Análisis de Series Temporales Hiperespectrales de Especies Nativas e Invasoras en Bosques Lluviosos de Hawái
Autores: Somers, Ben; Asner, Gregory P.
Idioma: Inglés
Editor: Molecular Diversity Preservation International (MDPI)
Año: 2012
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Medioambientales
Subcategoría
Ciencia y tecnología de los recursos naturales
Palabras clave
Ecosistemas únicos
Islas Hawái
Especies invasoras
Espectroscopía de imágenes
Separabilidad espectral
árboles nativos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
Los ecosistemas únicos de las Islas Hawái están siendo amenazados progresivamente tras la introducción de especies exóticas. La implementación operativa de la teledetección para la detección, mapeo y monitoreo de estas invasiones biológicas se ve actualmente obstaculizada por la falta de conocimiento sobre la separabilidad espectral entre especies nativas e invasoras. Utilizamos espectroscopía de imágenes desde el espacio para analizar la dinámica estacional de las propiedades de reflectancia hiperespectral del dosel de cuatro especies de árboles: (i) Metrosideros polymorpha, una especie nativa clave de Hawái; (ii) Acacia koa, un fijador de nitrógeno nativo de Hawái; (iii) el altamente invasor Psidium cattleianum; y (iv) Morella faya, un fijador de nitrógeno altamente invasor. La separabilidad específica de las firmas de reflectancia y reflectancia derivada extraídas de una serie temporal de Earth Observing-1 Hyperion, compuesta por 22 imágenes libres de nubes que abarcan un período de cuatro años, fue evaluada cuantitativamente utilizando el Índice de Separabilidad (SI). El análisis reveló que los árboles nativos de Hawái eran universalmente únicos en comparación con los árboles invasores en su reflectancia en el infrarrojo cercano-1 (700-1,250 nm) (0.4 > SI > 1.4). Debido a su mayor índice de área foliar, los árboles invasores generalmente tenían una mayor reflectancia en el infrarrojo cercano. En menor medida, también se pudo demostrar que los árboles fijadores de nitrógeno eran espectralmente únicos en comparación con los árboles no fijadores. El mayor contenido de nitrógeno en las hojas de los árboles fijadores de nitrógeno se expresó a través de separabilidades ligeramente aumentadas en las bandas de reflectancia visible y de infrarrojo cercano (SI = 0.4). También encontramos que la fenología es clave para el análisis de separabilidad espectral. Así, se demostró que la separabilidad espectral en la reflectancia en el infrarrojo cercano-1 entre los grupos de especies nativas e invasoras se expresó más en verano (SI > 0.7) que en invierno (SI < 0.7). La menor separabilidad se observó de marzo a julio (SI < 0.3). Esto podría explicarse por el hecho de que las especies invasoras aprovechan el período cálido del verano para expandir su dosel. Sin embargo, no hubo una ventana de tiempo específica ni una única región espectral que definiera siempre la separabilidad de todos los grupos de especies, por lo que el monitoreo intensivo de la fenología de las plantas, así como el uso del espectro de rango completo (400-2,500 nm), fue altamente ventajoso para diferenciar cada especie. Estos resultados establecen una base para un programa operativo de monitoreo de especies invasoras en Hawái utilizando espectroscopía de imágenes desde el espacio.
Descripción
Los ecosistemas únicos de las Islas Hawái están siendo amenazados progresivamente tras la introducción de especies exóticas. La implementación operativa de la teledetección para la detección, mapeo y monitoreo de estas invasiones biológicas se ve actualmente obstaculizada por la falta de conocimiento sobre la separabilidad espectral entre especies nativas e invasoras. Utilizamos espectroscopía de imágenes desde el espacio para analizar la dinámica estacional de las propiedades de reflectancia hiperespectral del dosel de cuatro especies de árboles: (i) Metrosideros polymorpha, una especie nativa clave de Hawái; (ii) Acacia koa, un fijador de nitrógeno nativo de Hawái; (iii) el altamente invasor Psidium cattleianum; y (iv) Morella faya, un fijador de nitrógeno altamente invasor. La separabilidad específica de las firmas de reflectancia y reflectancia derivada extraídas de una serie temporal de Earth Observing-1 Hyperion, compuesta por 22 imágenes libres de nubes que abarcan un período de cuatro años, fue evaluada cuantitativamente utilizando el Índice de Separabilidad (SI). El análisis reveló que los árboles nativos de Hawái eran universalmente únicos en comparación con los árboles invasores en su reflectancia en el infrarrojo cercano-1 (700-1,250 nm) (0.4 > SI > 1.4). Debido a su mayor índice de área foliar, los árboles invasores generalmente tenían una mayor reflectancia en el infrarrojo cercano. En menor medida, también se pudo demostrar que los árboles fijadores de nitrógeno eran espectralmente únicos en comparación con los árboles no fijadores. El mayor contenido de nitrógeno en las hojas de los árboles fijadores de nitrógeno se expresó a través de separabilidades ligeramente aumentadas en las bandas de reflectancia visible y de infrarrojo cercano (SI = 0.4). También encontramos que la fenología es clave para el análisis de separabilidad espectral. Así, se demostró que la separabilidad espectral en la reflectancia en el infrarrojo cercano-1 entre los grupos de especies nativas e invasoras se expresó más en verano (SI > 0.7) que en invierno (SI < 0.7). La menor separabilidad se observó de marzo a julio (SI < 0.3). Esto podría explicarse por el hecho de que las especies invasoras aprovechan el período cálido del verano para expandir su dosel. Sin embargo, no hubo una ventana de tiempo específica ni una única región espectral que definiera siempre la separabilidad de todos los grupos de especies, por lo que el monitoreo intensivo de la fenología de las plantas, así como el uso del espectro de rango completo (400-2,500 nm), fue altamente ventajoso para diferenciar cada especie. Estos resultados establecen una base para un programa operativo de monitoreo de especies invasoras en Hawái utilizando espectroscopía de imágenes desde el espacio.