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Mapping Tropical Forest Trees Using High-Resolution Aerial Digital Photographs

Authors

  • Carol X. Garzon-Lopez,

    Corresponding author
    • Community and Conservation Ecology, University of Groningen, Center of Life Sciences, AG Groningen, The Netherlands
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  • Stephanie A. Bohlman,

    1. School of Forest Resources and Conservation, University of Florida, Gainesville, FL, U.S.A.
    2. Smithsonian Tropical Research Institute, Balboa, Ancon, Republic of Panama
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  • Han Olff,

    1. Community and Conservation Ecology, University of Groningen, Center of Life Sciences, AG Groningen, The Netherlands
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  • Patrick A. Jansen

    1. Community and Conservation Ecology, University of Groningen, Center of Life Sciences, AG Groningen, The Netherlands
    2. Smithsonian Tropical Research Institute, Balboa, Ancon, Republic of Panama
    3. Centre for Ecosystem Studies, Wageningen University, AA Wageningen, The Netherlands
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Corresponding author; e-mail: c.x.garzon@gmail.com

Abstract

The spatial arrangement of tree species is a key aspect of community ecology. Because tree species in tropical forests occur at low densities, it is logistically challenging to measure distributions across large areas. In this study, we evaluated the potential use of canopy tree crown maps, derived from high-resolution aerial digital photographs, as a relatively simple method for measuring large-scale tree distributions. At Barro Colorado Island, Panama, we used high-resolution aerial digital photographs (~0.129 m/pixel) to identify tree species and map crown distributions of four target tree species. We determined crown mapping accuracy by comparing aerial and ground-mapped distributions and tested whether the spatial characteristics of the crown maps reflect those of the ground-mapped trees. Nearly a quarter (22%) of the common canopy species had sufficiently distinctive crowns to be good candidates for reliable mapping. The errors of commission (crowns misidentified as a target species) were relatively low, but the errors of omission (missed canopy trees of the target species) were high. Only 40 percent of canopy individuals were mapped on the air photographs. Despite failing to accurately predict exact abundances of canopy trees, crown distributions accurately reproduced the clumping patterns and spatial autocorrelation features of three of four tree species and predicted areas of high and low abundance. We discuss a range of ecological and forest management applications for which this method can be useful.

Resumen

Un aspecto clave en ecología de comunidades es la distribución espacial de especies de arboles. Sin embargo, debido a que estas especies se encuentran en bajas densidad en los bosques tropicales, es logísticamente exigente medir su distribución en grandes áreas. En este estudio, evaluamos el uso potencial de mapas de la copa de arboles del dosel, derivados de fotos digitales aéreas de alta resolución, como un método relativamente simple de medir distribuciones de arboles a gran escala. En la Isla de Barro Colorado, Panamá, utilizamos fotografías digitales aéreas de alta resolución (~0.129 m/pixel) para identificar especies, y mapear la distribución de las copas de cuatro especies de arboles. Determinamos la precisión de estos mapas, comparando distribuciones mapeadas desde aire y tierra, y verificamos si los mapas de distribución de copas de arboles reflejan los patrones espaciales de los arboles mapeados desde tierra. Casi un cuarto (22%) de las especies de dosel comunes tuvieron copas suficientemente distintivas para ser mapeadas confiablemente. Los errores de comisión (copas identificadas como una especie no eran esa especie) fueron relativamente pocos, pero los errores de omisión (copas de una especie no identificadas) fueron altos. Solo el 40% de los individuos en el dosel fueron mapeados con las fotos aéreas. A pesar de fallar al predecir con precisión las abundancias exactas de los arboles de dosel, los mapas de distribución de copas reprodujeron con precisión los patrones de agregación y las características de correlación espacial en tres de cuatro especies y sirvieron para estimar áreas de alta y baja abundancia de individuos. Adicionalmente, discutimos el rango de aplicaciones ecológicas y de manejo de bosques para las cuales este método puede ser útil.

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