Monitoreo de plantas acuáticas invasoras con imágenes multiespectrales

La geneciana acuática (Nymphoides peltata)

La geneciana acuática (Nymphoides peltata) es una planta invasora originaria del sudeste asiático, que fue traida a los Estados Unidos para su uso en estanques ornamentales. Desde entonces, las genecianas se han convertido en un problema que afecta a muchos lagos, ya que se propagan rápidamente y compiten con las especies nativas.

Las genecianas crean una estera densa de hojas que bloquea la entrada de luz para las especies nativas, además reducen los niveles de oxígeno en el agua, impiden las actividades acuáticas en los lagos, y crean un excelente caldo de cultivo para la proliferación de mosquitos.

Los efectos negativos de esta especie sobre los ecosistemas de agua dulce, han llevado a estados como Michigan, Minnesota y Wisconsin a prohibirla.

En Oklahoma, el único lago que se sabe tiene un problema de invación de genecianas, es el lago Carl Blackwell, un embalse de tamaño medio mantenido por la Universidad Estatal de Oklahoma (OSU) y utilizado para proveer el campus de agua potable. Debido al temor de que las genecianas se extendieran a otros cuerpos de agua circundantes, un grupo de investigadores de OSU decidió tomar medidas para abordar el problema.

Al tratarse de una especie muy difícil de erradicar, la única opción fue la aplicación de herbicidas. Sin embargo, las aplicaciones de herbicidas deben ser selectivas y moderadas para no afectar la calidad del agua o a las especies nativas. Se eligió entonces un herbicida sistémico selectivo, que ya ha sido utilizado en otros estados para el control de genecianas acuáticas, y está clasificado como seguro para el agua potable por la Agencia de protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), después de 8 años de pruebas.

Sin embargo, para monitorear la efectividad de la aplicación, los investigadores de OSU utilizaron métodos de teledetección, combinando imágenes multiespectrales obtenidas con vehículos aéreos no tripulados con imágenes satelitales de Sentinel-2. Para las imágenes de drones, eligieron un dron DJI con un sensor RedEdge-MX de MicaSense. Una de las principales razones por las que eligieron RedEdge-MX fue porque incluye un sensor de luz incidente (DLS2) y un panel de calibración, que garantizan la calibración radiométrica, puesto que el equipo necesitaba obtener datos repetibles ya que realizarían 13 vuelos de monitoreo entre abril y octubre.

Imagen RGB Sentinel-2 del lago Carl Blackwell antes de la aplicación de herbicidas. Las genecianas aparecen en verde claro en la imagen.

(Arriba) Compuesto de color del Sentinel-2, usando las bandas 8, 4 y 3. Las genecianas aparecen en color rosa. (Abajo) Un acercamiento en Cove D muestra una imagen pixelada ya que la resolución espacial es de 10 m / píxel. Para obtener información sobre el estado de salud de las genecianas a nivel de escala, se utilizaron datos de RedEdge-MX, ya que proporciona una resolución espacial más alta y, por lo tanto, más detalles.

Las investigadoras Victoria Natalie y Abby McCrea, de OSU, lideraron los esfuerzos de recolección de imágenes con RedEdge-MX. Sabían que capturar imágenes multiespectrales sobre el agua resultaría complicado ya que la superficie del agua es generalmente uniforme, lo que puede dificultar la unión de las imágenes. Para ayudar a garantizar buenos resultados, el equipo aumentó su solape al 80%, para lograr identificar suficientes puntos en común entre las capturas.

Datos RedEdge-MX de Cove D, volados a 400 pies AGL con una resolución de 8 cm / píxel. El compuesto RGB proporciona una vista panorámica de las genecianas, pero un compuesto de falso color proporciona una delimitación más clara de las plantas invasoras frente a la vegetación circundante (como se muestra a continuación). Aquí se presenta la dificultad de unir imágenes sobre el agua, ya que la sección de aguas abiertas de apariencia homogénea del lago muestra efectos de rayas en la imagen resultante. La vegetación en la superficie del agua y alrededor del lago no tiene este problema ya que las imágenes son más heterogéneas.

Esta imagen es un compuesto de color falso que utiliza las bandas Red Edge, Roja y Verde. La imagen proporciona una delimitación clara del espacio donde se encuentran las genecianas, así como información sobre su vigor.

Los vuelos se realizaron después de la aplicación inicial del herbicida, que cubrió aproximadamente el 1% del lago. RedEdge-MX proporcionó información esencial para el monitoreo de las aplicaciones selectivas de herbicidas en el área. Las imágenes RGB y el compuesto de color falso (FCC) del satélite Sentinel-2 se utilizaron para medir a mayor escala, el estado de las genecianas después de la primera aplicación. Una resolución más amplia fue suficiente para esta medición, y las imágenes de resolución espacial de 10m mostraron que la aplicación fue efectiva, con una reducción del 96%.

Sin embargo, la batalla contra las genecianas aún no termina. Se espera un nuevo crecimiento y se realizarán esfuerzos para monitorear el lago. Las genecianas se reproducen y propagan a través de colonias clonales que se separan de la planta principal y flotan para crecer en una nueva ubicación, o se hunden hasta el fondo del lago y permanecen inactivas. De cualquier manera, esto significa que las genecianas acuáticas pueden evadir las aplicaciones de herbicidas foliares. Por lo tanto, se continuarán realizando esfuerzos de teledetección para proteger el lago Carl Blackwell y evitar la propagación las plantas invasoras a otros lagos y estanques del estado.