A lidar-based openness index to aid conservation planning for grassland wildlife
Indice d'ouverture fondé sur le LiDAR et destiné à faciliter la planification de la conservation de la faune de prairies

Michael C Allen, Department of Ecology, Evolution, and Natural Resources, Rutgers, State University of New Jersey, New Brunswick, New Jersey
Thomas Almendinger, Duke Farms Foundation, Hillsborough, New Jersey
Charles T Barreca, Duke Farms Foundation, Hillsborough, New Jersey
Julie L Lockwood, Department of Ecology, Evolution, and Natural Resources, Rutgers, State University of New Jersey, New Brunswick, New Jersey

DOI: http://dx.doi.org/10.5751/ACE-02078-170116

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Abstract

Visual openness is a key element in habitat selection for many animals of grasslands and other open habitats, especially birds. Obstructions to visual openness in the form of human infrastructure or inopportune woody vegetation growth can lead to habitat avoidance, and thus pose conservation challenges. Here we introduce a remotely sensed, lidar-based index of visual openness. Like previous indices of visual openness, ours is based on the vertical angle to the horizon; however, its calculation from remotely sensed data allows it to be easily mapped across the landscape. We illustrate its potential usage by calculating the index multiple ways within two large fields in central New Jersey, USA, and evaluating the effects of openness on habitat use by a grassland bird, the Grasshopper Sparrow (Ammodramus savannarum), within an occupancy modeling framework. We used the best performing model and digitally edited openness maps to project population responses under five hypothetical management scenarios of increased habitat openness. Occupancy modeling revealed that a version of the index calculated based on the maximum angle to the horizon best explained Grasshopper Sparrow occupancy patterns. Models also revealed that Grasshopper Sparrows showed a negative response to openness reductions caused by both powerlines and trees. Predictions based on the increased openness scenarios indicated that removal of tree lines and powerlines could increase patch-level occupancy of the sparrows in the affected fields by up to 15% and 9%, respectively. Where adequate data exist, this index has the potential to facilitate the study of openness-habitat use relationships in a variety of open-dwelling fauna and in a variety of habitats, from tundra to marshes to grasslands. Notably, it has promising potential for use in modeling habitat suitability and projecting potential impacts in response to anthropogenic changes in visual openness, such as wind farms, power infrastructure, or vegetation management.

Résumé

L'ouverture visuelle est un élément clé dans la sélection de l'habitat pour de nombreux animaux de prairies et autres milieux ouverts, en particulier les oiseaux. Les obstructions de celle-ci, sous forme d'infrastructures humaines ou de croissance de la végétation ligneuse, peuvent conduire à l'évitement de l'habitat et poser ainsi des problèmes de conservation. Dans la présente étude, nous proposons un indice d'ouverture visuelle fondé sur la télédétection et le LiDAR. Comme d'autres indices d'ouverture visuelle, le nôtre est basé sur l'angle vertical par rapport à l'horizon; cependant, son calcul à partir de données de télédétection permet de le cartographier facilement dans le paysage. Nous illustrons son utilisation potentielle en calculant l'indice de plusieurs façons dans deux grands champs du centre du New Jersey, aux États-Unis, et en évaluant les effets de l'ouverture sur l'utilisation de l'habitat par un oiseau de prairies, le Bruant sauterelle (Ammodramus savannarum), dans un cadre de modélisation de la présence. Nous avons utilisé le modèle le plus performant et des cartes d'ouverture éditées numériquement pour projeter les réactions de la population sous cinq scénarios de gestion hypothétiques d'augmentation de l'ouverture de l'habitat. La modélisation de la présence a révélé qu'une version de l'indice calculée sur la base de l'angle maximal par rapport à l'horizon expliquait le mieux les profils de présence du Bruant sauterelle. Les modèles ont également révélé que les bruants réagissaient négativement aux réductions de l'ouverture causées par les lignes électriques et les arbres. Les prévisions basées sur les scénarios d'ouverture accrue ont indiqué que l'élimination de rangées d'arbres et de lignes électriques pourrait favoriser l'augmentation de la présence des bruants à l'échelle des îlots dans les champs étudiés de 15 % et de 9 %, respectivement. Lorsque les données adéquates existent, cet indice peut faciliter l'étude des relations entre l'ouverture et l'utilisation de l'habitat chez une variété de faune vivant en milieu ouvert et dans une diversité d'habitats, de la toundra aux marais en passant par les prairies. Il présente notamment un potentiel prometteur pour la modélisation de la qualité de l'habitat et la projection des impacts potentiels consécutifs aux changements anthropiques de l'ouverture visuelle, tels que les parcs éoliens, les infrastructures électriques ou la gestion de la végétation.

Key words

Ammodramus savannarum; conservation planning; grassland birds; habitat suitability models; infrastructure; openness; wind energy

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Avian Conservation and Ecology ISSN: 1712-6568