A remote sensing methodology for monitoring lichen cover

Abstract

Land degradation has been recognised in the mountainous areas of Sweden due to increased land use, particularly the intensive grazing and trampling by reindeer, which causes mechanical damage to the vegetation cover. As these areas are often inaccessible, it is valuable to be able to use satellite data to monitor vegetation changes. The Swedish Environmental Protection Agency has proposed an environmental quality objective for mountainous areas of Sweden, which emphasizes the need for monitoring. The aim of this paper is to investigate a method for such monitoring using satellite data. Of the different heath communities above the tree line, the lichen-dominated heath is among the most sensitive to mechanical damage. Hence lichen cover is used as an indicator of change because of its ecological relevance and its spectral characteristics. Landsat-5 thematic mapping (TM) data, hyperspectral imaging scanner data, and spectral characteristics of relevant mountainous plant communities and lichen species were used to study heath vegetation in the southern part of the Swedish mountain range. For comparison, colour-infrared (CIR) aerial photographs at a scale of 1 : 60 000 and field data were used. The changes in lichen cover have been detected by spectral changes using the normalized difference vegetation index (NDVI) differencing technique and thresholding. The results show that mountainous lichen-dominated heath, above the tree line, can be mapped with good accuracy using Landsat TM data, and this heath is proposed for change detection, as it is possible to differentiate lichen cover in the following classes: low (20‐50% cover), moderate (51‐80% cover), and high (>80% cover). A lichen cover <20% cannot be separated from other types of dry heath. The class boundaries have been determined using field observations and CIR aerial photographs. The method indicates that a change in lichen cover can be classified and mapped in three classes: unchanged, moderate decrease, and high decrease. The classes can be regarded as three risk-assessment classes for vegetation degradation and ensuing soil erosion. The major conclusion from this study is that a change in lichen cover, differentiated in three classes, can be used as a tool for monitoring disturbed ecosystems in the Swedish mountain range.

Le phénomène de dégradation des terres a été observé dans la chaîne montagneuse de Suède suite à des pressions exercées sur l'utilisation du sol, en particulier le broutage intensif et le tassement des sols par les rennes, ce qui a pour effet d'entraîner des dommages mécaniques au couvert de végétation. Étant donné que ces endroits sont souvent inaccessibles, il est utile de pouvoir utiliser les données satellitales pour réaliser le suivi des changements dans la végétation. L'Agence de protection de l'environnement de Suède a défini un objectif au plan de la qualité de l'environnement pour les régions montagneuses de Suède mettant l'accent sur la nécessité de réaliser un suivi. L'objectif de cet article est de développer une méthode pour un tel suivi basé sur l'utilisation des données satellitales. Parmi les différentes communautés de landes situées au-dessus de la limite forestière, la lande dominée par les lichens est parmi la plus sensible aux changements mécaniques. Ainsi, le couvert de lichens est utilisé en tant qu'indicateur de changement à cause de sa pertinence écologique et de ses caractéristiques spectrales. Des données TM de Landsat-5, des données hyperspectrales de capteur imageur et les caractéristiques spectrales des communautés pertinentes de plantes de montagne et d'espèces de lichens ont été utilisées pour étudier la végétation de lande dans la partie sud de la chaîne montagneuse de Suède. Pour fin de comparaison, des photographies aériennes couleur infrarouge à l'échelle du 1 : 60 000 et des données de terrain ont été utilisées. Les changements dans le couvert de lichens ont été détectés par le biais des changements spectraux dérivés à l'aide d'une méthode de différenciation du NDVI et d'un seuillage. Les résultats montrent que la lande de montagne dominée par les lichens, située au-dessus de la limite forestière, peut être cartographiée avec une bonne précision à l'aide des données Landsat TM et nous proposons d'utiliser cette lande comme outil pour la détection des changements étant donné qu'il est possible de différencier le couvert de lichens en fonction des classes : faible (20‐50%), modéré (51‐80%) et élevé (>80%). Un couvert de lichens <20% ne peut être distingué des autres types de landes sèches. Les limites de classe ont été déterminées à l'aide des observations sur le terrain et des photographies aériennes. La méthode montre qu'un changement dans le couvert de lichens peut être classifié et cartographié en fonction de trois classes : inchangé, diminution modéré et diminution importante. Ces classes peuvent donc être considérées comme constituant trois classes d'évaluation du risque pour la dégradation de la végétation et l'érosion subséquente des sols. La principale conclusion de cette étude est à l'effet qu'un changement dans le couvert de lichens, différencié en fonction de trois classes, peut être utilisé comme outil pour le suivi des écosystèmes perturbés dans la chaîne montagneuse de Suède.