Remote sensing of invasive alien woody species in Uruguayan native forests

Abstract

he invasion of ecosystems by exotic species has been identified as the second cause of biodiversity loss worldwide, and is one of the most difficult threats to reverse. In Uruguay, the introduction and spread of invasive alien species (IAS) has been identified as a serious environmental problem, becoming perhaps the greatest danger that native forests currently face. IAS often represents optical differences in the forest canopy and can therefore be detected remotely. The two most widespread and aggressive woody IAS in the country's forests are Ligustrum lucidum and Gleditsia triacanthos. The objective of this study was to spatially identify IAS within the native forest of Uruguay, mainly these two species, using remote sensing techniques. This work is based on multispectral data from medium-resolution satellite images (Landsat) and uses the normalized difference fraction index (NDFI) for classification. The NDFI is sensitive to canopy coverage and is calculated through a sub-pixel spectral mixture analysis (SMA), decomposing the reflectance information for each pixel into fractions. The results showed an area of ​​22,009 ha of native forest invaded by these IAS, with an overall accuracy of 87.6%, representing 2.63% of the total native forest area in the country. The results presented in this work will help to geographically analyze the invasion by IAS in the forest, linking it to possible drivers. Furthermore, this map can now be used as relevant information when designing IAS prevention, mitigation, restoration, and eventual eradication strategies in the country.

La invasión de ecosistemas por especies exóticas se identifica como la segunda causa de pérdida de biodiversidad a nivel mundial y se ha convertido en una de las amenazas más difíciles de revertir. En Uruguay, la introducción y la propagación de especies exóticas invasoras (EEI) son identificados como graves problemas ambientales, convirtiéndose quizás en el mayor peligro que enfrentan actualmente los bosques nativos. Las EEI a menudo representan diferencias ópticas en el dosel del bosque y, por lo tanto, pueden detectarse de forma remota. Las dos EEI leñosas más extendidas y agresivas en los bosques del país son Ligustrum lucidum y Gleditsia triacanthos. El objetivo fue identificar espacialmente las EEI del bosque nativo de Uruguay, principalmente estas dos especies, utilizando técnicas de teledetección. Este trabajo se basa en imágenes satelitales multiespectrales de resolución media (Landsat), utilizando el Índice de Diferencia de Fracción Normalizada (NDFI) para la clasificación. Este índice es sensible a la cobertura del dosel y se calcula mediante un análisis de mezcla espectral de subpíxeles (SMA), descomponiendo la información de reflectancia de cada píxel en fracciones. Los resultados mostraron un área de 22009 ha de bosque invadido por estas EEI, con una exactitud global de 87,6%, representando un 2,63% del área de bosque nativo. Este trabajo ayuda a analizar geográficamente la invasión de EEI en el bosque, relacionándola con posibles causales. Además, este mapa puede ser utilizado como información relevante a la hora de diseñar estrategias de prevención, mitigación, restauración y eventual erradicación de estas EEI.

A invasão de ecossistemas por espécies exóticas é apontada como a segunda causa de perda de biodiversidade no mundo e se tornou uma das ameaças mais difíceis de reverter. No Uruguai, a introdução e disseminação de espécies exóticas invasoras (EEI) é identificada como um sério problema ambiental, tornando-se talvez o maior perigo que as florestas nativas enfrentam atualmente. As IAS geralmente representam diferenças ópticas no dossel da floresta e, portanto, podem ser detectados remotamente. As duas EEI lenhosas mais difundidas e agressivas nas florestas do país são Ligustrum lucidum e Gleditsia triacanthos. O objetivo foi identificar espacialmente os EEI da floresta nativa do Uruguai, principalmente essas duas espécies, utilizando técnicas de sensoriamento remoto. Este trabalho é baseado em imagens de satélite multiespectrais de média resolução (Landsat), utilizando o Índice de Diferença de Fração Normalizado (NDFI) para classificação. Este índice é sensível à cobertura do dossel e é calculado usando análise de mistura espectral de subpixel (SMA), decompondo as informações de refletância de cada pixel em frações. Os resultados mostraram uma área de 22009 ha de floresta invadida por essas IAS, com uma precisão global de 87,6%, representando 2,63% da área de floresta nativa. Este trabalho ajuda a analisar geograficamente a invasão de EEI na floresta, relacionando-a com possíveis causas. Além disso, este mapa pode ser usado como informação relevante no desenho de estratégias de prevenção, mitigação, restauração e eventual erradicação dessas EEI.