Mapping tree species proportions from satellite imagery using spectral–spatial deep learning

peer reviewedRemote sensing can be used to collect information related to forest management. Previous studies demonstratedthe potential of using multispectral satellite imagery for classifying tree species. However, methods that canmap tree species in mixed forest stands on a large scale are lacking. We propose an innovative method formapping the proportions of tree species using Sentinel-2 imagery. A convolutional neural network was usedto quantify the per-pixel basal area proportions of tree species considering the neighbouring environment(spectral–spatial deep learning). A nested U-shaped neural network (UNet++) architecture was implemented.We produced a map of the entire Wallonia Region (southern Belgium). Nine species or groups of species wereconsidered: Spruce genus, Oak genus, Beech, Douglas fir, Pine genus, Poplar genus, Larch genus, Birch genus, andremaining species. The training dataset for the convolutional neural network model was prepared using a mapof forest parcels extracted from the public forest administration’s geodatabase of Wallonia. The accuracy of thepredicted map covering the region was independently assessed using data from the regional forest inventoryof Wallonia. A robust assessment method for tree species proportions maps was proposed for assessing the(1) majority species, (2) species composition (presence or absence), and (3) species proportions (proportionvalues). The achieved value of indicator OA (0.73) shows that our approach can map the majority treespecies in mixed and pure forest stands. Indicators MS (0.89), MPS (0.72) and MUS (0.83) support that themodel can predict the species composition in most cases in the study area. Spruce genus, Oak genus, Beech,and Douglas fir achieved the best results, with PAs and UAs close to or higher than 0.70. Particularly, highperformance was achieved for detecting Oak genus and Beech in low area proportions: PAs and UAs higherthan 0.70 from the 0.4 proportion. Predicted proportions had a R2of 0.50. The proposed method, which usesspectral–spatial deep learning to map the proportions of tree species, is innovative because it was adapted tothe complexity of mixed forests and spatial resolution of current satellite imagery. Additionally, it optimisesthe use of available forest data in the model conception by considering all pixels from pure stands to highlymixed forest stands. When forest inventories are available in a broad sense, that is, georeferenced areas withthe proportions of tree species, this method is highly reproducible and applicable at a large scale, offeringpotential for use in forest management

Assessing the connectivity of riparian forests across a gradient of human disturbance: the potential of Copernicus "Riparian Zones" in two hydroregions

The connectivity of riparian forests can be used as a proxy for the capacity of riparian zones to provide ecological functions, goods and services. In this study, we aim to test the potential of the freely available Copernicus “Riparian Zones” dataset to characterize the connectivity of riparian forests located in two European bioclimatic regions—the Mediterranean and the Central Baltic hydroregions—when subject to a gradient of human disturbance characterized by land-use/landcover and hydromorphological pressures. We extracted riparian patches using the Copernicus “Actual Riparian Zone” (ARZ) layer and calculated connectivity using the Integral Index of Connectivity (IIC). We then compared the results with a “Manual Riparian Zone” (MRZ) layer, produced by manually digitizing riparian vegetation patches over a very high-resolution World Imagery layer. Our research evidenced reduced forest connectivity in both hydroregions, with the exception of Least Disturbed sites in the Central Baltic hydroregion. The ARZ layer exhibited overall suitability to assess the connectivity of riparian forests in the Central Baltic hydroregion, while the Mediterranean hydroregion displayed a consistent pattern of connectivity overestimation in all levels of human disturbance. To address this, we recommend some improvements in the spatial resolution and thematic accuracy of the Copernicus ARZ layerinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Principes de base de la télédétection et ses potentialités comme outil de caractérisation de la ressource forestière – II. LiDAR aérien

La télédétection a déjà démontré, au travers de nombreuses études, son potentiel de caractérisation de la ressource forestière. En particulier, le développement du LiDAR aérien a ouvert la voie à de nouvelles perspectives. Cette technologie offre une vision tridimensionnelle de la forêt qui permet de récolter à large échelle des informations à l'intérieur même des peuplements. Après avoir présenté les grands principes de télédétection dans un premier article (Forêt Wallonne n°114), ce second volet présente quelques concepts de base pour se familiariser avec le LiDAR et illustre son intérêt pour la gestion des forêts et des milieux naturels aux travers de travaux de recherche menés sur une zone pilote constituée par le bassin versant de la Houille dans la région de Gedinne en Province de Namur

What Factors Shape Spatial Distribution of Biomass in Riparian Forests? Insights from a LiDAR Survey over a Large Area

Riparian ecosystems are home to a remarkable biodiversity, but have been degraded in many regions of the world. Vegetation biomass is central to several key functions of riparian systems. It is influenced by multiple factors, such as soil waterlogging, sediment input, flood, and human disturbance. However, knowledge is lacking on how these factors interact to shape spatial distribution of biomass in riparian forests. In this study, LiDAR data were used in an individual tree approach to map the aboveground biomass in riparian forests along 200 km of rivers in the Meuse catchment, in southern Belgium (Western Europe). Two approaches were tested, relying either on a LiDAR Canopy Height Model alone or in conjunction with a LiDAR point cloud. Cross-validated biomass relative mean square errors for 0.3 ha plots were, respectively, 27% and 22% for the two approaches. Spatial distribution of biomass patterns were driven by parcel history (and particularly vegetation age), followed by land use and topographical or geomorphological variables. Overall, anthropogenic factors were dominant over natural factors. However, vegetation patches located in the lower parts of the riparian zone exhibited a lower biomass than those in higher locations at the same age, presumably due to a combination of a more intense disturbance regime and more limiting growing conditions in the lower parts of the riparian zone. Similar approaches to ours could be deployed in other regions in order to better understand how biomass distribution patterns vary according to the climatic, geological or cultural contexts.Les écosystèmes riverains abritent une biodiversité remarquable, mais ils ont été dégradés dans de nombreuses régions du monde. La biomasse végétale est essentielle à plusieurs fonctions clés des systèmes riverains. Elle est influencée par de multiples facteurs, tels que l'engorgement du sol, l'apport de sédiments, les inondations et les perturbations humaines. Cependant, les connaissances concernant la façon dont ces facteurs interagissent pour façonner la distribution spatiale de la biomasse dans les forêts riveraines sont fragmentaires. Dans cette étude, les données LiDAR ont été utilisées dans une approche à l’échelle de l’arbre pour cartographier la biomasse aérienne dans les forêts riveraines le long de 200 km de rivières dans le bassin versant de la Meuse, dans le sud de la Belgique (Europe occidentale). Deux approches ont été testées, s'appuyant sur un modèle numérique de hauteur LiDAR seul ou en conjonction avec un nuage de points LiDAR. Les erreurs quadratiques moyennes relatives de la biomasse pour des parcelles de 0,3 ha étaient respectivement de 27 % et 22 % pour les deux approches. La distribution spatiale des modèles de biomasse était surtout influencée par l'historique des parcelles (et en particulier l'âge de la végétation), suivie par l'utilisation des terres et les variables topographiques ou géomorphologiques. Dans l'ensemble, les facteurs anthropiques étaient dominants par rapport aux facteurs naturels. Cependant, les parcelles de végétation situées dans les parties inférieures de la zone riveraine présentaient une biomasse plus faible que celles situées dans les parties supérieures au même âge, probablement en raison de la combinaison d'un régime de perturbation plus intense et de conditions de croissance plus limitantes dans les parties inférieures de la zone riveraine. Des approches similaires à la nôtre pourraient être déployées dans d'autres régions afin de mieux comprendre comment les schémas de distribution de la biomasse varient en fonction des contextes climatiques, géologiques ou culturels.Peer reviewe

ANALYSE DES PROGRAMMES D’ACTIONS PARIS ÉLABORÉS PAR LES GESTIONNAIRES DE COURS D’EAU POUR LA PÉRIODE 2022-2027

En application de nouvelles dispositions du Code de l’Eau entrées en vigueur fin 2018, les gestionnaires de cours d’eau publics wallons ont élaboré des programmes d’actions détaillés (PARIS) pour la période 2022-2027, à l’échelle d’unités de gestion physiquement homogènes appelées « secteurs ». Ces PARIS ont pour vocation de contribuer à une gestion intégrée, durable et coordonnée des cours d’eau, ainsi qu’à la prise en compte de leurs quatre fonctions : hydraulique, écologique, économique et socioculturelle. L'objectif de cet article est d'analyser ces PARIS, c'est-à-dire les enjeux identifiés, les objectifs de gestion fixés ainsi que les travaux planifiés par les gestionnaires pour chacun des 6 254 secteurs du réseau hydrographique. Le premier enseignement est le taux d’adhésion élevé des gestionnaires de cours d’eau, d'autant plus remarquable qu’il s’agit d’une nouvelle approche, impliquant l’utilisation d’un nouvel outil informatique. Il ressort également que les enjeux les plus fréquemment encodés sont les enjeux inondation et biodiversité, très souvent combinés l’un avec l’autre au sein des mêmes secteurs. Les enjeux socioculturel et économique viennent loin derrière. L’analyse révèle une distribution équilibrée entre travaux visant à lutter contre les inondation et ceux visant à préserver ou à restaurer la qualité écologique des cours d’eau. La moitié des secteurs se sont vu planifier comme unique mesure « visite et surveillance », car ils ne nécessitent pas de gestion active. Enfin, la variabilité des enjeux, objectifs de gestion et mesures définis sur les secteurs a pu être mise en évidence à l’échelle des différents sous-bassins hydrographiques

L’ÉPICÉA WALLON : ÉTAT DE LA RESSOURCE EN 2021

La surface de la pessière wallonne a diminué de 30 % entre 1980 et 2010. L’exploitation d’un grand nombre de peuplements arrivés à maturité ces deux dernières décennies et un faible taux de replantation expliquent cette tendance. La crise des scolytes que nous avons connue ces dernières années, si elle a accentué la pression sur la ressource en épicéa, n'a pas modifié significativement la tendance. L’objet de cet article est de présenter une image aussi fidèle et actualisée que possible de la ressource en épicéa au niveau de la Wallonie (surfaces, volumes récoltés, volumes sur pied, classes de circonférence, types de propriétaire, niveau d’aptitude stationnelle). Les résultats présentés proviennent du croisement de plusieurs travaux de recherches développés par l’équipe de Gembloux Agro-Bio Tech (ULiège)

Bringing the margin to the focus: 10 challenges for riparian vegetation science and management

Riparian zones are the paragon of transitional ecosystems, providing critical habitat and ecosystem services that are especially threatened by global change. Following consultation with experts, 10 key challenges were identified to be addressed for riparian vegetation science and management improvement: (1) Create a distinct scientific community by establishing stronger bridges between disciplines; (2) Make riparian vegetation more visible and appreciated in society and policies; (3) Improve knowledge regarding biodiversity—ecosystem functioning links; (4) Manage spatial scale and context-based issues; (5) Improve knowledge on social dimensions of riparian vegetation; (6) Anticipate responses to emergent issues and future trajectories; (7) Enhance tools to quantify and prioritize ecosystem services; (8) Improve numerical modeling and simulation tools; (9) Calibrate methods and increase data availability for better indicators and monitoring practices and transferability; and (10) Undertake scientific validation of best management practices. These challenges are discussed and critiqued here, to guide future research into riparian vegetation

Etude de la population d’hippopotames (Hippopotamus amphibius L.) de la rivière Mouena Mouele au Parc National du Loango-Sud (Gabon)

Le Parc National du Loango ainsi que les 12 autres parcs nationaux gabonais créés en 2002 constituent une expérience sans précédent dans le domaine de la conservation en Afrique Centrale. La valorisation de ceux-ci, notamment scientifique, est une condition sine qua non à leur pérennisations dans le paysage gabonais. Le présent travail est le fruit de l’analyse d’une série de données récoltées sur l’hippopotame et son milieu au Parc National du Loango-Sud, plus particulièrement sur la population basée dans la rivière Mouena Mouele. Trois populations distinctes mais non-isolées ont été identifiées pour le sud du parc. Dans un rayon de 10 km autour d’un point fixé sur la rivière, une description des savanes a été réalisée, identifiant trois principaux types dominés respectivement par Axonopus compressus (Sw.) P.Beauv., Panicum congoense Franch. et Paspalum vaginatum Sw. Le régime alimentaire a été décrit via l’analyse d’échantillons de fèces comparés aux relevés phytosociologiques. Les principales espèces relevées dans les échantillons furent Paspalum vaginatum, Desmodium triflorum, Axonopus compressus et Stenotaphrum secundatum (Walt.) Kuntze. La fréquentation préférentielle par la population de certains types de savanes comme celle à Axonopus compressus a été également montré. Le statut de la population a été jugé en dessous d’un niveau de saturation, plusieurs facteurs limitant ont été identifiés telle une éventuelle pression anthropique combinée à une diminution de la ressource en saison sèche. Vu son rôle majeur dans l’écosystème, la conservation de l’hippopotame à Loango doit être considérée comme une priorité