Monitoring biodiversity in cultural landscapes: development of remote sensing- and GIS-based methods

Sammanfattning: Kulturlandskapet är starkt knutet till människan och hennes aktiviteter. Flera tusen år av samspel mellan människa och natur har skapat landskap som definierar levnadsvillkoren för en mångfald av arter. Men när samhället förändras, förändras även kulturlandskapet. De forna årtusendenas långsamma och gradvisa förändringar har accelererats av människans teknologiska framsteg. I södra Sverige har jordbruksreformer, konstgödsel, modernt skogsbruk och urbanisering omvandlat kulturlandskapet på bara 200 år. Men mycket av biodiversiteten i landskapet är format av och beroende av habitat, landskapsstruktur och skötsel som de såg ut för 200 år sedan. För att kunna bevara så mycket som möjligt av vår biodiversitet måste vi övervaka kulturlandskapet och nya kostnadseffektiva, storskaliga metoder måste tas fram för att underlätta bevarandearbetet. Att övervaka och samla in data över kulturlandskapet med hjälp av satellit- och flygbaserade sensorer (fjärranalys) och behandla dessa data i datormiljö, kan vara nyckeln till ett effektivt övervakningssystem. I denna avhandling undersöker jag framförallt kopplingarna mellan artrikedomen av växter och kulturlandskapets egenskaper, med hjälp av datorbaserad behandling av flyg- och satellitdata, samt statistisk modellering. Jag har med hjälp av satellitdata och officiell rumslig och statistisk data utfört tre studier i delar av Skåne, med målsättningen att kunna koppla heterogeniteten i landskapet och landskapets sammansättning vad gäller markanvändning, till nivåer av artrikedom av växter. Med hjälp av högupplöst satellitdata och hyperspektral flygdata har jag även genomfört tre studier i ett gräsmarksområde på Öland, där jag har undersökt kopplingarna mellan betade gräsmarkers spektrala reflektans och deras växtdiversitet, samt möjligheterna att åldersklassificera betade gräsmarker med hjälp av deras spektrala signaturer. I den första studien baserad i Skåne visade jag att landskapets heterogenitet, uppmätt med mått från officiell Svensk Marktäckedata (rumsliga mått) och heterogeniteten i den spektrala reflektansen från Landsat-satellitdata (spektrala mått), är kopplad till artrikedomen av växter. Jag visade också att kopplingen mellan artrikedom av växter och uppmätt landskapsheterogenitet är särskilt stark om man kombinerar rumsliga och spektrala mått. Med hjälp av kombinationer av rumsliga och spektrala heterogenitetsmått lyckades jag sedan bygga modeller som förutsade artrikedomen av växter med <20% felmarginal i ca 80% av studieområdet. I den andra studien baserad i Skåne skapade jag först historisk (1975) och nutida (2001) markanvändningsdata, baserad på Landsat-satellitdata, officiell höjddata, samt årstidsskillnader i ett spektralt baserat mått på växtlighetens fenologi. Jag visade sedan att både historisk och nutida markanvändning och landskapsheterogenitet är kopplade till nutida artrikedom av växter. Jag visade att proportionen åkermark i landskapet var negativt kopplad till artrikedom av växter, medan proportionerna av våtmark, lövskog och betesmark generellt var positivt kopplade till växternas artrikedom. Jag visade också att en ökning i proportionen av lövskog mellan det historiska och nutida landskapet kan påverka artrikedomen av växter positivt och att detta också gällde när heterogeniteten i landskapet ökade. I den tredje studien i Skåne visade jag att artrikedomen av växter i landskap som är enkla i sin sammansättning och heterogenitet, bäst förklarades av proportionerna av de vanligaste markanvändningsklasserna som inte var åker. Jag visade även att i de mest komplexa landskapen så var det mängden av småbiotoper (t.ex. märgelgravar, häckar, vägrenar) inom landskapet som förklarade artrikedomen av växter bäst. I den första av studierna på Öland visade jag att skillnader mellan betade gräsmarker i deras spektrala signaturer, uppmätta med data från Worldview-2-satelliten, var kopplade till skillnader i deras artsammansättning av växter. Jag förutsade även skillnader i gräsmarkernas artsammansättning av växter genom att mäta skillnaderna i deras spektrala signaturer. I den andra studien på Öland använde jag data från den hyperspektrala flygbaserade sensorn HySpex för att förutsäga artdiversitet (artrikedom och Simpson’s index) av växter inom betade gräsmarker. Jag visade att de bästa resultaten kom när man använde samtliga 245 spektrala band för att mäta gräsmarkernas reflektans. I den tredje studien på Öland använde jag återigen data från HySpex-sensorn för att klassificera betade gräsmarker i tre olika åldersklasser (5-15 år, 16-50 år och >50 år). Det bästa resultatet fick jag när jag började med att välja ut de spektrala band (177 band) som var viktigast för att kunna särskilja åldersklasserna. Sammanfattningsvis så visar mina resultat att metoder baserade på fjärranalys och GIS (geografiska informationssystem) kan vara mycket användbara verktyg för att effektivt kunna övervaka biodiversitet inom kulturlandskapet. Detta både genom deras förmåga att modellera landskapets struktur och sammansättning och genom deras förmåga att relatera dessa modeller till faktisk biodiversitet i ett brett spektrum av rumsliga skalor, habitat och landskap.