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[2009 – 2012]

Assessing water stress of desert vegetation using remote sensing. The case of the Tamarugo forest in the Atacama Desert (Northern Chile)

Beca Doctoral CONICYT-WAGENINGEN
Investigador Principal: R. O. Chávez

La evaluación del estrés hídrico de la vegetación nativa es clave para el manejo hídrico de ecosistemas desérticos. Estas evaluaciones permiten tanto a científicos como a profesionales del área ambiental relacionar diferentes tasas de extracción de agua con el estado hídrico de la vegetación, y de esta forma, definir umbrales de extracción que permitan conservar el ecosistema. Investigaciones previas han demostrado el gran potencial que la percepción remota (o teledetección) óptica tiene para la evaluación del estrés hídrico de la vegetación, puesto que permite estimar cuantitativamente importantes parámetros tales como índice de área foliar (LAI), fracción de copa verde (GCF) y contenido de agua de la copa (CWC). Sin embargo, la estimación de estos parámetros mediante sensores remotos puede ser compleja en el caso de la vegetación desértica. Las especies vegetales desérticas experimentan extrema radiación solar y escasez de agua. A fin de mantener su balance hídrico y evitar fotoinhibición, estas especies han desarrollado diferentes adaptaciones, entre las que se incluyen los movimientos heliotrópicos.

Heliotropismo es la habilidad de muchas plantas desérticas de mover o ajustar la posición de sus hojas durante el día, o a lo largo de las estaciones del año, a fin de evitar altos niveles de radiación solar directamente sobre las láminas de las hojas.

Esta adaptación (paraheliotropismo) puede tener un importante efecto en la reflectancia espectral de la copa medida a través de satélites así como en índices espectrales de vegetación, como el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI). En esta tesis, se propone una metodología basada en sensores remotos para evaluar estrés hídrico de la vegetación desértica, ejemplificada en el caso de la especie arbórea Tamarugo (Prosopis tamarugo Phil) del desierto de Atacama (Norte de Chile). Tamarugo es una especie paraheliotrópica que se encuentra actualmente bajo amenaza debido a sobrexplotación de los acuíferos subterráneos.

Water stress assessment of natural vegetation plays a key role in water management of desert ecosystems. It allows scientists and managers to relate water extraction rates to changes in vegetation water condition, and consequently to define safe water extraction rates for maintaining a healthy ecosystem. Previous research has shown that optical remote sensing constitutes a powerful tool for assessing vegetation water stress due to its capability of quantitatively estimating important parameters of vegetation such as leaf area index (LAI), green canopy fraction (GCF), and canopy water content (CWC). However, the estimation of these parameters using remote sensing can be challenging in the case of desert vegetation. Desert plants have to cope with high solar irradiation and limited water. In order to maintain an adequate water balance and to avoid photoinhibition, desert plants have evolved different adaptations.
A common one is heliotropism or ‘solar tracking’, an ability of many desert species to move their leaves to avoid facing direct high solar irradiation levels during the day and season.

This adaptation (paraheliotropism) can have an important effect on the canopy spectral reflectance measured by satellites as well as on vegetation indices such as the normalized difference vegetation index (NDVI). In this thesis, I propose a remote sensing based approach to assess water stress of desert vegetation, exemplified in the caseo f the Tamarugo (Prosopis tamarugo Phil) tree in the Atacama Desert (Northern Chile), a ‘solar tracker’ species, which is threatened by groundwater overexploitation.