UAV-based canopy textures assess changes in forest structure from longterm degradation

Los bosques tropicales degradados dominan las fronteras agrícolas y su gestión se está convirtiendo en una prioridad urgente. Esto exige una mejor comprensión de los diferentes estados de la cubierta forestal y técnicas rentables para cuantificar el impacto de la degradación en la estructura de los bosques. Los análisis de la textura del dosel basados en imágenes ópticas de muy alta resolución espacial (VHSR) proporcionan indicadores aproximados para evaluar las estructuras de los bosques, pero rara vez se han investigado los mecanismos que los vinculan con la degradación. Para abordar esta pregunta, utilizamos una aeronave piloteada a distancia (UAV) para cartografiar 739 hectáreas de bosques degradados y adquirir tanto imágenes de las copas de los árboles como el modelo de altura de la VHSR. Treinta y tres años de historia de degradación de los archivos de Landsat nos permitieron muestrear 40 parcelas en bosques no perturbados, talados, sobreexplotados y quemados, y bosques que vuelven a crecer en paisajes forestales tropicales (Paragominas, Pará, Brasil). Se utilizaron texturas de Fourier para evaluar la estructura de las copas de los bosques y para construir una tipología que vinculara la historia de la degradación y los estados actuales. La métrica de las texturas captura los gradientes de grano, heterogeneidad y apertura del dosel y se correlaciona con la variabilidad de la estructura del bosque (R2 = 0,58). Las estructuras similares comparten una historia de degradación común y pueden ser discriminadas sobre la base de la textura del dosel solamente (precisión = 55%). La sobrecarga provoca un descenso en la altura del bosque, lo que aporta texturas homogéneas y de grano más fino. Identificamos los principales cambios en las estructuras debidos al fuego tras la tala, que cambia el grano heterogéneo e intermedio en texturas gruesas. Nuestros hallazgos destacan el potencial de la métrica de la textura del dosel para caracterizar los bosques degradados y, por lo tanto, ser utilizados como indicadores para la gestión forestal y la mitigación de la degradación. Las aeronaves piloteadas a distancia abren perspectivas prometedoras en lo económico y velocidad de análisis en la interfaz entre el inventario de campo y la caracterización por satélite de la estructura de los bosques mediante la métrica de la textura.

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Degraded tropical forests dominate agricultural frontiers and their management is becoming an urgent priority. This calls for a better understanding of the different forest cover states and cost-efficient techniques to quantify the impact of degradation on forest structure. Canopy texture analyses based on Very High Spatial Resolution (VHSR) optical imagery provide proxies to assess forest structures but the mechanisms linking them with degradation have rarely been investigated. To address this gap, we used a lightweight Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to map 739 ha of degraded forests and acquire both canopy VHSR images and height model. Thirty-three years of degradation history from Landsat archives allowed us to sample 40 plots in undisturbed, logged, overlogged and burned and regrowth forests in tropical forested landscapes (Paragominas, Pará, Brazil). Fourier (FOTO) and lacunarity textures were used to assess forest canopy structure and to build a typology linking degradation history and current states. Texture metrics capture canopy grain, heterogeneity and openness gradients and correlate with forest structure variability (R2 = 0.58). Similar structures share common degradation history and can be discriminated on the basis of canopy texture alone (accuracy=55%). Over-logging causes a lowering in forest height, which brings homogeneous textures and of finer grain. We identified the major changes in structures due to fire following logging which changes heterogeneous and intermediate grain into coarse textures. Our findings highlight the potential of canopy texture metrics to characterize degraded forests and thus be used as indicators for forest management and degradation mitigation. Inexpensive and agile UAV open promising perspectives at the interface between field inventory and satellite characterization of forest structure using texture metrics.

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