Mô hình màu xanh lá cây (NDVI) ở vùng đồng bằng lớn phía nam và ảnh hưởng bóng đá số dữ liệu chúng đến chất lượng môi trường sống và sinh sản bóng đá số dữ liệu một nhóm thảo nguyên suy giảm

Điều tra viên:
Ashley Messier, M.S. Học sinh

Giám sát dự án:
dr. Dan Sullins
dr. David Haukos

Cooperators:
Văn phòng Dịch vụ Sinh thái Kansas
U.S. Dịch vụ Cá và Động vật hoang dã

Tài trợ:
U.S. Dịch vụ Cá và Động vật hoang dã

Ngày bắt đầu: 1 tháng 1 năm 2021 (30 tháng)

Ngày kết thúc:30 tháng 6 năm 2023

Giới thiệu/Bối cảnh
Chim đồng cỏ đang giảm mạnh hơn bất kỳ bang hội gia cầm nào khác và chúng tôi đã biết điều này trong hơn 20 năm (Peterjohn và Sauer 1999, Rosenberg et al. 2019). Sự suy giảm đã tích lũy trong 4 thập kỷ qua mặc dù đã hạn chế chuyển đổi đồng cỏ sang nông nghiệp hàng rào ở nhiều khu vực (Cunfer 2005, Spencer et al. 2017). Nhiều đồng cỏ còn lại đã bị suy giảm thông qua sự thay đổi bóng đá số dữ liệu các trình điều khiển sinh thái tự nhiên bao gồm giảm và loại bỏ lửa khỏi cảnh quan và chuyển sang chế độ chăn thả không tự nhiên (Askins et al. 2007). Một phần, hậu quả bóng đá số dữ liệu sự suy giảm liên tục trong tổng diện tích đồng cỏ và các trình điều khiển sinh thái bị thay đổi được phản ánh trong một số lượng ngày càng tăng bóng đá số dữ liệu động vật hoang dã đồng cỏ được kiến ​​nghị để liệt kê theo Đạo luật về các loài có nguy cơ tuyệt chủng bóng đá số dữ liệu Hoa Kỳ bao gồm các loài thụ phấn như Fritillary Regal (Speyeria idalia) và Butterfly Monarch (Danaus Plexippus plexippus; Xem kế hoạch làm việc trong danh sách quốc gia Cá và Động vật hoang dã Hoa Kỳ). Hơn nữa, nhiều loài chim di cư làm tổ trên đồng cỏ tiếp tục suy giảm, bao gồm cả chim sẻ châu chấu (Ammodramus savannarum), Sprague từ Pipit (Anthus Spragueii), Sandpiper vùng cao (Bartramia longicauda), Lark Bunting (Calamospiza MelanoCorys) và Longspur-collared Hạt dẻ (Calcarius Ornatus).

To better inform conservation efforts targeted at reversing grassland bird declines and ensure self-sustaining populations of at-risk species such as the lesser prairie-chicken (Tympanuchus pallidicincus), Một sự hiểu biết tốt hơn về sự sẵn có và chất lượng môi trường sống rộng cho chim đồng cỏ là cần thiết. Thật không may, tiềm năng bóng đá số dữ liệu chúng tôi để theo dõi hiệu quả chất lượng bóng đá số dữ liệu môi trường sống đồng cỏ còn lại ở quy mô không gian có liên quan bị hạn chế vì 90% bóng đá số dữ liệu Great Plains thuộc sở hữu tư nhân (Becerra et al. 2017). Hơn nữa, những thay đổi tinh tế trong cấu trúc thảm thực vật (nghĩa là, 1 DM thay đổi chiều cao cỏ) không dễ dàng được phát hiện nhưng có thể quan trọng theo cấp số nhân đối với sự tồn tại bóng đá số dữ liệu các loài chim làm tổ trên mặt đất (Lautenbach et al. 2019).

Những cải tiến gần đây về công nghệ viễn thám và phân tích làm cho việc giám sát môi trường sống bóng đá số dữ liệu chim đồng cỏ khả thi trên quy mô rộng với độ phân giải cao. Các cảm biến từ hình ảnh trên không và vệ tinh hiện có thể thu thập dữ liệu ở kích thước pixel độ phân giải <1 m trong phổ ánh sáng nhìn thấy, <2 m đối với dữ liệu đa bán cầu và ở tần số tạm thời thường là 1/ngày (Bảng 1). Một công cụ đặc biệt hữu ích có thể bắt nguồn từ hình ảnh là sự khác biệt được chuẩn hóa trong chỉ số thực vật (NDVI) ước tính độ xanh (chỉ số năng suất). Thảm thực vật màu xanh lá cây là một yếu tố dự báo mạnh mẽ về sự sẵn có bóng đá số dữ liệu môi trường sống đối với một số loài động vật hoang dã và có thể là một công cụ đặc biệt hữu ích ở đồng cỏ (Pettorelli et al. 2011, Hoagland et al. 2018). Rối loạn sinh thái ở đồng cỏ có liên quan đến sự thay đổi thời gian trong màu xanh lá cây (Goodin và Henebry 1997, Hutchinson et al. 2015). Một vấn đề phổ biến trong các phân tích NDVI là có được hình ảnh thiếu mây che phủ hoặc nhiễu khí quyển khác. Tuy nhiên, việc thu thập dữ liệu ở tần số gần hàng ngày làm cho việc thu thập dữ liệu chất lượng theo các khoảng thời gian hàng tuần có thể và các cải tiến phân tích hiện cho phép điều chỉnh khí quyển và sử dụng hình ảnh từ nhiều cảm biến (Van Leeuwen et al. 2006, Albarakat và Lakshmi 2019). Tiện ích bóng đá số dữ liệu NDVI là nó có thể được ước tính từ bất kỳ hình ảnh đa phổ nào cho dù được thu thập từ máy ảnh trên máy bay hoặc từ vệ tinh.

Các mẫu thời gian trong các giá trị màu xanh lá cây mô tả hiện tượng thực vật cụ thể bóng đá số dữ liệu địa điểm cũng có thể hữu ích để đánh giá chất lượng môi trường sống ở đồng cỏ (Phụ lục Bảng 1; có sẵn theo yêu cầu). Một số loài chim đồng cỏ, bao gồm cả thảo nguyên nhỏ hơn, cần cả hai khu vực đồng cỏ còn lại và các khu vực bị xáo trộn để sinh sản thành công (Hagen et al. 2013). Kết hợp các số liệu dựa trên hiện tượng học với dữ liệu được thu thập tại hiện trường có thể cực kỳ hữu ích để xác định môi trường sống sinh sản chất lượng cao và giám sát môi trường sống bằng cách sử dụng bảo tồn môi trường sống chiến lược trong tương lai.

Chúng tôi đề xuất đánh giá tiện ích bóng đá số dữ liệu NDVI và các số liệu dựa trên hiện tượng học trong việc ước tính chất lượng môi trường sinh sản nhỏ hơn trong quy mô không gian rộng. Sau khi hoàn thành nghiên cứu, chúng tôi sẽ cung cấp dữ liệu, thông tin và hỗ trợ kỹ thuật cho Dịch vụ Cá và Động vật hoang dã Hoa Kỳ (Dịch vụ) và Cộng đồng bảo tồn thông qua giao tiếp và điều phối các kết quả nghiên cứu và tiện ích bóng đá số dữ liệu họ cho công việc dịch vụ.

Tiện ích
Nghiên cứu đề xuất bóng đá số dữ liệu chúng tôi có liên quan trực tiếp đến việc thúc đẩy các nguyên tắc bảo tồn môi trường sống chiến lược, cung cấp thông tin hỗ trợ đảo ngược xu hướng suy giảm bóng đá số dữ liệu các loài chim di cư làm tổ và đảm bảo các quần thể tự duy trì bóng đá số dữ liệu một loài đồng cỏ có nguy cơ.

Giám sát là một thành phần quan trọng của bảo tồn môi trường sống chiến lược và nghiên cứu của chúng tôi tìm cách nâng cao chức năng giám sát của đồng cỏ trên quy mô không gian rộng. Nếu thành công trong việc ước tính chất lượng môi trường sống từ xa, các nỗ lực bảo tồn được nhắm mục tiêu có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các sản phẩm bản đồ môi trường sống rõ ràng về mặt không gian. Các sản phẩm của môi trường sống sẽ thông báo thiết kế và phân phối bảo tồn cho các sáng kiến ​​đồng cỏ tập trung bóng đá số dữ liệuo các loài hiện được bảo vệ theo Đạo luật về các loài có nguy cơ tuyệt chủng, Đạo luật Hiệp ước chim di cư và các loài đồng cỏ đang suy giảm khác cần bảo tồn.

Nghiên cứu được đề xuất cũng sẽ thúc đẩy sự hiểu biết bóng đá số dữ liệu chúng tôi về sự sẵn có bóng đá số dữ liệu môi trường sống đối với đồng cỏ ít hơn. Người ta biết rằng những con gà trống nhỏ hơn cần cảnh quan đồng cỏ lớn; Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã đấu tranh để định lượng chất lượng môi trường sống trong các đồng cỏ còn lại (Sullins et al. 2019). Nghiên cứu đề xuất bóng đá số dữ liệu chúng tôi sẽ thúc đẩy sự hiểu biết bóng đá số dữ liệu chúng tôi về môi trường học đồng cỏ chất lượng cho các con chim thảo nguyên nhỏ hơn và các loài chim di cư làm tổ đồng cỏ liên quan.

Mô tả phân tích/dịch vụ
bóng đá số dữ liệu nhà điều tra chính và thạc sĩ khoa học sinh viên sẽ tiến hành nghiên cứu ứng dụng ban đầu sẽ đánh giá việc sử dụng NDVI được cảm nhận từ xa (chỉ số thực vật khác biệt được bình thường hóa) và bóng đá số dữ liệu số liệu hiện tượng NDVI để theo dõi bóng đá số dữ liệu đồng cỏ chất lượng cao được sử dụng bởi bóng đá số dữ liệu mục tiêu ít hơn

Mục tiêu 1.Đánh giá ảnh hưởng bóng đá số dữ liệu chăn thả, lửa và lượng mưa trên các số liệu liên quan đến NDVI ở vùng đồng bằng lớn ở Trung và miền Nam.

Mục tiêu 2.Identify bóng đá số dữ liệu-related metrics that best distinguish lesser prairie-chicken reproductive habitat from non-habitat.

Mục tiêu 3.Relate bóng đá số dữ liệu variation within season and among breeding seasons to the timing of nest incubation among successful and unsuccessful lesser prairie-chicken nests.

Phương pháp, giao thức và/hoặc tiêu chuẩn khoa học
Nghiên cứu được đề xuất sẽ tận dụng dữ liệu thực địa được thu thập trước đó tại các địa điểm nghiên cứu ở Kansas, Colorado, New Mexico và Texas. Các khu vực nghiên cứu trong các tiểu bang này bao gồm bốn sinh thái trong phạm vi chiếm đóng bóng đá số dữ liệu thảo nguyên nhỏ hơn: thảo nguyên cỏ hỗn hợp, thảo nguyên cát, thảo nguyên gỗ sồi, và mosaic thảo nguyên/crp. Hơn 800 chickens thảo nguyên ít hơn đã được ghi lại và đánh dấu bằng các máy phát VHF hoặc GPS từ năm 1989-2018, bao gồm dữ liệu vị trí bóng đá số dữ liệu Nest và Brood từ 300 đồng cỏ ít hơn ở Kansas và Colorado. Những dữ liệu sau này phần lớn sẽ được sử dụng để đánh giá mối quan hệ NDVI quy mô tốt với môi trường sống sinh sản. Dữ liệu từ Texas và New Mexico sẽ được kết hợp với các địa điểm bóng đá số dữ liệu Kansas và Colorado để giải quyết các câu hỏi hiện tượng bóng đá số dữ liệu tổ trên một độ dốc lớn.

Thu thập dữ bóng đá số dữ liệu được cảm nhận từ xa

Để theo đuổi tất cả bóng đá số dữ liệu mục tiêu, chúng tôi sẽ biên dịch và tổ chức dữ liệu được cảm nhận từ xa để ước tính bóng đá số dữ liệu số liệu liên quan đến NDVI và NDVI ở nhiều thang đo. Chúng tôi sẽ sử dụng nhiều dữ liệu có sẵn miễn phí từ bóng đá số dữ liệu cảm biến MODIS, NAIP và Landsat cũng như bóng đá số dữ liệu sản phẩm thương mại bao gồm dữ liệu từ Worldview hoặc Geoeye, có sẵn ở bóng đá số dữ liệu độ phân giải tốt hơn (Bảng 1).

Bảng 1. Dữ liệu đa năng được cảm nhận từ xa, độ phân giải dữ liệu, tần suất và tính khả dụng để sử dụng để đánh giá bóng đá số dữ liệu mẫu màu xanh lá cây.

cảm biến	Độ phân giải đa năng	Tần số tạm thời	chi phí y/n
MODIS	250 m	hàng ngày	n
NAIP	1 m	Thông thường mỗi năm một lần	n
Landsat	30 m	cứ sau 16 ngày	n
thế giới quan	1.24 m Độ phân giải đa bán cầu	hàng ngày	y
Geoeye	1.65 m Độ phân giải đa bán cầu	cứ sau 3 ngày	y

bóng đá số dữ liệu nhiệm vụ cụ thể bao gồm:
Mục tiêu 1 : Đánh giá ảnh hưởng bóng đá số dữ liệu chăn thả, lửa và lượng mưa trên các số liệu liên quan đến NDVI.

Chúng tôi sẽ kiểm tra các mối quan hệ tuyến tính và bậc hai bóng đá số dữ liệu NDVI, NDVI không đồng nhất và các số liệu liên quan đến hiện tượng học với chăn thả, lửa và dữ liệu hạn hán đã được thu thập tại 20.000 vị trí trong khu vực nghiên cứu, bao gồm các vị trí thấp hơn. Tại mỗi địa điểm, chiều cao cỏ, tắc nghẽn thị giác, độ sâu rác và phần trăm phủ bóng đá số dữ liệu cỏ, các loại cỏ, rác và mặt đất không được thu thập. Chúng tôi cũng đã tiến hành các điểm cắt điểm 250 m ở phần Kansas và Colorado bóng đá số dữ liệu khu vực nghiên cứu theo Evans và Love (1957).

Dữ liệu thực vật được thu thập trong số một loạt thời tiết và mức độ nghiêm trọng hạn hán. Ảnh hưởng của lửa đối với NDVI sẽ được lấy bằng dữ liệu thực vật từ phía nam trung tâm Kansas, nơi chúng ta có trước và sau dữ liệu theo một trận cháy rừng lớn, dữ dội bóng đá số dữ liệuo năm 2017 và nơi thực hiện chăn thả đốt cháy. Để đánh giá ảnh hưởng của việc chăn thả đến NDVI, chúng tôi sẽ tập hợp dữ liệu từ 3 trang trại lớn ( 5.000 ha) nơi chúng tôi có dữ liệu tỷ lệ thả gia súc. Chúng tôi sẽ sử dụng các mô hình tuyến tính tổng quát để kiểm tra mối quan hệ giữa các nhiễu loạn và số liệu NDVI bằng cách sử dụng phương pháp suy luận đa mô hình (Burnham và Anderson 2002). Chúng tôi dự định cung cấp các công cụ giám sát môi trường sống dự đoán sẽ liên kết các tương tác của chăn thả, lửa và lượng mưa với NDVI cảm nhận từ xa và các đặc điểm thực vật trên mặt đất. Tập lệnh Python và/hoặc R được sử dụng để dự đoán thảm thực vật sẽ được cung cấp cho Dịch vụ và các bên liên quan khác sau khi đánh giá ngang hàng.

Mục tiêu 2: Xác định môi bóng đá số dữ liệu sinh sản chất lượng dựa trên NDVI.

Chúng tôi sẽ đánh giá các mối quan hệ bóng đá số dữ liệu NDVI với môi trường sống làm tổ và làm cho môi trường dựa trên các vị trí bóng đá số dữ liệu 300 vị trí tổ và các cá bố mẹ thành công tương ứng trong khu vực nghiên cứu. Các giá trị trung bình cho NDVI, tính biến đổi bóng đá số dữ liệu NDVI và các số liệu có sẵn khác bao gồm NDVI tích hợp thời gian và biên độ sẽ được ước tính tại các vị trí nuôi và nuôi dưỡng. Các giá trị từ các vị trí sinh sản sau đó sẽ được so sánh với các giá trị tại các vị trí ngẫu nhiên bằng các hàm lựa chọn tài nguyên (Boyce et al. 2002).

Chúng tôi hy vọng rằng các giá trị vừa phải đối với NDVI và biên độ tích hợp thời gian sẽ dự đoán tốt nhất môi trường sống sinh sản cho cả hai con gà nhỏ hơn. Một xung nhanh trong màu xanh lá cây được biểu thị bằng biên độ, hoặc giá trị cao bóng đá số dữ liệu NDVI tích hợp thời gian cao, có thể sẽ chỉ ra rất ít lớp phủ cỏ còn lại có sẵn ở đồng cỏ, cần thiết như là chất nền làm tổ (Lautenbach et al. 2019). Ngược lại, một mức độ biên độ tối thiểu có thể chỉ ra rằng khu vực này không được chăn thả và quá dày đặc và dày để sử dụng bởi những con cá con bóng đá số dữ liệu thảo nguyên. Chúng tôi dự đoán rằng chất lượng bóng đá số dữ liệu tổ và môi trường sống brood sẽ liên quan tuyến tính với tính không đồng nhất bóng đá số dữ liệu các giá trị NDVI ở quy mô đồng cỏ (~ 3 km2). Sự không đồng nhất rất quan trọng đối với các loài chim tiền xã hội được làm tổ trên mặt đất cần các khu vực có lớp phủ cỏ còn lại dày đặc để làm tổ liền kề với các đồng cỏ bị xáo trộn hơn để nghiền ngẫm các cá thể (Dreitz 2009, Hovick et al. 2015). Tính không đồng nhất bóng đá số dữ liệu NDVI sẽ được ước tính bằng cách sử dụng hệ số biến đổi với số liệu độ cong đồng thời chiếm sự biến đổi và sự xen kẽ bóng đá số dữ liệu NDVI.

Mối quan hệ của các số liệu NDVI với môi trường sống sinh sản sẽ được tạo điều kiện giữa nhiều thang đo không gian. Trước tiên chúng tôi sẽ ước tính NDVI, tính không đồng nhất của NDVI và các giá trị hiện tượng học cho tất cả các vị trí tổ và trang web bố mẹ. Các giá trị trung bình sẽ được ước tính trong số nhiều thang đo bằng cách sử dụng thống kê tiêu cự (phân tích cửa sổ di chuyển) trong ArcGIS 10.8. Thang đo tốt nhất được đánh giá (bán kính 4 m) sẽ liên quan trực tiếp đến các biện pháp thực vật dựa trên trường có chiều cao cỏ, tắc nghẽn thị giác, phần trăm được bao phủ bởi các nhóm chức năng thực vật và độ sâu rác. Chúng tôi hy vọng rằng kết quả sẽ thiết lập một phương pháp hiệu quả để xác định từ xa môi trường sinh sản chất lượng cao trên các phạm vi không gian lớn. Kết quả sẽ trực tiếp hỗ trợ trong việc nhắm mục tiêu bảo tồn không gian đối với các đồng cỏ ít hơn và cho các loài đồng cỏ khác trong việc thông báo kế hoạch sinh học và thiết kế bảo tồn (ví dụ, kế hoạch phục hồi loài được liệt kê, kế hoạch bảo tồn toàn diện của nơi trú ẩn động vật hoang dã quốc gia, đánh giá tình trạng loài). Những nỗ lực bảo tồn được nhắm mục tiêu có thể có lợi cho một bộ động vật hoang dã phụ thuộc bóng đá số dữ liệuo đồng cỏ (Pavlacky et al. 2018).

Mục tiêu 3: Liên quan đến biến thể NDVI trong và giữa bóng đá số dữ liệu mùa với thời gian ủ tổ giữa bóng đá số dữ liệu tổ thành công và không thành công.

Ngày khởi đầu tổ có thể dự đoán mạnh mẽ sự sống bóng đá số dữ liệu tổ và sự sống sót bóng đá số dữ liệu cá con đối với nhiều loài gia cầm bao gồm cả thảo nguyên nhỏ hơn. Những con chim bắt đầu làm tổ sớm hơn thường thành công hơn trong việc nuôi một con cá bố mẹ (Lautenbach et al. 2019). Chúng tôi tìm cách kiểm tra mối quan hệ giữa hiện tượng thực vật và tỷ lệ sinh sản. Để làm như vậy, chúng tôi sẽ sử dụng các số liệu dựa trên NDVI và hiện tượng học được thu thập trong toàn bộ khu vực nghiên cứu bao gồm các phần bóng đá số dữ liệu Kansas, Colorado, Texas và New Mexico. Chúng tôi dự đoán rằng thời gian bóng đá số dữ liệu độ xanh sẽ được liên kết với thời gian bắt đầu tổ tối ưu. Các mô hình màu xanh lá cây tối ưu cho tổ thành công sẽ thay đổi theo thời gian và giữa những năm ẩm ướt, trung bình và khô. Để phân tích các mô hình màu xanh lá cây, chúng tôi sẽ sử dụng các mô hình hỗn hợp tuyến tính tổng quát và dữ liệu hiện tượng sinh sản từ các loại đồng cỏ ít hơn được đánh dấu (N 300) được nắm bắt và theo dõi từ những năm 1990 đến 2018. Kết quả từ mục tiêu này sẽ hỗ trợ dịch vụ và các nỗ lực bảo tồn khác trong việc tìm hiểu các phẩm chất hiện tượng ảnh hưởng đến môi trường sống và sinh sản bóng đá số dữ liệu Gairie-Grouse trên một độ dốc vĩ độ và có thể cho phép giám sát các hiệu ứng thay đổi toàn cầu trong tương lai.