Los ecosistemas de pastizales abarcan vastas áreas, cubriendo 239 millones de hectáreas en los Estados Unidos y 3.6 mil millones de hectáreas en todo el mundo. Los pastizales proporcionan una amplia gama de servicios ecosistémicos y la gestión de los pastizales implica múltiples usos de la tierra. En el oeste de los EE. UU., los pastizales proporcionan hábitat para la vida silvestre, almacenamiento de agua, secuestro de carbono y forraje para el ganado doméstico2. Los pastizales están sujetos a diversas perturbaciones, como especies invasoras, incendios forestales, desarrollo de infraestructuras y extracción de recursos naturales (por ejemplo, petróleo, gas y carbón)3. El monitoreo de la vegetación es fundamental para mantener la gestión de los recursos dentro de los pastizales y otros ecosistemas en todo el mundo 4,5,6. El monitoreo de la vegetación en los pastizales se utiliza a menudo para evaluar la salud de los pastizales, la idoneidad del hábitat para las especies de vida silvestre y para catalogar los cambios en los paisajes debidos a especies invasoras, incendios forestales y extracción de recursos naturales 7,8,9,10. Si bien los objetivos de los programas de monitoreo específicos pueden variar, es deseable que los programas de monitoreo se ajusten a las necesidades de múltiples partes interesadas y, al mismo tiempo, sean estadísticamente confiables, repetibles y económicos 5,7,11. Aunque los administradores de tierras reconocen la importancia del monitoreo, a menudo se considera que no es científico, antieconómico y oneroso5.
Tradicionalmente, el monitoreo de pastizales se ha llevado a cabo con una variedad de métodos, incluyendo la estimación ocular o visual10, los marcos de Daubenmire12, el trazado de parcelas13 y la intercepción de puntos de línea a lo largo de los transectos de vegetación14. Si bien la estimación ocular o visual es eficiente en el tiempo, está sujeta a un alto sesgo del observador15. Otros métodos tradicionales, aunque también están sujetos a un alto sesgo del observador, a menudo son ineficientes debido a sus requisitos de tiempo y costo 6,15,16,17. El tiempo requerido para implementar muchos de estos métodos tradicionales es a menudo demasiado oneroso, lo que dificulta la obtención de tamaños de muestra estadísticamente válidos, lo que resulta en estimaciones de población poco confiables. Estos métodos a menudo se aplican en función de la conveniencia en lugar de estocásticamente, y los observadores eligen dónde recopilar los datos. Además, las ubicaciones de las muestras notificadas y reales difieren con frecuencia, lo que causa confusión para los administradores de tierras y otras partes interesadas que dependen de los datos de monitoreo de la vegetación18. Investigaciones recientes han demostrado que el monitoreo de la vegetación basado en imágenes es efectivo en tiempo y costo 6,19,20. Aumentar la cantidad de datos que se pueden muestrear dentro de un área determinada en un corto período de tiempo debería mejorar la confiabilidad estadística de los datos en comparación con las técnicas tradicionales que requieren más tiempo. Las imágenes son registros permanentes que pueden ser analizados por múltiples observadores después de que se recopilan los datos de campo6. Además, muchas cámaras están equipadas con sistemas de posicionamiento global (GPS), por lo que las imágenes se pueden geoetiquetar con una ubicación de recolección18,20. El uso de puntos de muestreo generados por computadora, ubicados con precisión en el campo, debería reducir el sesgo del observador, ya sea que la imagen se adquiera con una cámara de mano o con un sistema aéreo no tripulado, ya que reduce la inclinación de un observador individual a usar su opinión sobre dónde se deben colocar las ubicaciones de las muestras.
Además de llevar mucho tiempo, ser costoso y estar sujeto a un alto sesgo del observador, el monitoreo tradicional de los recursos naturales con frecuencia no logra caracterizar adecuadamente los pastizales heterogéneos debido al bajo tamaño de la muestra y a la concentración de los lugares de muestreo21. Los diseños de muestreo espacialmente equilibrados distribuyen las ubicaciones de las muestras de manera más uniforme en un área de interés para caracterizar mejor los recursos naturales 21,22,23,24. Estos diseños pueden reducir los costos de muestreo, ya que se requieren tamaños de muestra más pequeños para lograr la precisión estadística en relación con el muestreo aleatorio simple25.
En este método, se combina un diseño de muestreo espacialmente balanceado conocido como muestreo de aceptación balanceado (BAS)22,24 con monitoreo basado en imágenes para evaluar la vegetación de los pastizales. Los puntos BAS se distribuyen de forma óptima en el área de interés26. Sin embargo, esto no garantiza que los puntos se ordenarán en una ruta óptima para la visitación20. Por lo tanto, los puntos BAS se organizan utilizando un algoritmo de optimización de rutas que resuelve el problema del vendedor viajero (TSP)27. Visitar los puntos en este orden determina un camino óptimo (es decir, la menor distancia) que conecta los puntos. Los puntos BAS se transfieren a un programa informático de sistema de información geográfica (SIG) y luego a una unidad portátil de recopilación de datos equipada con GPS. Una vez localizados los puntos BAS, las imágenes se toman con una cámara equipada con GPS, así como con un sistema aéreo no tripulado operado mediante software de vuelo. Al entrar en el campo, un técnico camina a cada punto para adquirir imágenes de cámara montadas en monopié de 1 m2 con una distancia de muestreo del suelo (GSD) de 0,3 mm en cada punto BAS, mientras que un UAS vuela a los mismos puntos y adquiere imágenes GSD de 2,4 mm. Posteriormente, se generan datos de cobertura vegetal utilizando 'SamplePoint'28 para clasificar manualmente 36 puntos/imagen. Se comparan los datos de cobertura vegetal generados a partir del análisis de imágenes a nivel del suelo y UAS, así como los tiempos de adquisición informados para cada método. En el estudio representativo, se utilizaron dos parcelas de pastizales adyacentes de 10 acres. Finalmente, se discuten otras aplicaciones de este método y cómo puede ser modificado para futuros proyectos o proyectos en otros ecosistemas.