Monitoring ekosystému vzrostlých lesů pomocí strukturní komplexity digitálních fotografií

Verze PDF

Monitorovat ekologickou dynamiku přes několik časoprostorových škál je obtížné. Můžeme se ale omezit na několik málo proměnných, které budou sloužit ke kvantifikaci změn habitatu, tzv. ekologické ukazatele. V této studii se snažili zjistit, zda by za takový ukazatel nemohly být digitální fotografie. Jako míra strukturální komplexity sloužil průměrný informační zisk (Mean Information Gain, MIG) z fotografie. Ukázalo se, že při záběru malého úseku je intenzita světla pozitivně korelována s druhovou bohatostí. Na záběrech větších scenérií tvořil lesní podrost a vyšší patra rostlin predikovatelné hodnoty ekologické komplexity, které se daly odhadnout na základě intenzity a sytosti barev. MIG je tedy vhodný ekologický ukazatel, který má i výhody stran časové a ekonomické náročnosti, minimálně na monitoring stavby lesa.

Využitelné výstupy: 

Testování metodiky s MIG probíhalo v přírodní rezervaci Gault (Québec, Kanada), kde roste 700 z 1600 regionálních druhů cévnatých rostlin. Dominantními stromy zde jsou javor cukrový a buk velkolistý. Celý pokus zahrnoval dva experimenty: snímky a experiment na trajektorii. MIG, hlavní porovnávaná veličina, vyjadřuje množství prostorové heterogenity, ze které je vyloučena heterogenita neprostorová.
Snímky měly sloužit k posouzení komplexity a druhové bohatosti na malé ploše (pod 1 m2). Snímky byly pořizovány od června do poloviny srpna. Jednalo se o čtverec o straně 0,5 m tvořený bílými plastovými trubkami, který se položil na vybranou plochu a ze vzdálenosti jednoho metru byl vyfocen (pro kontrolu ze dvou stran). Každý čtverec byl vyfocen jen jednou za toto období. Obsah čtverce byl vyhodnocen metodou fytocenologického snímkování jak na druhové složení, tak na pokryvnost. Autoři se přitom snažili zachytit co nejširší spektrum ploch od kamenitých vrcholků po bažinaté nížiny, od pastvin po husté lesy, a nevyhýbali se ani místům se spoustou stromového opadu, plného oblázků anebo holé ornice. Chtěli tak ověřit robustnost této metody.
Experiment v trajektorii měl sloužit k detekci znaků, které něco vypovídají o habitatu na větších plochách (do 900 m2). Experiment v trajektorii sloužil na porovnání časové proměnlivosti ve strukturní komplexitě. Z toho důvodu bylo několik lokalit navštěvováno každý týden od května do začátku listopadu. Snímkování probíhalo na každé lokalitě z pěti stran (4 světové a nahoru). Jako další testované proměnné, které mohou mít vliv na hodnoty MIG, byly použity čas, intenzita světla, zenit a azimut slunce. Rozdíly byly hledány mezi habitaty (suchý nebo vlhký), vrstvami (podrost nebo vyšší patro) a pohledy (do stran nebo nahoru).
Ve snímcích se ukázalo, že fotky z obou stran jsou mezi sebou těsně korelované, což napovídá, že MIG je schopno zachytit místně specifické charakteristiky dané nejspíše strukturou vegetace bez ohledu na směr pohledu. Navíc sama druhová bohatost byla lépe vyjádřena MIG než procenty z fytocenologického snímkování a to v komponentu intenzity (barva a saturace takový trend nevykazovaly). Analýza ukázala, že komplexita byla větší na diversifikovanějších místech.
V experimentu na trajektorii autoři nejdříve testovali čas, intenzitu světla, zenit a azimut slunce na hrubých snímcích. Tam se ukázalo, že jen čas a intenzita světla jsou korelovány s MIG a je s nimi pro další analýzu nutno počítat. Zde byl v pohledech do strany nalezen rozdíl mezi habitaty a vrstvě v intenzitě. Intenzita byla nejkomplexnější v suchém podrostu. U pohledu nahoru byl nalezen rozdíl mezi habitaty ve složce saturace barvy a stejně jako u pohledů do stran v intenzitě. Hodnoty byly opět vyšší v suchých habitatech. Doba snímkování (mluvíme hlavně o prvních a posledních týdnech, tedy počátku jara a začátku podzimu) se v komplexitě projevila jen u pohledů do stran, nikoli u pohledu nahoru, což je asi dáno bohatým větvením vzrostlých stromů.
Nejpodstatnější složkou MIG byla intenzita, která byla nejvyšší na místech s hodně druhy a vysokou denzitou. Ačkoli ji ovlivňuje řada dalších faktorů (např. počasí, doba, topografie, zenit a azimut slunce), je světlo zachycené fotoaparátem také funkcí odrazových a rozptylových vlastností foceného materiálu. Proč jsou tedy její hodnoty vyšší u suchých habitatů? Je to dáno tím, že suché habitaty jsou charakterizovány většími stromy, práchnivějícím dřevem a menším počtem jehličnanů a bylin rozesetých do malých trsů. Vlhké biotopy byly naopak typické přítomností stromů a křovin různých velikostí a uniformnějším podrostem tvořeným hlavně travami a ostřicemi. Pravděpodobně to bude záviset na zapojení korun, které je v suchých habitatech více rozrůzněné, takže pouští více světla podrostu, který může být také komplexnější.
Ukázalo se navíc, že MIG jako ukazatel strukturní komplexity je korelovaný s neprostorovou heterogenitou, což naznačuje nutnost kritického vyvážení mezi komplexitou a heterogenitou v přirozených systémech.
MIG se ukázal být za standardizovaných podmínek dobrým a zároveň jednoduchým, rychlým a levným ekologickým ukazatelem.

Grafické přílohy: 
Obr. 2 z publikace: Schéma snímkování.
Obr. 3 z publikace: Ukázka rozdílných MIG na modelových obrázcích.
Obr. 4 z publikace: Příkladové snímky.
Obr. 7 z publiakce: Vztah MIG a pokryvnosti (a) či druhové bohatosti (b) dle jednotlivých složek fotografie.
Zdroj: 
Proulx R., Parrott L. 2008: Measures of structural complexity in digital images for monitoring the ecological signature of an old-growth forest ecosystems. Ecological Indicators 8: 270-284.
Zadal: 
František Špoutil
EEA Grants Investice do rozvoje vzdělávání
Podpořeno grantem z Islandu, Lichtenštejnska a Norska. Supported by grant from Iceland, Liechtenstein and Norway.