Decadal Changes in Salt Marsh Succession and Assessing Salt Marsh Vulnerability using High-Resolution Hyperspectral Imagery

Change in the coastal zone is accelerating with external forcing by sea-level rise, nutrient loading, drought and over-harvest is impacting salt marshes. Understanding marsh resilience, including recovery from coastal storms and detection of stress, is essential for conservation and prediction of ecosystem services. The ‘chronosequence approach’ of predicting future state change by examining ecosystem structure and function in existing ecosystems of different ages is a powerful tool, but assumes that the past mimics the future, and time is the dominant driver of change. This approach was evaluated by replicating a 1995 salt marsh chronosequence study in back-barrier marshes ranging from 4 to \u3e170 yr old on Hog Island, Virginia. Physico-chemical properties, such as porewater redox potential and sediment organic matter and nutrients, followed predictable age-related patterns. However, invertebrate abundance, plant biomass, and sediment grain size instead seemed to respond to sea level rise and stochastic die-off and sand deposition. Thus, while time drives the intrinsic evolution of some physico-chemical components, extrinsic drivers exert a strong influence on key biotic-abiotic feedbacks. Exacerbation of external forcing may push the trajectory of marsh succession away from a predictable trajectory, limiting ecosystem services. This rapid evolution of marsh state makes the ability to detect stressors prior to marsh collapse important. Hyperspectral imagery of plants was collected in marshes of varying age/stressor characteristics, including salinity, sediment redox potential and nitrogen availability, and in the greenhouse, where environmental conditions were manipulated. Models developed to stressors based on plant spectral response were useful for salinity and nitrogen within the greenhouse or within the field, but were not transferable from lab to field. This study is an important step towards development of a remote sensing tool for tracking of ecosystem development, marsh health, and future ecosystem services

Entwicklung einer übertragbaren, synergistischen Methode zur Kartierung von Biotoptypen anhand von hochauflösenden optischen und Radar-basierten Daten

Das übergeordnete Ziel der Arbeit war es zu evaluieren, in welchem Umfang die synergistische Verwendung von modernen Erdbeobachtungsdaten und -methoden zur Kartierung von Biotoptyp- und Landnutzungsinformationen beitragen kann. Anhand einer umfangreichen Literaturrecherche wurden die traditionellen Methoden der Biotoptypenkartierung und der Stand der Forschung im Bereich der Verwendung von Fernerkundungsinformationen für die Biotoptypenkartierung analysiert und Forschungsdefizite aufgezeigt, sowie Ansatzpunkte für eine Weiterentwicklung definiert. Hieraus ergaben sich die folgenden vier übergeordneten Forschungs- beziehungsweise Arbeitsschwerpunkte, welche im Verlauf der Arbeit noch weiter unterteilt wurden: 1. Die Analyse und Extraktion von potenziellen Informationen (Merkmalen) aus den vorliegenden Geoinformationen und die anschließende Reduktion der potenziellen Merkmale auf die relevanten Merkmale für die Kartierung der Biotoptyp- und Landnutzungsinformationen. 2. Die Entwicklung eines Klassifikationsansatzes für die Erfassung der Biotoptypen- und Landnutzungsinformationen anhand eines Entwicklungsdatensatzes. 3. Die Evaluation der Robustheit der Methode mittels Übertragung auf zwei weitere Datensätze. 4. Die Evaluation der Synergie der zugrundliegenden Geoinformationen. Es konnte gezeigt werden, dass das Ziel der Entwicklung einer übertragbaren, synergistischen Methode zur Kartierung von Biotoptypen anhand von hochauflösenden optischen und Radar-basierten Daten erreicht werden konnte. Die entstandenen Karten können als Hilfe für die Entscheidungsfindung im Bereich der Anforderungen der nationalen und internationalen Naturschutzrichtlinien dienen. Die gezeigten Ergebnisse im Bereich der Übertragbarkeit lassen darauf hoffen, dass die entwickelte Methode und die daraus entstehenden Ergebnisse auch in anderen Ökoregionen einsetzbar sind