Estudos de caso

Monitorização de ervas daninhas aquáticas invasivas com imagens multiespectrais

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Share | 03/06/2020

O coração flutuante amarelo(Nymphoides peltata) é uma infestante aquática invasora do sudeste asiático que foi introduzida nos EUA para ser utilizada em lagos ornamentais. Desde a sua introdução, o coração flutuante amarelo (CFA) tornou-se um problema que afecta muitos lagos, uma vez que esta erva aquática se espalha rapidamente e ultrapassa muitas espécies nativas. A YFH cria um denso tapete de folhas que bloqueia a luz para as espécies nativas, reduz também os níveis de oxigénio na água, cria um terreno fértil para os mosquitos e impede as actividades aquáticas nos lagos (i.e., passeios de barco, pesca, natação).

Yellow floating heart
Yellow floating heart (Nymphoides peltata)

Os efeitos desta planta daninha levaram estados como Michigan, Minnesota e Wisconsin a proibir a espécie.

Em Oklahoma, o lago Carl Blackwell é o único lago conhecido por ter um problema de YFH. O Lago Carl Blackwell é um reservatório de média dimensão mantido pela Universidade do Estado do Oklahoma (OSU) e utilizado para a água potável do campus. Os investigadores da OSU sabem que quanto mais tempo o YFH estiver presente no Lago Carl Blackwell, maior será a probabilidade de se propagar a outras massas de água circundantes. Por conseguinte, foram rapidamente envidados esforços para resolver esta questão.

Uma vez que a erva daninha é muito difícil de erradicar, a aplicação de herbicida era a única opção. No entanto, as aplicações de herbicidas devem ser selectivas e parcimoniosas, de modo a não prejudicar a qualidade da água do lago ou a saúde das plantas aquáticas nativas. Foi escolhido um herbicida seletivo e sistémico que foi aprovado pela EPA após 8 anos de testes. Está classificado como seguro para a água potável e tem sido utilizado noutros estados para controlar o YFH.

Para monitorizar a eficácia desta aplicação de herbicida, os investigadores da OSU quiseram utilizar métodos de deteção remota; uma combinação de imagens multiespectrais, baseadas em drones e imagens de satélite do Sentinel-2. Para as imagens obtidas com drones, escolheram um drone DJI emparelhado com um sensor RedEdge-MX da série MicaSense . Uma das principais razões pelas quais escolheram a RedEdge-MX foi para o DLS2 e o painel de calibração, para garantir uma calibração radiométrica forte. Precisavam de repetir os dados, uma vez que estavam a voar 13 vezes ao longo da estação, de abril a outubro.

  Lago Carl Blackwell antes da aplicação do herbicida
Imagem RGB Sentinel-2 do Lago Carl Blackwell antes da aplicação de herbicida. O coração flutuante amarelo (YFH) aparece a verde claro na imagem.
Composto de falsa cor do Sentinel-2
Ampliar a enseada D
(Em cima) Composto de falsa cor do Sentinel-2, utilizando as bandas 8, 4 e 3. O YFH aparece a cor-de-rosa na imagem. (Em baixo) Um zoom na Cove D mostra a pixelização das imagens, uma vez que a resolução espacial é grosseira a 10m/pixel. Para obter informações sobre a saúde da YFH ao nível da enseada, foram utilizados dados RedEdge-MX, uma vez que proporcionam uma maior resolução espacial e, por conseguinte, mais pormenores.

Victoria Natalie e Abby McCrea, da OSU, lideram os esforços de recolha das imagens RedEdge-MX. Sabiam que a captação de imagens multiespectrais sobre a água seria complicada, uma vez que a superfície da água é geralmente uniforme, o que pode dificultar a união das imagens. Para ajudar a garantir bons resultados, a equipa aumentou a sua sobreposição para 80%, de modo a garantir que fossem identificados pontos comuns suficientes entre as capturas para que o software pudesse ser ligado. Utilizando esta maior sobreposição para as suas trajectórias de voo, conseguiram obter bons resultados.

Composto de cores falsas da enseada D
A imagem é uma composição de falsa cor utilizando as bandas Red Edge, Red e Green. O mapa de cores falsas fornece uma delimitação clara do YFH, bem como informações sobre o vigor do YFH.

Voaram após a primeira aplicação de herbicida, que cobriu cerca de 1% do lago. O RedEdge-MX forneceu informações sobre a saúde das ervas daninhas, essenciais para monitorizar as aplicações selectivas de herbicidas efectuadas nesta área sensível do ponto de vista ambiental. O RGB e o composto de falsa cor (FCC) do satélite Sentinel-2 foram então utilizados para medir, numa escala maior, como era a composição da YFH após a aplicação do herbicida. Uma resolução mais curta foi suficiente para esta medição, e as imagens de resolução espacial de 10 m mostraram que a aplicação foi eficaz, com 96% de redução da YFH.

No entanto, a batalha contra a YFH ainda não terminou. Prevê-se um novo crescimento e serão prosseguidos os esforços de monitorização do lago. O YFH propaga-se produzindo rametas, que se separam da planta principal e flutuam para crescer num novo local, ou afundam-se no fundo do lago e permanecem dormentes. De qualquer forma, as ramificações significam que uma parte da YFH pode escapar às aplicações de herbicidas foliares. Os esforços de deteção remota serão contínuos para proteger o Lago Carl Blackwell e evitar a propagação da YFH a outros lagos e lagoas do Estado.

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