Durante décadas, el Servicio de Parques Nacionales se ha visto envuelto en una batalla contra la trucha de lago, un pez invasivo con un apetito voraz que ha superado el lago Yellowstone y ha volcado su ecosistema anteriormente próspero. Según una nueva investigación, un instrumento montado en un avión podría ofrecer unforma más rápida de localizar y capturar los peces no nativos durante las breves semanas de cada año cuando entran en aguas poco profundas para desovar.
El instrumento, que utiliza la tecnología de detección de luz basada en la tecnología Light Detection and Ranging LiDAR, podría permitir a aquellos que manejan el lago cazar peces invasores en un área más amplia a menor costo, haciendo un uso más eficiente de los aproximadamente $ 2 millonesgastado en el control de la trucha de lago cada año.
En la revista The Optical Society OSA óptica aplicada , los investigadores informan sobre una serie de vuelos de prueba que tuvieron éxito en localizar grupos de truchas de lago e identificar áreas de desove previamente desconocidas. Demuestran la capacidad de la técnica para encontrar grupos de dos o más truchas de lago nadando a una profundidad de hasta 15 metros debajo de la superficie.
"El problema clave que abordamos con esta investigación es la necesidad de un método para encontrar dónde desovan las truchas de lago invasivas para que los biólogos pesqueros puedan desplegar varios métodos para reducir su población", dijo Joseph A. Shaw, Universidad Estatal de Montana. "Allíse están explorando otros métodos para rastrear estos peces, incluida la detección acústica, pero un avión puede cubrir el gran lago en un tiempo mucho más corto de lo que es posible para los barcos ".
Una nueva forma de ver los lagos
LiDAR se ha utilizado para rastrear peces en ecosistemas marinos, pero esta es la primera vez que se ha utilizado para estudiar peces en lagos, donde el agua está más nublada.
Además, mientras que otras aplicaciones LiDAR requieren equipo costoso y sofisticado, los ingenieros de la Universidad Estatal de Montana desarrollaron el nuevo instrumento por menos de $ 100,000 y lo optimizaron para operar en un avión monomotor que puede volar por $ 500 por día, lo que lo convierte en unsolución práctica para ecologistas y gestores locales de pesca y recursos hídricos.
"El tamaño relativamente bajo y pequeño de nuestro sistema LiDAR lo hará útil para otros tipos de estudios ecológicos, como el mapeo de capas de plancton y plumas de respiraderos submarinos", dijo Shaw. "Lagos remotos a los que sería difícil accederdesde el suelo puede ser fácilmente mapeado y estudiado en el lapso de un solo día "
Gestión de un ecosistema amenazado
Una pieza central del Parque Nacional de Yellowstone, el lago Yellowstone ha sido amado por los pescadores y venerado por las poblaciones de grizzlies, águilas calvas, nutrias y otros animales salvajes que apoya. La introducción de la trucha de lago no nativa en la década de 1990 interrumpió drásticamente la zona.equilibrio ecológico complejo.
La trucha de lago se aprovecha de la trucha salvaje del lago, que históricamente ha sido una fuente clave de alimento para muchos depredadores principales. A medida que las poblaciones de trucha de lago aumentaron, la población de trucha salvaje colapsó, cayendo en un 90 por ciento entre 2000 y 2005. Esto redujo sustancialmentesuministro de alimentos para osos, pájaros y otros animales. Estos animales no pueden aprovecharse de la invasiva trucha de lago porque la trucha de lago pasa la mayor parte del año en aguas profundas, a diferencia de la trucha asesina.
Para sacrificar las poblaciones de trucha de lago y darles la oportunidad de recuperarse, los administradores del lago usan redes de enmalle, entre otros métodos, para capturar la trucha de lago durante la temporada de desove. Si bien es muy eficaz, este método requiere saber cuándo y, lo que es más importante, dónde- los peces están engendrando
Para ubicar a los peces, los biólogos actualmente implantan peces individuales con transmisores acústicos y luego los rastrean con receptores en el lago y en el barco, un proceso que requiere mucho tiempo y trabajo que proporciona una cobertura incompleta del paradero del pez invasivo.
Tomando el aire para cubrir más tierra
El equipo de investigación buscó desarrollar una forma más efectiva de localizar rápidamente grandes grupos de truchas de lago sin marcarlas. Su solución, un instrumento LiDAR atornillado a una pequeña aeronave, les permite detectar peces en una franja de agua de 5 metros y cubrirlos80 kilómetros por hora.
El dispositivo funciona transmitiendo un pulso corto de luz láser desde el avión a través del aire y hacia el agua. El receptor LiDAR mide la luz dispersa hacia atrás, lo que permite a los investigadores seleccionar peces del agua circundante. Para optimizar la configuración para su uso en elEn el lago, utilizaron un láser de haz verde, que penetra en el agua mejor que otros tipos de láser utilizados para las aplicaciones de LiDAR en el suelo. El haz se inclinó hacia atrás para que la reflexión de la luz sobre el agua se desvíe y no sature el receptor.
Poniendo el sistema a prueba
El equipo probó por primera vez el uso de la tecnología LiDAR en el lago Yellowstone utilizando el LiDAR de peces NOAA en 2004. Los datos recopilados durante esos vuelos de prueba ayudaron al personal del Servicio de Parques Nacionales a encontrar áreas de desove previamente desconocidas que luego se validaron con redes de enmalle en el suelooperaciones
El equipo diseñó y construyó su propio sistema para proporcionar suficiente potencia óptica al menor costo posible. Las pruebas de la nueva configuración, en 2015 y 2016, identificaron con éxito numerosos grupos de truchas.
Shaw dijo que el sistema podría mejorarse aún más con una técnica llamada escaneo de escoba de empuje, en la que el rayo láser se escanea en una línea para cubrir una franja más amplia. Esto permitiría escanear el área completa del lago más rápidamente que el único fijoángulo láser utilizado en la configuración actual.
Los investigadores también tienen como objetivo desarrollar herramientas adicionales para ayudar a los usuarios a traducir rápidamente los datos generados por LiDAR en información procesable, y adaptar el sistema para otros tipos de ecosistemas de agua dulce.
"Estamos interesados en desarrollar algoritmos automáticos de detección de peces y en usar este método como una herramienta de rutina para ayudar a los biólogos pesqueros en su batalla contra la trucha invasiva", dijo Shaw. "También estamos explorando opciones para usar este LiDAR,junto con sistemas de imágenes multiespectrales e hiperespectrales, para monitorear la salud del río ".
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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