Decennialang is de National Park Service verwikkeld in een strijd tegen de meerforel, een invasieve vis met een vraatzuchtige eetlust die Yellowstone Lake heeft ingehaald en zijn voorheen bloeiende ecosysteem op zijn kop heeft gezet. Volgens nieuw onderzoek is een op een vliegtuig gemonteerd instrument zou een snellere manier kunnen bieden om de uitheemse vissen te lokaliseren en te vangen tijdens de korte weken van elk jaar wanneer ze in ondiep water komen om te paaien.

Het instrument, die gebruikmaakt van de op licht gebaseerde beeldtechnologie Light Detection and Ranging (LiDAR), zou degenen die het meer beheren in staat stellen om tegen lagere kosten in een groter gebied op invasieve vissen te jagen, efficiënter gebruik te maken van de ongeveer $ 2 miljoen die elk jaar wordt besteed aan de bestrijding van meerforel.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Toegepaste optica , onderzoekers rapporteren over een reeks testvluchten die succesvol waren in het lokaliseren van groepen meerforel en het identificeren van voorheen onbekende paaigebieden. Ze demonstreren het vermogen van de techniek om groepen van twee of meer meerforellen te vinden die tot 15 meter onder het oppervlak zwemmen.

"Het belangrijkste probleem dat we met dit onderzoek aanpakken, is de behoefte aan een methode om te vinden waar de invasieve meerforel paait, zodat visserijbiologen verschillende methoden kunnen toepassen om hun populatie te verminderen, " zei Joseph A. Shaw, Montana Staatsuniversiteit. "Er worden verschillende andere methoden onderzocht om deze vissen te volgen, inclusief akoestische detectie, maar een vliegtuig kan het grote meer in veel kortere tijd bestrijken dan met boten mogelijk is."

Een nieuwe manier om naar meren te kijken

LiDAR is gebruikt om vissen in mariene ecosystemen te volgen, maar dit is de eerste keer dat het is gebruikt om vissen in meren te bestuderen, waar het water troebeler is.

In aanvulling, terwijl andere LiDAR-toepassingen dure, geavanceerde apparatuur, Montana State University-ingenieurs ontwikkelden het nieuwe instrument voor minder dan $ 100, 000 en geoptimaliseerd voor gebruik op een eenmotorig vliegtuig dat kan worden gevlogen voor $ 500 per dag, waardoor het een praktische oplossing is voor ecologen en lokale beheerders van visserij en waterbronnen.

"De relatief goedkope en kleine omvang van ons LiDAR-systeem zal het nuttig maken voor andere soorten ecologische studies, zoals het in kaart brengen van planktonlagen en pluimen uit onderwateropeningen, " zei Shaw. "Afgelegen meren die vanaf de grond moeilijk te bereiken zijn, kunnen binnen één dag gemakkelijk in kaart worden gebracht en bestudeerd."

Beheer van een bedreigd ecosysteem

Een middelpunt van Yellowstone National Park, Yellowstone Lake is al lang geliefd bij vissers en wordt vereerd door de populaties grizzlyberen, Amerikaanse zeearenden, otters en andere dieren in het wild die het ondersteunt. De introductie van niet-inheemse meerforel in de jaren negentig heeft het ingewikkelde ecologische evenwicht van het gebied drastisch verstoord.

Meerforel jaagt op de inheemse moordende forel van het meer, die van oudsher een belangrijke voedselbron zijn geweest voor veel toproofdieren. Toen de populaties van meerforel toenam, de moordende forelpopulatie stortte in, tussen 2000 en 2005 met 90 procent gedaald. Dit verminderde de voedselvoorziening voor beren aanzienlijk, vogels en andere dieren. Deze dieren kunnen niet jagen op de invasieve meerforel omdat meerforel het grootste deel van het jaar in diep water doorbrengt, in tegenstelling tot moordende forel.

Om meerforelpopulaties uit te roeien en moordende forel een kans te geven om te herstellen, meerbeheerders gebruiken kieuwnetten, onder andere methoden, om meerforel te vangen tijdens het paaiseizoen. Hoewel zeer effectief, deze methode vereist weten wanneer - en nog belangrijker, waar - de vissen paaien.

Om de vis te lokaliseren, biologen implanteren momenteel individuele vissen met akoestische zenders en volgen ze vervolgens met ontvangers in het meer en op de boot, een tijdrovend en arbeidsintensief proces dat onvolledige dekking biedt van de verblijfplaats van de invasieve vis.

De lucht in om meer grond te bedekken

Het onderzoeksteam probeerde een effectievere manier te ontwikkelen om snel grote groepen meerforel te lokaliseren zonder te taggen. Hun oplossing, een LiDAR-instrument vastgeschroefd aan een klein vliegtuig, stelt hen in staat om vissen te detecteren in een strook van 5 meter water en 80 kilometer per uur af te leggen.

Het apparaat werkt door een korte puls laserlicht vanuit het vliegtuig door de lucht en in het water te zenden. De LiDAR-ontvanger meet terugverstrooid licht, waardoor onderzoekers vissen uit het omringende water kunnen plukken. Om de opstelling voor gebruik op het meer te optimaliseren, ze gebruikten een groene laserstraal, die beter in water doordringt dan andere soorten lasers die worden gebruikt voor LiDAR-toepassingen op de grond. De straal was naar achteren gericht, zodat de reflectie van het licht op het water wordt afgebogen en de ontvanger niet verzadigt.

Het systeem op de proef stellen

Het team testte voor het eerst het gebruik van LiDAR-technologie bij Yellowstone Lake met behulp van de NOAA-vis LiDAR in 2004. Gegevens die tijdens die testvluchten werden verzameld, hielpen het personeel van de National Park Service om voorheen onbekende paaigebieden te vinden die vervolgens werden gevalideerd met kieuwnetten op de grond.

Het team ontwierp en bouwde vervolgens hun eigen systeem om voldoende optisch vermogen te leveren tegen de laagst mogelijke kosten. Testen van de nieuwe opstelling, in 2015 en 2016, met succes talrijke forelgroepen geïdentificeerd.

Shaw zei dat het systeem verder kan worden verbeterd met een techniek genaamd push-broom scanning, waarbij de laserstraal in een lijn wordt gescand om een ​​breder strook te bestrijken. Hierdoor zou het volledige meergebied sneller kunnen worden gescand dan de laser met enkele vaste hoek die in de huidige opstelling wordt gebruikt.

De onderzoekers willen ook aanvullende tools ontwikkelen om gebruikers te helpen snel door LiDAR gegenereerde gegevens te vertalen naar bruikbare informatie. en om het systeem aan te passen aan andere soorten zoetwaterecosystemen.

"We zijn geïnteresseerd in het ontwikkelen van geautomatiseerde algoritmen voor visdetectie en in het gebruik van deze methode als routinetool om de visserijbiologen te helpen in hun strijd tegen invasieve meerforel, " zei Shaw. "We onderzoeken ook opties voor het gebruik van deze LiDAR, samen met multispectrale en hyperspectrale beeldvormingssystemen, om de gezondheid van de rivier te bewaken."