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Measuring $\beta$-diversity by remote sensing: a challenge for biodiversity monitoring. Methods in Ecology and Evolution

Autori: Rocchini, D., Luque, S., Pettorelli, N., Bastin, L., Doktor, D., Faedi, N., Feilhauer, H., F\'{e}ret, J.-B., Foody, G.M., Gavish, Y., Godinho, S., Kunin, W.E., Lausch, A., Leit\~{a}o, P.J., Marcantonio, M., Neteler, M., Ricotta, C., Schmidtlein, S., Vihervaara, P., Wegmann, M., Nagendra, H. (2018).

Abstract: Biodiversity includes multiscalar and multitemporal structures and processes, with different levels of functional organization, from genetic to ecosystemic levels. One of the mostly used methods to infer biodiversity is based on taxonomic approaches and community ecology theories. However, gathering extensive data in the field is difficult due to logistic problems, especially when aiming at modelling biodiversity changes in space and time, which assumes statistically sound sampling schemes. In this context, airborne or satellite remote sensing allows information to be gathered over wide areas in a reasonable time. Most of the biodiversity maps obtained from remote sensing have been based on the inference of species richness by regression analysis. On the contrary, estimating compositional turnover β‐diversity) might add crucial information related to relative abundance of different species instead of just richness. Presently, few studies have addressed the measurement of species compositional turnover from space. Extending on previous work, in this manuscript, we propose novel techniques to measure β‐diversity from airborne or satellite remote sensing, mainly based on: (1) multivariate statistical analysis, (2) the spectral species concept, (3) self‐organizing feature maps, (4) multidimensional distance matrices, and the (5) Rao's Q diversity. Each of these measures addresses one or several issues related to turnover measurement. This manuscript is the first methodological example encompassing (and enhancing) most of the available methods for estimating β‐diversity from remotely sensed imagery and potentially relating them to species diversity in the field.

Link: https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/2041-210X.12941

 

Remotely sensed spatial heterogeneity as an exploratory tool for taxonomic and functional diversity study. Ecological Indicators

Autori: Rocchini, D., Bacaro, G., Chirici, G., Da Re, D., Feilhauer, H., Foody, G.M., Galluzzi, M., Garzon-Lopez, C.X., Gillespie, T.W., He, K.S., Lenoir, J., Marcantonio, M., Nagendra, H., Ricotta, C., Rommel, E., Schmidtlein, S., Skidmore, A.K., Van De Kerchove, R., Wegmann, M., Rugani, B. (2018).

Abstract: Assessing biodiversity from field-based data is difficult for a number of practical reasons: (i) establishing the total number of sampling units to be investigated and the sampling design (e.g. systematic, random, stratified) can be difficult; (ii) the choice of the sampling design can affect the results; and (iii) defining the focal population of interest can be challenging. Satellite remote sensing is one of the most cost-effective and comprehensive approaches to identify biodiversity hotspots and predict changes in species composition. This is because, in contrast to field-based methods, it allows for complete spatial coverages of the Earth's surface under study over a short period of time. Furthermore, satellite remote sensing provides repeated measures, thus making it possible to study temporal changes in biodiversity. While taxonomic diversity measures have long been established, problems arising from abundance related measures have not been yet disentangled. Moreover, little has been done to account for functional diversity besides taxonomic diversity measures. The aim of this manuscript is to propose robust measures of remotely sensed heterogeneity to perform exploratory analysis for the detection of hotspots of taxonomic and functional diversity of plant species.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.09.055

 

The recreational value of forests under different management systems

Riccioli F., Marone E., Boncinelli F., Tattoni C., Rocchini D., Fratini R., 2018

New Forests

https://doi.org/10.1007/s11056-018-9663-3

 

Shaping Future Forestry for Sustainable Coppices in Southern Europe: The contribution of LIFE FutureForCoppiceS project

Poster presentato al 7th ICP Forests Scientific Conference, 21-23 May 2018 - Riga/Latvia

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Il valore ricreativo delle foreste in diversi sistemi di gestione

Riccioli F., Fratini R., Marone E., Boncinelli F., Tattoni C., Rocchini D.

Poster su alcuni risultati del Progetto FutureForCoppices presentato alla Conferenza IUFRO  dal titolo “3rd Restoring Forests: Regeneration and Ecosystem Function for the Future” tenutasi a  Lund (Svezia) il 12-14 settembre 2017

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Poster del progetto LIFE FutureFor CoppiceS presentato al “XXIX Convegno della Società Lichenologica Italiana” (28-30 settembre 2016)

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Spatio-ecological complexity measures in GRASS GIS.

Rocchini, D., Petras, V., Petrasova, A., Chemin, Y., Ricotta, C., Frigeri, A., Landa, M., Marcantonio, M., Bastin, L., Metz, M., Delucchi, L., Neteler, M.

La misurazione della complessità  ecologica nello spazio è di fondamentale importanza in macroecologia e biogeografia. Molti algoritmi sono stati utilizzati in ecologia spaziale per stimare la complessità  degli ecosistemi e il loro cambiamento nello spazio e nel tempo. Tra questi, gli algoritmi basati su codice libero offrono l'opportunità  di garantirne la robustezza e la rirpoducibilità. In questo articolo proponiamo una descrizione delle principali misure di complessità disponibili nel software libero GRASS GIS, relazionandole a processi ecologici.

http://dx.doi.org/10.1016/j.cageo.2016.05.006

 

Boosting the use of spectral heterogeneity in the impact assessment of agricultural land use on biodiversity

Rugani, B., Rocchini, D. (2017)

L'impatto sulla biodiversità  dovuto al cambiamento dell'uso del suolo è un argomento controverso nel campo della stima dei cicli vitali (Life Cycle Assessment, LCA). In questo articolo ci proponiamo di dimostrare come l'eterogeneità  spettrale derivata da dati telerilevati possa rappresentare un importante predittore della diversità  delle comunità  in LCA.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.09.018

 

Satellite remote sensing to monitor species diversity: potential and pitfalls

Rocchini, D., Boyd, D.S., Féret, J.B., Foody, G.M., He, K.S., Lausch, A., Nagendra, H., Wegmann, M., Pettorelli, N.

Il telerilevamento satellitare è uno degli strumneit più efficienti per identificare le zone a più alta biodiversità  e prevedere cambiamenti nella composizione specifica delle comunità  vegetali. In questo articolo proponiamo una revisione del potenziale delle immagini da satellite per il monitoraggio dei cambiamenti della biodiversità  vegetale fornendo una panoramica dei potenziali problemi associati all'uso improprio dei dati telerilevati.

http://dx.doi.org/10.1002/rse2.9

 

2D visualization captures the local heterogeneity of oxidative metabolism across soils from diverse land-use.

Rubol, S., Dutta, T., Rocchini, D. (2016)

I processi a scala di dettaglio nel suolo possono incidere su fenomeni a larga scala. Fino ad oggi, i limiti tecnologici hanno impedito la raccolta di dati microscalari, con una limitata informazione sui cicli bio-geochimici a piccola scala e sul loro cambiamento spaziale e temporale. Lo scopo di questo articolo è quello di mappare in 2 dimensioni la relazione tra concentrazioni di ossigeno ed eterogeneità derivanti da metabolismo ossidativo in differenti tipi di uso del suolo.

http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.06.252

 

Exploring the relationship between remotely-sensed spectral variables and attributes of tropical forest vegetation under the influence of local forest institutions.

Agarwal, S., Rocchini, D., Marathe, A., Nagendra, H. (2016)

La conservazione delle foreste al di fuori delle aree protette è essenziale per mantenerne la connettività , che dipende in larga parte dall'efficienza di sitituzioni locali. In questo studio analizziamo la possibilità  di utilizzare dati Landsat per esplorare la relazione tra struttura della vegetazione e tipi di gestione forestale.

http://dx.doi.org/10.3390/ijgi5070117

 

Incorporating spatial autocorrelation in rarefaction methods: implications for ecologists and conservation biologists.

Bacaro, G., Altobelli, A., Camelletti, M., Ciccarelli, D., Martellos, S., Palmer, M.W., Ricotta, C., Rocchini, D., Scheiner, S.M., Tordoni, E., Chiarucci, A. (2016)

Le curve di rarefazione spazialmente esplicita (Spatially Explicit Rarefaction, SER) sono state di recente introdotte nella letteratura scientifica per descrivere la relazione tra la ricchezza specifica e l'intensità  di campionamento, considerando in modo esplicito l'autocorreloazione spaziale nei dati. In questo articolo dimostriamo che i metodi classici che non tengono in considerazione la struttura spaziale dei dati possono portare a risultati fuorvianti.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.04.026

 

Long-term response to thinning in a beech (Fagus sylvatica L.) coppice stand under conversion to high forest in Central Italy.

Chianucci F., Salvati L., Giannini T., Chiavetta U., Corona P., Cutini A. (2016)

European beech (Fagus sylvatica L.) forests have a long history of coppicing, but the majority of formerly managed coppices are currently under conversion to high forest. The long time required to achieve conversion requires a long-term perspective to fully understand the implication of the applied conversion practices. In this study, we showed results from a long-term (1992–2014) case-study comparing two management options (natural evolution and periodic thinning) in a beech coppice in conversion to high forest. Leaf area index, litter production, radiation transmittance and growth efficiency taken as relevant stand descriptors, were estimated using both direct and indirect optical methods. Overall, results indicated that beech coppice showed positive and prompt responses to active conversion practices based on periodic medium-heavy thinning. A growth efficiency index showed that tree growth increased as the cutting intensity increased. Results from the case study supported the effectiveness of active conversion management from an economic (timber harvesting) and ecological (higher growth efficiency) point of view.

http://dx.doi.org/10.14214/sf.1549

 

Measuring Rao’s Q diversity index from remote sensing: An open source solution

Duccio Rocchini, Matteo Marcantonio, Carlo Ricotta

La biodiversità  rappresenta un indicatore diretto della salute degli ecosistemi. Il telerilevamento rappresenta uno strumento potente che permette una copertura dei dati uniforme in tempi relativamente brevi. In questo articolo proponiamo l'uso dell'indice di Rao (Q) applicato a dati da remoto, proponendo una funzione con codice libero basata sul software R per il calcolo dell'indice in due dimensioni.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.07.039