Ecosystem Performance Monitoring of Rangelands by Integrating Modeling and Remote Sensing

Abstract

Monitoring rangeland ecosystem dynamics, production, and performance is valuable for researchers and land managers. However, ecosystem monitoring studies can be difficult to interpret and apply appropriately if management decisions and disturbances are inseparable from the ecosystem’s climate signal. This study separates seasonal weather influences from influences caused by disturbances and management decisions, making interannual time-series analysis more consistent and interpretable. We compared the actual ecosystem performance (AEP) of five rangeland vegetation types in the Owyhee Uplands for 9 yr to their expected ecosystem performance (EEP). Integrated growing season Normalized Difference Vegetation Index data for each of the nine growing seasons served as a proxy for annual AEP. Regression-tree models used long-term site potential, seasonal weather, and land cover data sets to generate annual EEP, an estimate of ecosystem performance incorporating annual weather variations. The difference between AEP and EEP provided a performance measure for each pixel in the study area. Ecosystem performance anomalies occurred when the ecosystem performed significantly better or worse than the model predicted. About 14% of the Owyhee Uplands showed a trend of significant underperformance or overperformance (P<0.10). Land managers can use results from weather-based rangeland ecosystem performance models to help support adaptive management strategies./El monitoreo del desempeño, producción y dinámica de los ecosistema de pastizal es valioso para investigadores y manejadores de tierras. Sin embargo, los estudios de monitoreo del ecosistema pueden ser difíciles de interpretar y aplicar apropiadamente, si las decisiones de manejo y disturbios son inseparables de la señal climática del ecosistema. Este estudio separa las influencias estacionales del clima de influencias causadas por alteraciones y decisiones de manejo, haciendo el análisis de series de tiempo interanual más consistente y interpretable. Comparamos el rendimiento actual del ecosistema (AEP) de cinco tipos de vegetación de pastizales del las tierras altas de Owyhee por nueve años con su rendimiento esperado del ecosistema (EEP). Datos de Índice Diferencial de Vegetación Normalizado de temporada de crecimiento integrado para cada una de las nueve temporadas decrecimiento sirvieron como una aproximación del AEP anual. Modelos de árbol de regresión usaron conjuntos de datos de potencial del sitio a largo plazo, clima estacional y cobertura del suelo para generar EEP anual, una estimación del desempeño del ecosistema que incorporando variaciones anuales del clima. La diferencia entre AEP y EEP proporcionó una medida de desempeño para cada píxel en el área de estudio. Anomalías de desempeño del ecosistema ocurrieron cuando el ecosistema se desempeño significativamente mejor o peor de lo que el modelo predijo. Cerca del 14% de las tierras altas de Owyhee mostraron una tendencia de bajo desempeño o alto desempeño (P<0.10). Administradores de tierras pueden usar los resultados de modelos de desempeño del ecosistema de pastizal basados en clima para que ayude a soportar estrategias de manejo adaptivo.