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Proyecto: Cuantificación de la variación a nivel del paisaje en la estructura y la dinámica del bosque con escaneo láser móvil y fotogrametría con drones

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Título del Proyecto

Cuantificación de la variación a nivel del paisaje en la estructura y la dinámica del bosque con escaneo láser móvil y fotogrametría con drones

Nombre del mentor

Helene Muller-Landau, mullerh@si.edu

Lugar de la pasantía

Barro Colorado Island y/o Gamboa, Panama

Resumen y objetivos del proyecto

Los bosques tropicales varían ampliamente en su estructura y dinámica, y por lo tanto en las reservas de carbono en su biomasa y flujos, incluso después de controlar la edad del bosque. La estructura del bosque comprende la distribución horizontal y vertical de la vegetación, que está determinada por la abundancia y la disposición espacial de árboles y lianas (enredaderas leñosas) de diferentes formas y tamaños. La dinámica del bosque abarca cambios a lo largo del tiempo en esta estructura debido al crecimiento (o encogimiento) y muerte de árboles y lianas individuales.

Tradicionalmente, los silvicultores y los ecologistas han investigado la estructura y la dinámica de los bosques utilizando parcelas de censos forestales, en las que se mapean los tallos de los árboles individuales, se identifican las especies y se mide el diámetro del tallo. Estos datos han arrojado muchos conocimientos sobre los patrones generales de variación en la estructura y la dinámica del bosque en términos de abundancia de árboles de diferentes diámetros de tallo, sus tasas de crecimiento del diámetro y sus tasas de mortalidad. Sin embargo, estos datos solo permiten una estimación indirecta y aproximada de las existencias y flujos de carbono de la biomasa forestal, porque los árboles varían ampliamente en altura y forma de copa y, por lo tanto, existe una amplia variación en la biomasa de árboles entre árboles de un diámetro determinado.

El escaneo láser y la fotogrametría ahora permiten una medición mucho más directa de la distribución espacial de la vegetación dentro de los bosques y, por lo tanto, brindan información mucho más detallada sobre la estructura del bosque y su cambio a lo largo del tiempo. Desde el 2014, hemos estado realizando vuelos repetidos con drones y fotogrametría para cuantificar la estructura y la dinámica del dosel en la parcela de 50 hectáreas de Isla Barro Colorado y otros sitios focales en Panamá central. En el 2021, adquirimos un escáner láser portátil (Geoslam ZEB Horizon) y comenzamos a usarlo para cuantificar la estructura del sotobosque, incluidas las ubicaciones, los tamaños y la forma detallada en 3D de los troncos y ramas individuales de árboles y lianas. Nos enfocamos en la recopilación intensiva de datos en parcelas mapeadas, en las que podemos relacionar estos datos con árboles marcados de identidad de especie conocida. También estamos colaborando para vincular estos datos de fotogrametría y escaneo láser de drones a la teledetección satelital.

Nuestros objetivos son

  • Cuantificar la variación espacial en la estructura y dinámica de los bosques en Panamá central a alta resolución espacial y temporal en áreas de gran tamaño.
  • Investigar cómo la variación espacial en la estructura y dinámica del bosque se relaciona con los impulsores abióticos y bióticos, incluidos suelos, clima, topografía, edad del rodal, abundancia de lianas y composición de especies de árboles, y cómo la variación temporal en la dinámica del bosque se relaciona con la variación climática.
  • Vincular los datos de escaneo láser y fotogrametría con drones a los datos del censo de árboles dentro de las parcelas mapeadas, para cuantificar la morfología de los árboles individuales, el crecimiento y el daño de las copas, además de la mortalidad, e investigar cómo varían con la identidad de las especies de árboles, el vecindario biótico de árboles individuales y las características del sitio.
  • Evaluar cómo la estructura y la dinámica de los bosques a nivel de rodal a partir del escaneo láser y la fotogrametría con drones, se relacionan con los datos del censo forestal y con los productos de teledetección.

En última instancia, esta investigación busca contribuir a una comprensión mecánica de la variación en la estructura y la dinámica de los bosques tropicales que pueda informar mejores modelos de vegetación y permitirnos predecir con precisión las respuestas de los bosques al cambio global.

Objetivos de la tutoría

Metas de la tutoría y beneficios para el pasante:

Los pasantes obtendrán experiencia en investigación de campo en bosques tropicales, recolección y procesamiento de escaneo láser móvil y/o datos de fotogrametría de drones, análisis de datos en R o Python, lectura, además de discusión de literatura científica y presentación oral de investigación científica al grupo de laboratorio. Los pasantes interesados ​​tendrán la oportunidad de contribuir a una publicación científica.  

Lista de lecturas sugeridas

Park, J. Y., H. C. Muller-Landau, J. W. Lichstein, S. W. Rifai, J. P. Dandois, and S. A. Bohlman. 2019. Quantifying Leaf Phenology of Individual Trees and Species in a Tropical Forest Using Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Images. Remote Sensing 11:1534.

Araujo, R. F., S. Grubinger, C. H. S. Celes, R. I. Negrón-Juárez, M. Garcia, J. P. Dandois, and H. C. Muller-Landau. 2021. Strong temporal variation in treefall and branchfall rates in a tropical forest is explained by rainfall: results from five years of monthly drone data for a 50-ha plot. Biogeosciences Discussion

Araujo R. F., J. Q. Chambers, C. H. S. Celes, H. C. Muller-Landau, A. P. F. de Santos, F. Emmert, G. H. P. M. Ribeiro, B. Oliva Gimenez, A. J. N. Lima, M. A. A. Campos, and N. Higuchi. 2020. Integrating high resolution drone imagery and forest inventory to distinguish canopy and understory trees and quantify their contributions to forest structure and dynamics. PLOS ONE 15:e0243079.

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