Ετερογένεια ενδιαιτημάτων προωθούν ποικιλότητα ορνιθοπανίδας στα αγροτικά τοπία: Πληροφορίες από τηλεπισκοπικά δεδομένα

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 16:21, 25 Φεβρουαρίου 2024

Πρωτότυπος τίτλος: Habitat heterogeneity promotes bird diversity in agricultural landscapes: Insights from remote sensing data

Συγγραφείς: Matteo Anderlea, Mattia Brambilla, Andreas Hilpolda , Joy Giovanni Matabishia , Chiara Panicciaa , Duccio Rocchinif, Jennifer Rossina, Erich Tassera , Michele Torresanih , Ulrike Tappeinera, Julia Seebera

Δημοσιεύθηκε: Basic and Applied Ecology Volume 70, August 2023, Pages 38-49 https://doi.org/10.1016/j.baae.2023.04.006

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η αυξανόμενη απώλεια της βιοποικιλότητας στα ευρωπαϊκά αγροτικά τοπία αποδίδεται σε μεγάλο βαθμό στην εντατικοποίηση της γεωργοκτηνοτροφίας και την εγκατάλειψη των περιφερειακών ζωνών τις τελευταίες δεκαετίες. Τα αγροτικά πτηνά αποτελούν βασικό συστατικό της γεωργικής βιοποικιλότητας και συγκαταλέγονται μεταξύ των πιο απειλούμενων ομάδων πουλιών στην Ευρώπη. Επιπλέον, ιδιαίτερα στα αγροτικά τοπία, τα πτηνά παρέχουν κρίσιμες υπηρεσίες στο οικοσύστημα, όπως φυσικό έλεγχο παρασίτων, επικονίαση ή διασπορά σπόρων, το οποίο θα πρέπει να διασφαλίζεται και για τις μελλοντικές γενιές. Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιοδείκτες ειδικά στα αγροοικοσυστήματα λόγω της ευαισθησίας που παρουσιάζουν στις περιβαλλοντικές αλλαγές. Τα τηλεπισκοπικά δεδομένα συνήθως παρέχουν δείκτες της ετερογένειας του τοπίου ή των οικοτόπων και μπορούν να ξεπεράσουν τους περιορισμούς χαρτογράφησης, επιτρέποντας την πλήρη κάλυψη δεδομένων υψηλής ανάλυσης σε κλίμακα τοπίου σε συντομότερο και ευκολότερο τρόπο. Τα τελευταία χρόνια, το LiDAR (Light Detection And Ranging) και πολυφασματικά δεδομένα έχουν εφαρμοσθεί εκτενώς για τη μοντελοποίηση των προτύπων βιοποικιλότητας. Η μελέτη μας αξιολόγησε τις επιδράσεις της ετερογένειας του τοπίου και του ύψους της κομοστέγης στα πουλιά, αξιοποιώντας την αυξανόμενη διαθεσιμότητα των τηλεπισκοπικών δεδομένων που περιλαμβάνουν τοπογραφικές μεταβλητές, δορυφορικά πολυφασματικά δεδομένα και δεδομένα LiDAR. Επικεντρωθήκαμε σε υψηλής ποικιλότητας αγροτικά αλπικά τοπία, κατά μήκος μιας ευρείας υψομετρικής διαβάθμισης (200-1800 μ. υψόμετρο), που χαρακτηρίζει την περιοχή μελέτης και διαμορφώνει τις τοπικές κοινότητες πουλιών. Τα χαρακτηριστικά αυτά καθιστούν την περιοχή μελέτης ιδιαίτερα κατάλληλη για τη διερεύνηση των επιδράσεων της ετερογένειας σε διαφορετικές συνθήκες και κλίμακες.

2. Υλικά Και Μέθοδοι

Περιοχή μελέτης

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στην αυτόνομη επαρχία νότια στο Τιρόλο (βορειο-ανατολική Ιταλία) στις Κεντρικές Άλπεις(Α) και καλύπτει μια έκταση περίπου 7400 km2, με ένα υψόμετρο μεταξύ 194 m και 3905 m υψόμετρο (Εικ. 1). Η περιοχή είναι κυρίως ορεινή και κυρίως καλύπτεται από δάση (50%), βοσκοτόπια (22%), λιβάδια (10%), μη παραγωγικές περιοχές (στις οποίες περιλαμβάνονται τα ψηλά βουνά και οι παγετώνες, 10%), οπωρώνες (3%), αμπελώνες (1%), ετήσιες καλλιέργειες (1%) και διακανονισμοί (3%) με 118 σημεία μελέτης στα αγροτικά τοπία(Β).

Εικόνα 1. (Α)Περιοχή μελέτης που βρίσκεται στις Κεντρικές Άλπεις (βορειοανατολική Ιταλία, αυτόνομη επαρχία του Νοτίου Τιρόλου) και (Β) οι 118 περιοχές μελέτης σε γεωργικές περιοχές

Δεδομένα Ορνιθοπανίδας

Ένας μεμονωμένος παρατηρητής μελέτησε ημερήσια είδη πουλιών από τις 15 Απριλίου έως τις 15 Ιουλίου μεταξύ 2019-2021. Η περίοδος των παρατηρήσεων συμπίπτει με την αναπαραγωγική περίοδο στις Άλπεις. Εξαιρέθηκαν τα μεταναστευτικά είδη καθώς και τυχαία περαστικά είδη που δεν αναπαράγονται και δε σχετίζονται με τις περιοχές μελέτης. Έγινε επίσκεψη στις περιοχές 3 φορές στον ίδιο χρόνο και καταμετρήθηκαν σε ακτίνα 100μέτρων με τη μέθοδο 10λεπτων σημείων με τουλάχιστον δύο εβδομάδες ανάμεσα στις επισκέψεις. Τα σημεία αυτά άλλαξαν μεταξύ των διαδοχικών μελετών. Η καινούργια απόσταση μεταξύ των δύο σημείων έγινε 800μέτρα με σκοπό να αποφευχθούν οι διπλές καταμετρήσεις. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν λίγο μετά την ανατολή του ηλίου(5.30π.μ) και ολοκληρώθηκαν στις 11 π.μ αποφεύγοντας και τις δυσμενείς συνθήκες δηλαδή μέτριοι και ισχυροί άνεμοι ή έντονη βροχή/χιόνι.

Περιβαλλοντικές Μεταβλητές

Τοπογραφικές, LIDAR και πολυφασματικές μεταβλητές υπολογίστηκαν σε κλίμακες 100 και 400 για την εκτίμηση οικοτόπων και περιβαλλοντικών χαρακτηριστικών με τη μικρότερη κλίμακα να αντικατοπτρίζει το μέγεθος επικράτειας των στρουθιόμορφων πουλιών κατά την αναπαραγωγική περίοδο ενώ η μεγαλύτερη κλίμακα αντιστοιχεί στις ευρύτερες περιοχές μεγαλύτερων πουλιών.

Εικόνα 2. Τύπος περιβαλλοντικής μεταβλητής, πλήρες όνομα, περιγραφές, εύρος τιμών, ερμηνεία, για όσες έχουν εισαχθεί στα κατά μέσο όρο πιο υποστηριζόμενα μοντέλα.

Τοπογραφικές Μεταβλητές

Εξήχθησαν τοπογραφικές μεταβλητές από το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους με βάση την Airborne Laser Scanning campaign που πραγματοποιήθηκε το 2006 από τον τομέα του Μπολζάνο (http://geocatalogo. retecivica. bz. it/geokatalog/). Επιπλέον, υψόμετρο, κλίση και η δυνητική ηλιακή ακτινοβολία χρησιμοποιήθηκαν με χωρική ανάλυση 2,5 m.

Lidar Μεταβλητές

Εξήχθησαν μεταβλητές LiDAR από Airborne Laser Scanning campaign που διεξήχθη το 2004 2006,το μοντέλο ύψους κομοστέγης (CHM) που προέκυψε από το αρχικό νέφος σημείων που είχε χωρική ανάλυση 2,5 m. Τα ανθρώπινα τεχνουργήματα αφαιρέθηκαν από το CHM χρησιμοποιώντας ένα shapefile του τα κτίρια που εμπίπτουν στις περιοχές μελέτης. Στο 100 και 400 m κλιμάκων υπολογίστηκαν σε κάθε τοποθεσία οι ακόλουθοι δείκτες: στρώμα βοτάνων, στρώμα θαμνών, στρώμα δέντρων, μέσο ύψος κομοστέγης, μέγιστο ύψος κομοστέγης, τυπική απόκλιση ύψους κόμης, κάλυψη κομοστέγης και LiDAR Δείκτης Q Rao.

Πολυφασματικές Μεταβλητές

Με χρήση του Google Earth Engine στο R υπολογίστηκε ένας Χάρτης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) του Sentinel-2 με χωρική ανάλυση 10 m για τα έτη 2019, 2020 και 2021. Κάθε χάρτης προέκυψε ως μια σύνθετη μέση τιμή NDVI όλων των διαθέσιμων εικόνων χωρίς σύννεφα για την περίοδο από τις 15 Απριλίου έως 15 Ιουλίου. Για τις πολυφασματικές μεταβλητές, χρησιμοποιήθηκε ένας χάρτης το έτος που συνάδει με την περίοδο κατά την οποία έγινε η έρευνα της ορνιθοπανίδας. Τα πολυφασματικά δεδομένα επιτρέπουν τη μέτρηση των χαρακτηριστικών των φυτών και τη ποικιλομορφία βλάστησης. Επιπλέον, οι μετρικές υφής που προέρχονται από πολυφασματικά δεδομένα ποσοτικοποιούν φασματική και χωρική μεταβολή των τιμών των εικονοστοιχείων μιας εικόνας, και έτσι υποδηλώνουν πληροφορίες σχετικά με τη φασματική και χωρική ετερογένεια της βλάστησης. Ο μέσος NDVI, ο μέγιστος NDVI, η τυπική απόκλιση του NDVI και του δείκτη Q του NDVI Rao υπολογίστηκαν σε κάθε περιοχή μελέτης.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Καταμετρήθηκαν συνολικά 3794 άτομα που ανήκαν σε 91 είδη- οι καμπύλες συσσώρευσης έδειξαν ότι η δειγματοληψία ήταν επαρκής και πλήρης. Το πιο κοινό είδος ήταν ο κότσυφας (Turdus merula) με 309 καταγραφές, ακολουθούμενη από τον κοινό σπίνο (Fringilla coelebs, 265)- μερικά από τα σπανιότερα ήταν ο καλαμοκανάς (Crex crex), η ortolan bunting/ βλάχος (Emberiza hortulana) και woodlark/δεντροσταρήθρα (Lullula arborea). Tα πουλιά που φωλιάζουν στο έδαφος-υποόροφο αντιπροσώπευαν το 38,5% των ειδών που ερευνήθηκαν, τα πουλιά που φωλιάζουν στο μεσαίο όροφο και στη κομοστέγη για 23.1%, τα πουλιά που φωλιάζουν στα δέντρα για 19,8% και αυτά που φωλιάζουν σε βράχους και κτίρια για 18,7%. Αυτά που βρίσκονται στις αγροτικές εκτάσεις και αλπικά λιβάδια αντιπροσώπευαν το 29,7%, ενώ το 26,4% ήταν δασόβια είδη, ενώ τα υπόλοιπα (44,0%) ήταν γενικευμένα είδη. Τα μισά από τα είδη (51,0%) ήταν μη απειλούμενα πουλιά, τα απειλούμενα πουλιά (κυρίως αγροτικά είδη πουλιών) ήταν 23,7% και τα υπόλοιπα είδη (25,3%) είχαν άγνωστη κατάσταση. Όσον αφορά τα δεδομένα τηλεπισκόπησης, ο δείκτης Q του Rao NDVI επιλέχθηκε σε περισσότερα από τα μισά τελικά μοντέλα και ήταν η πιο συχνά σημαντική πολυφασματική μεταβλητή στα μοντέλα. Ο δείκτης Q του LiDAR Rao διατηρήθηκε σε 10 από τα 12 και ήταν η πιο συχνά συμπεριληφθείσα μεταβλητή.

ΣΥΖΗΤΗΣΗ

Για παράδειγμα, η αύξηση της κλίσης και του υψομέτρου ευνόησε κυρίως μια κοινότητα δασικών πουλιών, ενώ η υψηλή ηλιακή ακτινοβολία ευνόησε μια ποικιλόμορφη και πλούσια κοινότητα και ήταν ιδιαίτερα σημαντική για τα αγροτικά πουλιά. Το υψηλό NDVI και το LiDAR Rao Q συσχετίζονται με υψηλή ποικιλότητα και το NDVI Rao's Q επίσης με τη λειτουργική εντροπία των κοινοτήτων πουλιών στα αγροτικά τοπία. Το πρώτο ήταν πιο σημαντικό για τα αγροτικά και απειλούμενα είδη και το τελευταίο για τα δασικά είδη. Όπως προβλέφθηκε, αύξηση του μέσου και μέγιστου NDVI κυρίως προκάλεσε μετατόπιση της κοινότητας των πουλιών από τα αγροτικά στα δασικά είδη που φωλιάζουν, από τα απειλούμενα στα μη απειλούμενα, και από τα πουλιά που φωλιάζουν στο έδαφος-υποόροφο σε δασικά είδη που φωλιάζουν στον μεσοόροφο, στη κομοστέγη και στις κουφάλες των δέντρων. Το στρώμα θαμνώδης βλάστησης υποστηρίζει δασόβια είδη σε 400 μέτρα κλίμακα. Η ποικιλότητα των ειδών επηρεάστηκε θετικά και στις δύο κλίμακες από την ηλιακή ακτινοβολία και το Q του LiDAR Rao, και στα 400 m από τον NDVI Q του Rao.

4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Τα ευρήματα έδειξαν ότι ένας συνδυασμός εικόνων LiDAR και πολυφασματικών εικόνων, οι οποίες λαμβάνουν επίσης υπόψη τις τοπογραφικές πτυχές, μπορούν να προβλέψουν καλύτερα τα χαρακτηριστικά των κοινωνιών των πτηνών σε αγροτικά τοπία. Οι επιδράσεις της ετερογένειας και των χαρακτηριστικών των ενδιαιτημάτων στις κοινωνίες των πουλιών μπορεί να βοηθήσει στον καθορισμό μέτρων διατήρησης, όπως π.χ. με το πλαίσιο της νέας Κοινής Γεωργικής Πολιτικής (2023-30). Αύξηση της ετερογένειας των ενδιαιτημάτων, ιδιαίτερα στις φτωχές κοιλάδες, όπου η εντατικοποίηση και η ομογενοποίηση του τοπίου είναι μαζικές, είναι το κλειδί στη διατήρηση των αγροτικών πουλιών. Μεγάλη ετερογένεια ενδιαιτημάτων, π.χ. διαφοροποίηση των γεωργικών πρακτικών και υψηλή διαθεσιμότητα στοιχείων τοπίου μεταξύ των αγρών, όπως οι ξερολιθιές, μεμονωμένα δέντρα, φυτοφράχτες, δενδροστοιχίες ή μικρά δάση, θα πρέπει να διατηρηθούν και να αποκατασταθούν. Η αύξηση της ετερογένειας θα ωφελήσει σε μεγάλο βαθμό τη συνολική βιοποικιλότητα συμβάλλοντας παράλληλα στην αύξηση της πολιτιστικής αξίας των αγροτικών τοπίων.