THE USE OF DISCRIMINATIVE STATISTICAL MULTITEMPORAL METHODS TO DISCRIMINATE THE PHYSIOLOGICAL CONDITION OF NORWAY SPRUCE EXPOSED TO CHRONIC AND ACUTE STRESS BY USING HYPERSPECTRAL IMAGERY

VYUŽITIE DISKRIMINAČNÝCH ŠTATISTICKÝCH MULTITEMPORÁLNYCH METÓD NA ROZLIŠOVANIE FYZIOLOGICKÉHO STAVU SMREKA OBYČAJNÉHO VYSTAVENÉHO CHRONICKÉMU A AKÚTNEMU STRESU VYUŽITÍM HYPERSPEKTRÁLNYCH SNÍMOK

Abstract

Táto štúdia realizovaná v rámci projektu EXTEMIT-K má prispieť k pochopeniu interakcií medzi hostiteľskými stromami a podkôrnym hmyzom v podmienkach meniacej sa klímy. Využívame rôzne štatistické multitemporálne zobrazovacie metódy z údajov hyperspektrálnych (HS) snímok na diskrimináciu spektrálnych charakteristík korún smreka obyčajného (Picea abies (L.) Karst.) v Benešovskej pahorkatine (Česká republika), ktoré sú vystavené chronickému a akútnemu stresu. Intenzívny výskyt lykožrúta smrekového (Ips typographus L.) a sucho spôsobili rozsiahly úhyn smreka obyčajného v strednej Európe s významnými hospodárskymi dôsledkami. Objem stromov usmrtených podkôrnym hmyzom sa v Českej republike drasticky zvýšil z 1,5 mil. m³ ročne v rokoch 2003 – 2015 na 23 mil. m³ v roku 2019. Porovnávaním stromov na porastovej stene (akútny stres), stromov vystavených experimentálnemu stresu zo sucha pomocou inštalovaných striech (chronický stres) a stromov v nenarušenom vnútri porastu sa snažíme určiť multitemporálnu spektrálnu separabilitu jednotlivých kanálov HS snímok a rozlíšiť tak chronický a akútny vplyv stresorov na fyziológiu 190 testovaných stromov. Multitemporálne spektrálne krivky skupín stromov vykreslené priemernou hodnotou so smerodajnou odchýlkou obrazových prvkov sa najviac líšia v blízkom infračervenom spektre (750 – 1 350 mn) a strednom infračervenom spektre ( 1 500 – 1 800 nm) naprieč celou leteckou kampaňou, t. j. šesť dátumov (v roku 2022 a 2023) na piatich lokalitách. Tieto spektrá reagujú najmä na podiel pigmentov v korunách stromov a vodný potenciál. Neparametrický Kruskal-Wallis test na hladine významnosti α = 0,01 zamietol našu nulovú hypotézu pri všetkých pozorovaných snímkach za celé obdobie leteckej kampane. Dunnov post hoc test a Mann-Whitney párový post hoc test s Bonferroniho korekciou určili, že nulovú hypotézu môžeme taktiež zamietnuť na úrovni frekvenčnej analýzy HS pásiem s p < 0,01 pri takmer všetkých dátumoch s výnimkou HS snímky zo dňa 17.07.2024. Post hoc testy preukázali, že takmer pri všetkých dátumoch medzi kontrolnou skupinou stromov a stromov vo vnútri porastu neexistuje spektrálna separabilita HS pásiem. Vďaka tejto kontrolnej informácii sme postupovali ďalej a porovnávali sme diskriminácie spektrálnych pásiem párovým kombinovaním všetkých skupín stromov. Výsledky štúdie môžu slúžiť ako podklad pre zlepšenie postupov manažmentu obhospodarovania lesov, v rámci monitorovania lesov vo vzťahu k stresu zo sucha, ako aj napadnutia stromov podkôrnym hmyzom.