Satellite data can produce very different carbon estimates to ground plots

Francais
Une nouvelle étude a été publiée par nos collègues de l’université d’Edinburgh, Leeds et Oxford. Elle compare les cartes carbone générées par l’imagerie satellite de deux études célèbres (Sassan et al., 2011 and Baccini et al.,2012) avec les données de parcelles forestières du programme RAINFOR à travers l’Amérique du sud. La carte produite à partir des mesures des parcelles de forêts a révélé des gradients régionaux clairs dans la biomasse que les deux cartographies satellitaires n’ont pas pu détecter. Alors que les données des parcelles sont considérées par les auteurs comme étant plus représentatives de ces tendances régionales que les cartographies satellitaires, ils ne recommandent pas d’utiliser seulement les données des parcelles pour générer des cartes carbone. Le message principal à retenir est que les cartes carbone sont le mieux produites en calibrant minutieusement un grand nombre de parcelles de terrain aux images satellitaires et en utilisant des procédures de validation robustes qui prennent en compte les variations écologiques connues dans la densité du bois des arbres et l’allométrie.

English
A new study has been published by our colleagues at the Universities of Edinburgh, Leeds and Oxford. It compares carbon maps produced by satellite imagery from two well-known studies (Sassan et al., 2011 and Baccini et al.,2012), with forest plot data from the RAINFOR programme across South America. The map produced from forest plot measurements revealed clear regional gradients in biomass, that both satellite maps failed to detect. While the plot data are considered by the authors to be more representative of these regional patterns than the satellite maps, they do not advocate using plot data alone to generate carbon maps. The take-home message is that carbon maps are best produced by carefully calibrating a large number of field plots to satellite images using robust validation procedures that take into account known ecological variations in tree wood density and allometry.

References
Mitchard E.T.A. et al. (2014) Markedly divergent estimates of Amazon forest carbon density from ground plots and satellites. Global Ecology and Biogeography, DOI: 10.1111/geb.12168

Saatchi, S.S., Harris, N.L., Brown, S., Lefsky, M., Mitchard, E.T.A., Salas, W., Zutta, B.R., Buermann, W., Lewis, S.L., Hagen, S., Petrova, S., White, L., Silman, M. & Morel, A. (2011) Benchmark map of forest carbon stocks in tropical regions across three continents. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 108, 9899–9904.

Baccini, A., Goetz, S.J., Walker, W.S., Laporte, N.T., Sun, M., Sulla-Menashe, D., Hackler, J., Beck, P.S.A., Dubayah, R., Friedl, M.A., Samanta, S. & Houghton, R. (2012) Estimated carbon dioxide emissions from tropical deforestation improved by carbon-density maps. Nature Climate Change, 2,182–185.

Climate change and fire: the tipping point for our rainforests?

Francais

La façon dont les changements climatiques futurs vont probablement impacter les forêts du Gabon n’est pas encore claire, mais la plupart des scientifiques sont convaincus que les effets combinés de la dégradation des forêts, la chasse excessive et les changements climatiques vont avoir des conséquences dévastatrices sur les forêts pluvieuses tropicales et la faune qui en dépend.

Cependant, un élément qui a souvent manqué dans les modèles climatiques de la santé des forêts est le feu. Actuellement, les fortes précipitations et les conditions humides élevées au Gabon favorisent des feux en milieu sauvages de faible intensité qui sont limitées principalement aux savanes, et ne brulent pas de grandes étendues de forêt. Cependant, une nouvelle étude publiée dans le journal PNAS montre comment ces liens sont fragiles, et que les sécheresses et les feux peuvent entrainer une grande mortalité des grands arbres dans les forêts pluvieuses tropicales qui ne sont normalement pas combustibles. Effectuée dans les forêts pluvieuses brésiliennes, l’étude a comparé trois régimes de feu (jamais brûlé, brulé annuellement, et brulé tous les trois ans) dans des parcelles à travers la zone de transition forêts-savane. En 2007, une sévère sècheresse régionale s’est produite et les parcelles ont connu des faibles précipitations, une faible humidité, des températures élevées de l’air, une sécheresse élevée du sous-bois, un faible taux d’humidité de la litière et des quantités élevées d’éléments combustibles comparé aux années sans sécheresse. Pendant cette année, les feux expérimentaux ont causé une augmentation massive de la mortalité des arbres, qui était plus élevée le long des lisières de forêts brûlées tous les trois ans. Cela a engendré une diminution de 30% de la biomasse aérienne, et avec une faible couverture foliaire, les herbes ont pu coloniser les zones brûlées, ce qui a par la suite a augmenté l’intensité des feux dans les années suivantes. L’environnement forestier s’est ainsi efficacement transformé en environnement savanicole.

Alors que les données satellites montrent déjà que dix fois plus de forêts ont été brûlé en 2007 que la moyenne dans le sud-est de l’Amazonie, cette étude est la première à présenter des preuves du terrain d’un seuil critique des forêts causé par le feu. Leurs résultats montrent comment la déforestation a certainement accru le risque des feux de grande intensité en accroissant la quantité de lisière de forêts dans la région, et cela a des implications claires au-delà de l’Amérique du sud. Au Gabon, la plupart des feux de savane ne sont ni documentés ni gérés, et les études d’impact des feux sont rares. Avec la dégradation des forêts qui va probablement augmenter à cause des pressions d’une population urbaine croissante et du plan de développement national, comprendre où le niveau critique se trouve dans la relation entre le climat, le feu et la fragmentation des forêts serait capital pour protéger les forêts du Gabon dans le futur.

English
How future climate change is likely to impact the ecology of Gabon's forests is not yet clear, but most scientists are in no doubt that the combined effects of forest degradation, over-hunting and climatic changes will have devastating consequences for tropical rainforests and the fauna that depend on them.
However, one element that is often missing from climatic models of forest health is fire. Currently, high rainfall, high humidity conditions in Gabon favour low intensity wildland fires that are limited mainly to savannahs, and do not burn large areas of forest. However, a new study published in the journal PNAS shows how fragile these relationships are, and that drought and fire can trigger massive tree mortality in tropical rainforests that are not normally combustible. Conducted in the Brazilian rainforest, the study compared 3 different fire regimes (never burned, burned annually, and burned every 3 years) in plots across a forest-savannah transition zone. In 2007, a severe regional drought occurred and the plots experienced lower rainfall, lower humidity, higher air temperature, higher understory dryness, lower litter moisture content and higher fuel loads, compared to non-drought years. During this year, the experimental fires caused a massive increase in tree mortality, which was highest along forest edges in areas burned every 3 years. As a result, above-ground biomass decreased by up to 30%, and with lower leaf coverage, grasses were able to colonize the burned forest areas, which in turn increased fire intensity in subsequent years. The forest environment effectively shifted to a savannah-like environment.
While satellite data already show that 10 times more forest burned in 2007 than on average in SE Amazonia, this study is the first to present field-based evidence for a tipping point in forests due to fire. Their results show how deforestation is likely to increase the risk of high-intensity fires by increasing the amount forest edges in the region, and has clear implications beyond South America. In Gabon, most savannah fires are undocumented and unmanaged, and fire impact studies are rare. With forest degradation expected to increase due to the pressures of a growing urban population and national development plan, understanding where the tipping point lies in the relationship between climate, fire and forest fragmentation may be critical to protecting Gabon's forests in the future.


Reference (download article at this link)

Paulo Monteiro Brando, Jennifer K. Balch, Daniel C. Nepstad, Douglas C. Morton, Francis E. Putz, Michael T. Coe, Divino Silvério, Marcia N. Macedo, Eric A. Davidson, Caroline C. Nóbrega, Ane Alencar, and Britaldo S. Soares-Filho (2014). Abrupt increases in Amazonian tree mortality due to drought–fire interactions. PNAS. published ahead of print April 14, doi:10.1073/pnas.1305499111

You are what you eat: hair reveals ape diets in Loango NP

Francais

L’étude des espèces rares ou éteintes est particulièrement difficile pour les chercheurs qui sont confrontés à un manque de matériels biologiques et à des observations, entrainant une forte demande pour développer des méthodes qui exploitent le maximum de données à partir des plus petites sources.

L’analyse des isotopes stables est une méthode bien développée qui utilise la distribution des isotopes stables dans les matériels biologiques pour tirer des conclusions sur le régime alimentaire et le niveau trophique. Les ratios de l’isotope du carbone (δ¹³C) sont utiles pour différentier les plantes qui ont des processus photosynthétiques différents (les plantes en C4 et C3), et les isotopes du Nitrogène (δ¹⁵N) sont utiles pour différentier les différents niveaux trophiques (régimes alimentaires herbivore, omnivore, ou insectivore).

Nos collègues de l’institut Max Planck ont récemment publié un article qui rapporte la première étude effectuée sur des isotopes comparant les préférences alimentaires des gorilles et des chimpanzés sympatriques dans le parc national de Loango.

En analysant les ratios des isotopes δ¹³C et δ¹⁵N des plantes alimentaires des primates et des poils collectés dans leurs nids, ils ont réussi à détecter la séparation des niches des régimes alimentaires entre les deux espèces et à voir les variations saisonnières dans ces régimes.

Leurs résultats s’accordent avec d’autres études de régimes alimentaires menées sur la même population : ils ont trouvé que la principale source de nourriture des gorilles étaient les plantes herbacées, alors c’était les fruits pour les chimpanzés ; ils ont détecté des différences de niche entre les espèces, mais aussi des chevauchements entre les régimes alimentaires. Des analyses successives des poils ont révélé, comme les autres études, que les chevauchements dans le temps des régimes alimentaires entre les espèces, avec les gorilles montrant une plus grande variation saisonnière dans les isotopes δ¹³C que les chimpanzés, certainement dû à des variations dans les proportions de feuilles et des fruits consommés.

Validée par d’autres études d’analyses de composition de régime alimentaire (telle que les analyses des fèces), cette technique a des implications pour les études paléoanthropologiques, particulièrement pour les reconstructions des régimes alimentaires des fossiles hominiens.

English
The study of rare or extinct species is particularly challenging to researchers faced with a lack of biological material or observations, and there is a strong impetus to develop methods that exploit the maximum data from the most minimum of sources.
Stable isotope analyses is a well-developed method that uses the distribution of stable isotopes in biological material to draw inferences regarding diet and trophic level. Carbon isotope ratios  (δ¹³C) are useful for differentiating plants with different photosynthetic pathways (C4 and C3 plants), and Nitrogen isotopes (δ¹⁵N) are useful for differentiating different trophic levels (herbivores v omnivore or insectivore diets).
Our colleagues at the Max Planck Institute have recently published an article that reports on the the first isotope study comparing dietary preferences of sympatric gorillas and chimpanzees, conducted in Loango NP.
By analysing the δ¹³C and δ¹⁵N ratios of ape food plants and ape hair samples found in nests, they were able to detect dietary niche separation between the two species and look at seasonal variations in diet.
Their results agreed with other dietary studies conducted on same population; they found that gorillas' main food resources were herbaceous plants, whereas for chimpanzees it was fruits; they detected niche differences between species, but also dietary overlap. Sequential hair analyses revealed, like other studies, that dietary overlap varied between species over time, with gorillas showing much greater seasonal variation in δ¹³C to chimps, likely due to variations in the proportions of leaves versus fruit consumed.
Ground-truthed to other studies of dietary composition (such as faecal analysis), this technique has implications for paleoanthropological studies, particularly for dietary reconstructions of fossil hominins.

Reference
Oelze, V. M., Head, J. S., Robbins, M. M., Richards, M., & Boesch, C. (2014). Niche differentiation and dietary seasonality among sympatric gorillas and chimpanzees in Loango National Park (Gabon) revealed by stable isotope analysis. Journal of Human Evolution, 66, 95–106.

How can fire better protect savannahs in Lopé?

Francais

Nous venons tout juste de publier un article sur les mesures de gestion des feux dans le Parc National de la Lopé dans le journal en ligne PARKS. L’étude examine comment l’effort de gestion des feux a été efficace en protégeant des savanes régionales rares dans une zone qui connait en même temps l’expansion de la forêt et l’épaississement des savanes. En regardant à 14 années de données de brûlage, de suivi par photographie, et environnementales, nous avons évalué l’impact de la fréquence des récurrences des feux sur végétation arbustive des savanes, et comment nos mesures de gestion des feux pourraient être améliorées pour favoriser des brûlages plus intenses. Nos résultats suggèrent que des savanes plus fréquemment brûlées ont moins de végétation arbustive, mais que la situation est plus complexe puisque la végétation arbustive est aussi liée à la composition en espèces de graminées des savanes. Notre évaluation suggère aussi que les mesures de gestion des feux du parc n’ont pas favorisé les brûlages les plus intensifs et cela a certainement limité l’efficacité du plan de brûlage à efficacement réduire les taux d’expansion de la forêt et d’épaississement de la savane.

Cette étude de cas est une évaluation pragmatique d’un outil de gestion à long terme. Comme c’est le cas pour plusieurs scénarios confrontés à la réalité de la gestion des aires protégées, les données étaient incomplètes, et les plans de brûlage étaient réalisés sans qu’aucun outil d’évaluation n’ait été conçu. L’article révèle le besoin des Gestionnaires de parc à mettre en place des méthodes d’évaluation dans leurs procédures de gestion et de s’assurer qu’ils peuvent évaluer si un outil de gestion donné fournit vraiment les résultats escomptés. Avec cet article, nous espérons montrer que l’évaluation des outils de gestion, même à partir de données imparfaites, peut toutefois fournir des informations utiles et améliorer les pratiques futures.

 

English
We have just published an article on the fire management practices in Lopé National Park. Published in the online IUCN journal PARKS, the study examines how effective fire management efforts have been at protecting regionally rare savannahs in an area experiencing both forest expansion and savannah thickening. By looking at 14 years of burn data, photomonitoring data, and environmental data, we assessed the impacts of fire return frequency on savannah woody vegetation, and evaluated how our fire management practices could be improved to favour more intensive burns. Our results suggest that more frequently burned savannahs have less woody vegetation, but that the situation is more complex, as woody vegetation is also linked to savannah grass species composition. Our evaluation suggests that the park's fire management practices have not favoured the most intensive burns, and have likely limited the efficiency of the fire plan to effectively reduce rates of forest expansion and savannah thickening.

This case study is a pragmatic evaluation of a long-term management tool. As is the case for many real-life protected area management scenarios, the data-set was incomplete, and the fire plan was implemented without an evaluation tool having been designed. The paper highlights the need for Park managers to build evaluation methods into their management procedures and to ensure that they can assess whether a management tool is really providing the results they believe it will. With this paper, we hope to show that evaluation of management tools, even from imperfect data-sets, can nonetheless provide useful information and improve future practices. 

Download a pdf of the article here

Reference

Jeffery, K. J., Korte, L., Palla, F., White, L. J. T., & Abernethy, K. A. (2014). Fire Management in a Changing Landscape : a case study from Lopé National Park. PARKS, 20(1), 35–48.