Η επίδραση της περιτροπικής βόσκησης των Ιβηρικών δασολιβαδικών συστημάτων με δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς NDVI

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Assessing the effect of rotational grazing adoption in Iberian silvopastoral systems with Normalized Difference Vegetation Index time series

Συγγραφείς: Antonio Frongia, Antonio Pulina, Alberto Tanda, Giovanna Seddaiu, Pier Paolo Roggero, Gerardo Moreno

Λέξεις κλειδιά: Χρονοσειρές, προσαρμοστική βόσκηση, διαχείριση βόσκησης, φαινολογία λιβαδιών, τηλεπισκόπηση

Δημοσιεύθηκε: Italian Journal of Agronomy 2023, volume 18:2185, https://doi.org/10.4081/ija.2023.2185

Ορισμός

Προσαρμοστικοί περιφραγμένοι χώροι που στα αγγλικά μεταφράζεται ως Adaptive multi paddock (AMP) αφορά ένα σύστημα βόσκησης το οποίο συνδυάζει εντατική γρήγορη βόσκηση κυκλικά με σύντομες περιόδους βόσκησης και μετά από τη βόσκηση εκτενή χρόνο αποκατάστασης και ανάκαμψης. Σε ένα μεσογειακό δασολιβαδικό οικοσύστημα έπειτα από την εφαρμογή αυτού του τύπου βόσκησης παρουσιάζεται αλλαγή στη φαινολογία του βοσκότοπου και στη μεταβλητότητα του συγκρίνοντας τις διάφορες χρήσεις γης με μεθόδους τηλεπισκόπησης με δείκτες βλάστησης(NDVI) μέσω δορυφόρου Landsat.

Εισαγωγή

Η τηλεπισκόπηση μέσω δορυφορικών δεδομένων χρησιμοποιείται ευρέως για τον ποσοτικό προσδιορισμό παραγωγικότητας των καλλιεργειών, κτηνοτροφικών καλλιεργειών και χορτολιβαδικών εκτάσεων. Μελέτες για τη παραγωγή βιομάζας και επιπτώσεις των πρακτικών διαχείρισης στη διαθεσιμότητα τροφής συχνά εστιάζεται στους ομοιογενείς λειμώνες. Όμως το σχήμα, η πολυπλοκότητα και η ετερογένεια των αγροδασικών συστημάτων καθιστούν την τηλεπισκόπηση δυσκολότερη από ό,τι σε διακριτούς και ομοιογενείς τύπους κάλυψης γης, όπως δάση και λειμώνες. Η πολυπλοκότητα αυξάνεται όταν χρησιμοποιούνται εργαλεία τηλεπισκόπησης για τον προσδιορισμό των φαινολογικών φάσεων και αλλαγών των βοσκοτόπων από τότε που τα συστήματα αυτά συνδυάζουν ποώδες και θαμνώδες υπόγειο με χαμηλής πυκνότητας κάλυψης δέντρων. Μεταξύ των φασματικών δεικτών που αναπτύχθηκαν για την παρακολούθηση της βλάστησης, ο δείκτης βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς (NDVI) είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος ως υποκατάστατο της κλασματικής απορροφημένης φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας για την παρακολούθηση της δυναμικής των βοσκοτόπων, η οποία με τη σειρά της σχετίζεται με την παραγωγή βοσκοτόπων και στη συνέχεια διαθεσιμότητα βοσκήσιμης ύλης για βόσκηση. Επιπλέον, η ανάλυση της μεταβλητότητας του NDVI μπορεί να παρέχει πληροφορίες σχετικά με την αποτελεσματικότητα της διαχείρισης της βόσκησης από τη μεταβλητότητα των δεικτών του NDVI εντός των μονάδων βόσκησης, όπως ο NDVI τυπική απόκλιση (SD), που σχετίζονται με το επίπεδο αξιοποίησης των λιβαδικών πόρων από τα ζώα που βόσκουν. Υιοθετώντας αυτό το σύστημα βόσκησης σαν διαχειριστικό εργαλείο στόχος είναι η σταθερότητα και η παραγωγικότητα των λιβαδικών οικοσυστημάτων σε σχέση με την συνεχόμενη βόσκηση και κατά συνέπεια υπερβόσκηση.

2. Υλικά Και Μέθοδοι

Περιοχή Μελέτης

Το σύνολο της πειραματικής περιοχής ήταν περίπου 2250 εκτάρια, τα οποία διακρίνονται σύμφωνα με το CORINE Κάλυψη γης ως:

• αγροδασοπονική/δασολιβαδοπονική κάλυψη γης (43,3%)

• μη αρδευόμενες αρόσιμες εκτάσεις (35,5%)

• βοσκότοποι (12,4%)

• μόνιμα αρδευόμενες εκτάσεις (3,9%)

• μεταβατικά δάση-θάμνοι (3,8%)

• δάση πλατύφυλλων (1,0%)

Οι χορτολιβαδικές εκτάσεις εντός αυτών των κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων βόσκονταν από βοοειδή και πρόβατα, που παραδοσιακά διαχειρίζονται με συνεχή βόσκηση και χαμηλά ποσοστά αποθεματοποίησης. Σε κάθε εκμετάλλευση, δύο διαφορετικές καλύψεις γης εντοπίστηκαν: WG(ξυλώδης βλάστηση/λιβάδι) και GR(λιβάδι/βοσκότοπος). Το σύστημα βόσκησης AMP που εισήχθησε σε ορισμένα χωράφια κάθε αγροκτήματος μεταξύ 2014 και 2016, με αποτέλεσμα προσδιορίζοντας μια περίοδο πριν από την υιοθέτηση του AMP (πριν από το 2014, 2010-2014), μια μεταβατική περίοδο (2014-2016) και μια περίοδο μετά την οποία το σύστημα βόσκησης AMP ήταν καλά εδραιωμένο (2016-2021). Κατά την ίδια περίοδο μεγάλες περιοχές βόσκονταν με συνεχή βόσκηση CON. [Εικόνα 1] [Πίνακας 1]

Συλλογή Δεδομένων τηλεπισκόπησης

Οι εικόνες Landsat συλλέχθηκαν από τις Ηνωμένες Πολιτείες Geological Survey USGS (2023) web service. Εικόνες Landsat Level-2 με λιγότερο από 10% νεφοκάλυψη συλλέχθηκαν μεταξύ των διαθέσιμων (κάθε 16 ημέρες) από το Landsat-5 thematic mapper (TM) και Landsat-7 enhanced thematic mapper/ενισχυμένη (ETM) από τον Ιανουάριο 2010 έως Μάρτιος 2013 και από τον Landsat-8 operational land imager/θερμικό αισθητήρα υπερύθρων (OLI/TIR) από τον Απρίλιο του 2013 έως τον Δεκέμβριο του 2020. Οι εικόνες και από τους δύο δορυφόρους είχαν χωρική ανάλυση 30×30 m ανά pixel. Για την παρούσα μελέτη, συλλέχθηκαν κόκκινες και εγγύς υπέρυθρες (NIR) ζώνες και των δύο δορυφόρων, που αντιστοιχούν σε φασματικό πλάτος 0,63- 0. 69 µm και 0,64-0,67 µm για το κόκκινο (ζώνες 3 και 4 του Landsat-5/7 και Landsat 8, αντίστοιχα) και 0,76-0,90 µm και 0,85-0,88 µm για το NIR (ζώνες 4 και 5 των Landsat 5 και Landsat 8, αντίστοιχα). Η διόρθωση της ατμόσφαιρας πραγματοποιήθηκε για την αφαίρεση τυχόν επίδρασης της ατμόσφαιρας στην ανάκλαση, με αποτέλεσμα στις τηλεπισκοπικές εικόνες να διορθώσουμε τις τιμές ανάκλασης σε επίπεδο εικονοστοιχείου με τη χρήση του πρόσθετου ημιαυτόματης ταξινόμησης.

2.3. Συλλογή δεδομένων GPS και επεξεργασία

Πέντε ημέρες πριν από τη μετακίνηση, τοποθετήθηκαν περιλαίμια GPS σε δύο τυχαία επιλεγμένες προβατίνες, τα οποία φορέθηκαν σε όλη τη διαδρομή για προσαρμογή. Το ένα κολάρο παρείχε δεδομένα και το άλλο χρησίμευε ως εφεδρικό. Το σύστημα περιελάμβανε αισθητήρα GPS DMS-CattleSat 1.5 και τσιπ δέκτη UBX-R3, καταγράφοντας δεδομένα κάθε πέντε λεπτά, εκτός από τις περιόδους στάσης για εξοικονόμηση μπαταρίας. Η ακρίβεια της θέσης ήταν εντός δύο μέτρων, και τα εξαρτήματα μαζί με μια αντένα για να λαμβάνει δορυφορικό σήμα τοποθετημένα σε σκληρό πλαστικό περίβλημα ανθεκτικό σε κραδασμούς και υγρασία, βάρους 290 g. Η δεοντολογική έγκριση ελήφθη από την Επιτροπή Δεοντολογίας Πειραμάτων σε Ζώα του Πανεπιστημίου της Σαραγόσα, σύμφωνα με την ισπανική πολιτική για την προστασία των ζώων και την οδηγία 2010/63 της ΕΕ. Τα δεδομένα GPS μεταφορτώθηκαν από το σύστημα εντοπισμού Domodis, βελτιώθηκαν για την ακρίβεια και μετατράπηκαν σε μορφή σχήματος GIS για ανάλυση στο ArcGIS Pro 3.0.2. Οι πληροφορίες για το υψόμετρο εξήχθησαν με τη χρήση ενός χάρτη DEM λόγω του ότι οι συσκευές δεν κατέγραφαν συντεταγμένες Ζ. Τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά μεταξύ διαδοχικών θέσεων υπολογίστηκαν τα τρισδιάστατα προφίλ.

2.4. Tηλεπισκοπικά Δεδομένα

Οι υψομετρικές πληροφορίες αποκτήθηκαν από την έκδοση 3.0 της αποστολής Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), η οποία παρέχει πλέγματα DEM ανάλυσης 1 δευτερολέπτου. Αυτό επικαλύφθηκε με θέσεις GPS για την εξαγωγή υψομετρικών δεδομένων. Χρειάστηκε και αποτύπωση του τοπίου στη διαδρομή της μετακίνησης των ζώων με τις χρήσεις γης από το Κτηματολόγιο. Η χαρτογράφηση χρήσεων γης/κάλυψης γης (LU/LC) ελήφθη από το σύστημα υψηλής ανάλυσης για πληροφορίες σχετικά με την κατοχή εδάφους στην Ισπανία (HR SIOSE), ενσωματώνοντας δεδομένα από το Εθνικό Γεωγραφικό Ινστιτούτο και το Εθνικό Κέντρο Γεωγραφικών Πληροφοριών της Ισπανίας. Ο χάρτης LU/LC περιλάμβανε πάνω από 60 κατηγορίες, συμπεριλαμβανομένων των γεωργικών(20 κατηγορίες) και θάμνων, δασών και βοσκοτόπων (8 κατηγορίες) με την πρόσφατη έκδοση του 2017 να χρησιμοποιείται στη μελέτη. Το LU/LC για κάθε θέση GPS εξήχθη από αυτόν τον χάρτη.

3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

3.1.Τοπογραφία

Κατά τη διάρκεια του 23ήμερου μετακινούμενου ταξιδιού που κάλυψε 349,8 χιλιόμετρα, το κοπάδι ανέβηκε συνολικά σε υψόμετρο 1223 μέτρων, ενώ η ημερήσια διάρκεια του ταξιδιού κυμαινόταν από 9 έως 10 ώρες. Οι ημερήσιες αποστάσεις κυμαίνονταν από 19,06 km έως 8,85 km, με τη μικρότερη απόσταση να διανύεται την πρώτη ημέρα. Τα αρχικά στάδια συνάντησαν τις πιο απότομες κλίσεις, που έφθασαν το 60%, ιδίως στις πιο ορεινές περιοχές. Τα πρόβατα στα πρώτα στάδια αντιμετώπισαν αναβάσεις και καταβάσεις που υπερέβαιναν τα 500 μέτρα και συναντούσαν κλίσεις έως και 80%. Καθώς το ταξίδι προχωρούσε στο νότιο οροπέδιο της Ιβηρικής Χερσονήσου (ημέρες 12-14), οι κλίσεις μειώθηκαν σε περίπου 10%, με υψόμετρα κάτω από 100 m, διευκολύνοντας το ταξίδι. Η πρώτη ημέρα παρουσίασε σημαντικές υψομετρικές αλλαγές, καθώς το κοπάδι διέσχισε μία από τις κορυφές της Ιβηρικής οροσειράς, απαιτώντας σημαντική προσπάθεια. Προς το τέλος του ταξιδιού (ημέρες 21-23), η διαδρομή διέσχισε μια υπερυψωμένη, απότομη περιοχή που λειτουργούσε ως φυσικό σύνορο μεταξύ του νότιου οροπεδίου και της Ανδαλουσίας. Το τρισδιάστατο μοντέλο παρουσιάζει πως η μετακίνηση των ζώων παίρνει το πλεονέκτημα της φυσικής τοπογραφίας με χαρακτηριστικά όπως περάσματα και στενώματα για τη διάσχιση της ποικιλομορφίας του βουνού.

3.2. Χρήσεις Γης / Κάλυψη Γης (LU/LC)

Προτιμήθηκαν οι θαμνότοποι, οι αρδευόμενες ποώδεις καλλιέργειες και τα λιβάδια και το κοπάδι τρέφονταν με χαμηλή βλάστηση, όπως βοσκότοποι, ποώδεις καλλιέργειες και θάμνοι.

4.Συζήτηση

Οι επιδράσεις της χρήσης γης, της διαχείρισης της βόσκησης καθώς και της αλληλεπίδρασης στις εποχικές παραμέτρους βλάστησης μετά το AMP σύστημα καταγράφονται στον Πίνακα 4.

H επίδραση της χρήσης γης και της βόσκησης στις εποχιακές παραμέτρους βλάστησης

Οι διαφορές που παρατηρούνται μεταξύ GR και WG στις παραμέτρους εκτιμώντας την έναρξη και τη τιμή βάσης του NDVI (val_start, val_base) συνδέονται με την επίδραση των αειθαλών ειδών δέντρων (κυρίως Q. ilex και Q. suber) χαρακτηριστικά των οικοσυστημάτων Dehesas με βάση το NDVI. Στο πλαίσιο της ΑΜP μετά την υιοθέτηση της εκ περιτροπής βόσκησης(AMP), οι υψηλότερες τιμές των παραμέτρων εκτίμησης του NDVI στην αρχή του σταδίου ανάπτυξης (val_start, val_base) και τη μέγιστη τιμή της (val_peak, val_peak, integ_large) προτείνοντας ότι το σύστημα AMP μπορεί να τονώσει την επανεκκίνηση του φθινοπώρου, οδηγώντας σε υψηλότερη παραγωγή στην αιχμή της περιόδου, η οποία ήρθε κατά μέσο όρο νωρίτερα στο πλαίσιο του AMP από ό,τι στο CON(συνεχής βόσκηση).

Η επίδραση της χρήσης γης και διαχείρισης στη μεταβλητότητα του NDVI

Τα στοιχεία που προκύπτουν από την ανάλυση της μεταβλητότητας του NDVI επιβεβαίωσε την υπόθεση ότι η εκ περιτροπής βόσκηση θα μπορούσε να μειώσει την χωρική μεταβλητότητα της βιομάζας των βοσκοτόπων. Η υψηλότερη χωρική μεταβλητότητα του NDVI υπό τη βόσκηση CON μπορεί να αποδίδεται στη λιγότερο αποτελεσματική εκμετάλλευση της βοσκήσιμης ύλης. Αυτό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια της ποιότητας των βοσκοτόπων, δηλαδή την απώλεια όσπριων και άλλων εύγευστων ειδών, και στη συνέχεια τη γονιμότητα του εδάφους. Το εύρημα αυτό υποδηλώνει υψηλότερη αξιοποίηση των κτηνοτροφικών πόρων από τα ζώα που βόσκουν, γεγονός που οδηγεί σε υπολογισμό της εκ περιτροπής βόσκηση ως στρατηγικής για τη βελτίωση της βιομάζας υπό χαμηλά ποσοστά αποθεματοποίησης ενός βοσκότοπου στα εκτεταμένα διαχειριζόμενα δασο-κτηνοτροφικά συστήματα. Συνδυασμός δεδομένων υψηλής ανάλυσης με παρατήρηση πεδίου για την παραγωγικότητα και την ποιότητα της χορτονομής μπορεί να αποτελούν εργαλείο για τη βελτίωση της επιστημονικής γνώσης σχετικά με τις επιπτώσεις των πρακτικών βόσκησης στα μεσογειακά δασο-κτηνοτροφικά συστήματα.

5.Συμπεράσματα

Η μελέτη επιβεβαίωσε ότι η υιοθέτηση συστημάτων εκ περιτροπής βόσκησης, όπως η AMP, επηρεάζει σημαντικά τις εποχιακές παραμέτρους της βλάστησης και τη χωρική μεταβλητότητα, όπως προκύπτει από την ανάλυση NDVI. Παρόλο που δεν έδειξαν όλες οι παράμετροι θετική επίδραση, η συνολική χρονοσειρά NDVI έδειξε σημαντικές βελτιώσεις στη φαινολογία των βοσκοτόπων λόγω της βόσκησης AMP μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα 4-5 ετών. Αυτό υποδηλώνει αυξημένη διαθεσιμότητα βοσκήσιμης ύλης, ιδιαίτερα ευεργετική σε χαμηλά ποσοστά ζωικού κεφαλαίου σε μεσογειακά δασολιβαδικά συστήματα. Επιπλέον, η μελέτη ανέδειξε τη χρησιμότητα των δορυφορικών δεδομένων Landsat στην ανάλυση των επιπτώσεων της διαχείρισης της βόσκησης, αν και με περιορισμούς σε σύγκριση με τους νεότερους δορυφόρους. Οι επίγειες παρατηρήσεις κρίθηκαν απαραίτητες για την επικύρωση και την παροχή λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με την κατανομή της βιομάζας. Η αξιοποίηση δορυφορικών δεδομένων υψηλής ανάλυσης παράλληλα με παρατηρήσεις πεδίου προσφέρει πολλά υποσχόμενες προοπτικές για βαθύτερη κατανόηση των επιπτώσεων της εκ περιτροπής βόσκησης σε μεσογειακά περιβάλλοντα.