Understanding Bison Carrying Capacity Estimation in Northern Great Plains Using Remote Sensing and GIS

Abstract

As an iconic species linked to First Nations culture and economy in western North America, wild plains bison (Bison bison bison) currently rely on intensive management to persist. Yet, their presence maintains grassland ecological function, protects biodiversity and preserves important cultural heritage. Estimating carrying capacity is a key to achieve wildlife conservation without risking overall ecosystem health. Plains bison carrying capacity should be estimated to provide guideline for developing subsequent management plans. We reckoned that drivers of plains bison carrying capacity are forage availability and animal requirement, meanwhile its adjusting factors comprise spatio-temporal distribution and sustainable consideration. An integration of remote sensing and GIS can help to investigate variables of carrying capacity. Also Habitat Suitability Model built in Geographic Information System (GIS) is able to compile variables influencing carrying capacity. The review found multiple challenges of carrying capacity estimation in terms of implementing and practicing not only from remote sensing and GIS perspective. We expect that the advancement of remote sensors in accordance with modern GIS technology can provide timely effective carrying capacity estimation to achieve conservation goals of animal species as well as maintain sustainable ecosystems.

RÉSUMÉ

Une espèce emblématique liée à la culture et l’économie des Premières Nations dans l’ouest de l’Amérique du Nord, les bisons des plaines sauvages (Bison bison bison) requièrent actuellement une gestion intensive pour survivre. Pourtant, leur présence maintient la fonction écologique de la prairie, protège la biodiversité et préserve un patrimoine culturel important. L’estimation de la capacité de charge est un paramètre clé pour réaliser la conservation de la faune sans risquer la santé de l’écosystème global. La capacité de charge des bisons des plaines doit être estimée pour fournir les lignes directrices de développement des futurs plans de gestion. Il appert que les deux principaux éléments de capacité sont la disponibilité du fourrage et les besoins de l’animal. Les facteurs d’ajustement sont la distribution spatio-temporelle et la durabilité sur le plan écologique. L’intégration de la télédétection et des SIG peut aider à déterminer les variables de capacité de charge. Un modèle de qualité d’habitat construit en système d’information géographique (SIG) est aussi capable de compiler les variables qui influent sur la capacité de charge. Cette revue a révélé plusieurs défis dans l’estimation des capacités et leur mise en oeuvre et cela non seulement du point de vue des GIS et de la télédétection. Nous pensons que l’avancement des technologies de télédétection et celles des SIG pourront efficacement fournir des estimations de la capacité de charge et ce en temps opportun pour atteindre les objectifs de conservation d’espèces animales ainsi que le maintien d’un écosystème sain.

Acknowledgements

We acknowledge the anonymous reviewers for their valuable comments, Dr. John Wilmshurt at ProofreadCanada.com and Mrs. Heather McWhinney at University of Saskatchewan for the language revision to improve this manuscript.

The authors would like to acknowledge the financial support of the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) and logistical support of Grasslands National Park.

Additional information

Funding

The funding source for conducting this paper is from Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) (Grant No. RGPIN-2016-03960) funded to Dr. Xulin Guo.