υγροτόπων. Για αυτόν τον σκοπό χρησιμοποιήθηκαν γεωαναφερμενα οικόπεδα δειγματοληψίας (2 m × 2 m) που συμμετείχαν στην έρευνα και χρησιμοποιήθηκαν ως περιοχές εκπαίδευσης και ελέγχου για την ταξινόμηση της εικόνας. Κατόπιν έγινε επιβλεπόμενη ταξινόμηση με την βοήθεια του αλγορίθμου Random forest (Breiman, 2001) . Η μη παραμετρική αυτή ταξινόμηση αναπτύσσει ένα σύνολο από 500 δέντρα αποφάσεων χρησιμοποιώντας διαφορετικά υποσύνολα περιοχών εκπαίδευσης κάθε φορά έχοντας ως αποτέλεσμα μεγάλη ακρίβεια ως προς την ταξινόμηση. Τα αποτελέσματα της ταξινόμησης επικυρώθηκαν με την βοήθεια της συνολικής παραμέτρου ακρίβειας (overall accuracy parameter) και τον συντελεστή Kappa (Kappa coefficient)

Συμπεράσματα

Wetland plant community maps. Wetland keys: CR10: Carmoli; CR5: Alcanara; CR14: Ajauque; CR13: Lopoyo; CR15: Derramadores; H1: Rasall; CR19: Boquera deTabala; CR3N: Ca˜nada Brusca North; CR4: Matalentisco; CR3S: Ca˜nada Brusca South; CR21: Sombrerico. Plant community keys: Sve: Suaeda vera dominated; SS: salt steppe;UP: dominated by upland plants; SM-Hpo: salt marsh dominated by Halimione portulacoides; SM-Sfr: salt marsh dominated by Sarcocornia fruticosa; SM-Ama: salt marshdominated by Arthrocnemum macrostachyum; Pau: Phragmites australis dominated; Tca-Aha: Tamarix sp. and Atriplex halimus mixed community.

1. Ο προτεινόμενος δείκτης εκτίμησης της οικολογικής κατάστασης των υγροτόπων συσχέτισε τους τύπους φυτικών κοινοτήτων με τις υδρολογικές πιέσεις που δέχονται οι υγροβιότοποι. Ο δείκτης αυτός αποτελεί εργαλείο για την διαχείριση της υδροκρίτης έτσι ώστε να προληφθεί η υποβάθμιση των υγροτόπων.
2. Οι χάρτες φυτικών κοινοτήτων που πάρθηκαν με τηλεπισκοπικές μεθόδους προσέφεραν υψηλή ακρίβεια και υψηλή χωρική ανάλυση.
3. Η διατάραξη των υδρολογικών ισορροπιών επιδρούν στα ευαίσθητα ενδημικά και πολύτιμα είδη τα οποία αντικαθίστανται στις περιοχές που ασκούνται μεγάλες πιέσεις από αλλοχθονα είδη, αρκετά κοινά , που προσαρμόζονται καλύτερα στις διαταραγμένες συνθήκες και μάλιστα κάποια είναι επιθετικά και δημιουργούν μονοειδής εκτάσεις μειώνοντας την βιοποικιλότητα. Η εισβολή αυτών των φυτών και η κατάληψη του χώρου είναι ο δείκτης της οικολογικής υποβάθμισης των υγροτόπων.
4. Οι τηλεπισκοπικές τεχνικές φάνηκαν οικονομικά αποδοτικότερες σε σχέση με άλλες μεθοδολογίες εκτίμησης της οικολογικής κατάστασης υγροτόπων και τη χαρτογράφηση της παραυδάτιας βλάστησης, αφού είναι σε θέση να καλύψουν μεγάλες περιοχές και μπορούν να βοηθήσουν στην διάκριση των διαφορετικών φυτικών κοινοτήτων των υγροτόπων, καθώς και για την μελέτη και παρακολούθηση τους.