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Altitud clave para mapear mezquite, crecimiento del tallo azul

Altitud clave para mapear mezquite, crecimiento del tallo azul
Tallo azul amarillo. Crédito: Universidad Tecnológica de Texas

En Texas, los árboles de mezquite son tan comunes como el fútbol, ​​las tormentas eléctricas y las calurosas noches de verano. Es un alimento básico de la cocina al aire libre y prevalece en casi todas las partes del estado.


por George Watson, Universidad Tecnológica de Texas


Pero, para los administradores de tierras, la propagación del mezquite de miel , una especie nativa y prevalente, es un problema, al igual que el tallo azul amarillo no nativo, una especie de hierba nativa del este de Europa y Asia que se ha extendido por todo el sur de los EE. últimas décadas. Juntas, estas dos especies son una amenaza para el mantenimiento de la diversidad y productividad de los pastizales.

Sin embargo, controlar estas dos especies ha sido difícil. Con suerte, gracias a la investigación de un equipo del Departamento de Gestión de Recursos Naturales (NRM) de la Universidad Tecnológica de Texas, los administradores de pastizales ahora pueden tener un método para obtener una ventaja en el control de la propagación del mezquite de miel y el tallo azul amarillo.

«Los administradores de pastizales están interesados ​​en erradicar ambas especies para mantener la diversidad y productividad de los pastizales», dijo Carlos Portillo-Quintero, profesor asociado de NRM. «Sin embargo, su supresión es un proceso a nivel de sitio implementado por el administrador de pastizales que involucra tratamientos mecánicos o químicos regulares».

El ex alumno de maestría Matthew Jackson, que ahora se desempeña como Gerente de Sistema de Información Geográfica / Sensores Remotos para el Conservatorio Memorial Park en Houston, dirigió un proyecto junto con Portillo-Quintero y Robert Cox, profesor asociado de NRM y profesor de excelencia en la enseñanza del presidente, utilizando vehículos aéreos (UAV) para estudiar los efectos y la capacidad de detectar y mapear el crecimiento del mezquite y el tallo azul. Los resultados podrían ayudar a los administradores de pastizales a controlar mejor la propagación y la eficacia de las técnicas de erradicación.

«En el Laboratorio de Tecnologías Geoespaciales de Texas Tech, hemos estado utilizando UAV comerciales de bajo costo para inspeccionar y mapear características ecológicas en diferentes tipos de paisajes alrededor de Texas», dijo Portillo-Quintero. «El objetivo era generar conocimiento sobre las mejores prácticas que los administradores y contratistas de pastizales pueden aplicar al utilizar este tipo de tecnología cartográfica».

Junto a Jackson, Portillo-Quintero y Cox en el proyecto estuvieron el presidente del Departamento de Ciencias de Plantas y Suelos y profesor asociado Glen Ritchie, los estudiantes graduados de NRM Mark Johnson y Mukti Subedi, y el profesor asistente de geología de la Universidad Estatal de Nueva York-Potsdam Kamal Humagain. La investigación se llevó a cabo en el sitio de pastizales nativos de la Facultad de Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales (CASNR) en el condado de Lubbock, diseñado para estudios de investigación ecológica y de manejo de pastizales.

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Miel de mezquite. Crédito: Universidad Tecnológica de Texas

Identificar el problema

Según Portillo-Quintero, el tallo azul amarillo es una especie de gramínea que forma matas que se introdujo en los EE. UU. Como pasto de pastoreo experimental debido a su enorme productividad de semillas y fácil establecimiento. A medida que se promovió en las tierras del Programa de Reservas de Conservación (CRP) en todo Oklahoma y Texas, comenzó a apoderarse de los pastizales nativos con efectos nocivos sobre la diversidad de plantas nativas, animales pequeños y aves.

Actualmente, el tallo azul amarillo se puede encontrar en aproximadamente 60 de los 254 condados de Texas, mientras que el mezquite de miel se encuentra en todos los rincones del estado y en todas partes. Una especie nativa, el mezquite de miel se limitaba principalmente a áreas de drenaje bajas con suelos arenosos antes del asentamiento europeo. Desde el siglo XIX, dijo Portillo-Quintero, el intenso pastoreo de ganado y la extinción de incendios han permitido que el mezquite de miel cubra vastos territorios.

Controlar la propagación de ambas especies es un punto de interés para los administradores de pastizales en todo el estado. Encontrar una forma novedosa de controlar esta propagación es el objetivo de los administradores de pastizales, y los hallazgos de la investigación del equipo de Texas Tech podrían ser lo que están buscando.

Mapeo UAV

Con el fin de determinar de la mejor manera qué tan amplia y rápidamente se propagan el mezquite miel y el tallo azul amarillo, los investigadores de Texas Tech utilizaron un UAV DJI Phantom 3 Pro equipado con una cámara de 12 megapíxeles. El UAV realizaría vuelos de una hora utilizando la aplicación móvil Pix 4-D Capture en un iPhone para crear planes de vuelo y volar automáticamente el UAV.

Portillo-Quintero dijo que esta configuración se usó debido a su popularidad y bajo costo para que los administradores de tierras pudieran usar la misma configuración de manera asequible si querían realizar los mismos vuelos.

Altitud clave para mapear mezquite, crecimiento del tallo azul
Un ejemplo del vehículo aéreo no tripulado utilizado para documentar el mezquite de miel y la propagación de vapor azul amarillo. Crédito: Universidad Tecnológica de Texas

Se realizaron vuelos y se recopilaron datos a altitudes de 30, 60 y 100 metros. El UAV y la cámara pudieron capturar imágenes de alta resolución y elevaciones en todo el sitio de pastizales, y se utilizó un proceso de clasificación de imágenes utilizando algoritmos de inteligencia artificial y otros clasificadores para detectar las plantas de mezquite de miel y de tallo azul amarillo.

«Para ser detectables, los arbustos de mezquite tendrían que ser juveniles o plantas adultas», dijo Portillo-Quintero. «El tallo azul amarillo tendría que ser adulto. La influencia del fondo del suelo y su similitud con otras especies de pastos hace que sea más difícil de detectar con precisión».

Los vuelos se realizaron estacionalmente desde el verano de 2017 hasta el otoño de 2018 debido a factores de lluvia y temperatura que afectan la detectabilidad de la vegetación desde arriba.

«La mayoría de las plantas en los pastizales, incluidos los arbustos de mezquite y el tallo azul en el invierno, tienen una actividad fotosintética reducida o nula, lo que significa que todo parece marrón o muerto», dijo Portillo-Quintero. «Durante el verano, es al revés, todas las especies de plantas están en su pico de verdor».

«Descubrimos que tanto la temporada de invierno como la de verano son problemáticas porque las plantas se ven tan similares que es difícil distinguir claramente entre ellas. El trabajo de Matthew mostró cómo la recopilación de datos en la primavera, donde el mezquite y el tallo azul se distinguen de otras especies de césped y arbustos, mejora en gran medida nuestra capacidad para mapearlos utilizando software y algoritmos de clasificación de imágenes «.

La altitud importa

De todos los vuelos realizados por el UAV en todo tipo de temporadas, se determinó que los vuelos a 100 metros realizados durante la primavera fueron los más efectivos, con más del 80% de precisión, para mapear marquesinas de mezquite según los valores de reflexión y la información de segmentación de imágenes. . Sin embargo, para el tallo azul amarillo, la precisión del mapeo a 100 metros fue extremadamente baja, menos del 20%.

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Esta serie de fotos muestra qué tan bien se puede detectar el crecimiento del tallo azul amarillo y el mezquite de miel en elevaciones más altas. Crédito: Universidad Tecnológica de Texas

«A los 100 metros de altitud, la información espectral se recopila a tamaños de píxeles más gruesos», dijo Portillo-Quintero «Esto permite una respuesta espectral mixta que tiende a mezclar ramas con las hojas y el fondo del suelo, formando un espectro espectral más uniforme y distinto firma de la especie de planta. En altitudes más bajas, el píxel es tan pequeño que introduce más ruido en la imagen, lo que dificulta la cartografía precisa de las especies «.

La investigación también involucró el uso de algoritmos de clasificación Support Vector Machine, que pueden profundizar en los patrones de respuesta espectral y formas de dosel de las especies específicas. Pueden aprender qué factores son más importantes en la detección y mapeo de especies individuales y son esenciales para detectar plantas individuales utilizando imágenes de UAV.

Los resultados de la investigación deberían darles a los administradores de tierras una ventaja para detectar y controlar la propagación del mezquite de miel y el tallo azul amarillo.

«Usando las recomendaciones de nuestro trabajo, es posible mapear la distribución de los árboles de mezquite y planificar con anticipación su remoción con alta precisión», dijo Portillo-Quintero. «Ahora es mucho más fácil para los técnicos e investigadores realizar dicha evaluación con menos costo y esfuerzo en menos tiempo. Los contratistas a cargo de la gestión de una invasión de mezquite, por ejemplo, pueden confiar en las mediciones basadas en UAV para tener una mejor idea de la cantidad de materiales y equipos necesarios para su remoción. Un antes y un después la evaluación también puede mostrar la efectividad de sus técnicas de remoción al propietario «.

Dado el éxito de este proyecto, Portillo-Quintero dijo que el siguiente paso sería continuar con esta línea de investigación utilizando UAV y cámaras multiespectrales, investigando potencialmente otros datos de detección remota como detección de luz y rango (lidar), o usando luz láser para iluminar y medir el reflejo de un objeto. Portillo-Quintero dijo que Jackson ha comenzado a implementar estas técnicas para el mapeo de cobertura de árboles y la investigación de ecología urbana en su puesto en el Conservatorio Memorial Park.

«Identificar y monitorear plantas juveniles y adultas mientras colonizan nuevas áreas en el paisaje ayuda a priorizar las ubicaciones para el tratamiento», dijo Portillo-Quintero, «todas estas son actividades que consumen dinero y tiempo».


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