Durante décadas, el Servicio de Parques Nacionales ha estado enfrascado en una batalla contra la trucha de lago, un pez invasor con un apetito voraz que se ha apoderado del lago Yellowstone y ha trastornado su antes próspero ecosistema. Según una nueva investigación, un instrumento montado en un avión podría ofrecer una forma más rápida de localizar y capturar a los peces no autóctonos durante las breves semanas de cada año en que llegan a aguas poco profundas para desovar.

El instrumento, que utiliza la tecnología de imágenes basada en luz Light Detection and Ranging (LiDAR), podría permitir a quienes administran el lago cazar peces invasores en un área más amplia a un costo menor, haciendo un uso más eficiente de los aproximadamente $ 2 millones gastados 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 lograron 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 por 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 invasoras para que los biólogos pesqueros puedan implementar varios métodos para reducir su población," "dijo Joseph A. Shaw, Universidad Estatal de Montana. "Se están explorando varios 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 utiliza para estudiar peces en lagos, donde el agua está más turbia.

Además, mientras que otras aplicaciones LiDAR requieren costosas, Equipo sofisticado, Los ingenieros de la Universidad Estatal de Montana desarrollaron el nuevo instrumento por menos de $ 100, 000 y lo optimizó para operar en un avión monomotor que se puede volar por $ 500 por día, convirtiéndola en una solución práctica para los ecologistas y los gestores de recursos hídricos y pesqueros locales.

"El tamaño pequeño y de costo relativamente bajo de nuestro sistema LiDAR lo hará útil para otros tipos de estudios ecológicos, como el mapeo de capas y penachos de plancton de respiraderos submarinos, ", dijo Shaw." Los lagos remotos a los que sería difícil acceder desde el suelo se pueden cartografiar y estudiar fácilmente en el lapso de un solo día ".

Manejo de un ecosistema amenazado

Una pieza central del Parque Nacional de Yellowstone, El lago Yellowstone ha sido amado por los pescadores durante mucho tiempo y reverenciado por las poblaciones de osos pardos, Águilas calvas, nutrias y otros animales salvajes que apoya. La introducción de truchas de lago no nativas en la década de 1990 interrumpió drásticamente el intrincado equilibrio ecológico de la zona.

La trucha de lago se alimenta de la trucha asesina nativa del lago, que históricamente han sido una fuente de alimento clave para muchos de los principales depredadores. A medida que aumentaban las poblaciones de truchas de lago, la población de truchas asesinas colapsó, cayendo en un 90 por ciento entre 2000 y 2005. Esto redujo sustancialmente el suministro de alimentos para los osos, pájaros y otros animales. Estos animales no pueden aprovecharse de las invasoras truchas de lago porque las truchas de lago pasan la mayor parte del año en aguas profundas. a diferencia de la trucha degollada.

Para eliminar las poblaciones de truchas de lago y darles la oportunidad de recuperarse a las truchas degolladas, los administradores de los lagos usan redes de enmalle, entre otros métodos, para capturar truchas de lago durante la temporada de desove. Si bien es muy eficaz, este método requiere saber cuándo y, lo que es más importante, donde — los peces están desovando.

Para localizar el pez, Los biólogos actualmente implantan transmisores acústicos en peces individuales y luego los rastrean con receptores en el lago y en el barco, un proceso lento y laborioso que proporciona una cobertura incompleta del paradero de los peces invasores.

Tomando el aire para cubrir más terreno

El equipo de investigación buscó desarrollar una forma más eficaz de localizar rápidamente grandes grupos de truchas de lago sin marcar. Su solución un instrumento LiDAR atornillado a un pequeño avión, les permite detectar peces en una franja de agua de 5 metros y cubrir 80 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 retrodispersada, permitiendo a los investigadores seleccionar peces del agua circundante. Para optimizar la configuración para su uso en el lago, usaron un láser de rayo verde, que penetra el agua mejor que otros tipos de láseres utilizados para aplicaciones LiDAR en el suelo. El haz se inclinó hacia atrás para que el reflejo de la luz en 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 para peces de la 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 fueron validadas con operaciones de redes de enmalle en el suelo.

Luego, el equipo diseñó y construyó su propio sistema para proporcionar suficiente potencia óptica al menor costo posible. Pruebas de la nueva configuración, en 2015 y 2016, identificó con éxito numerosas agrupaciones de truchas.

Shaw dijo que el sistema podría mejorarse aún más con una técnica llamada escaneo con escoba, en el que el rayo láser se escanea en una línea para cubrir una franja más amplia. Esto permitiría escanear todo el área del lago más rápidamente que el láser de ángulo fijo único 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 a otros tipos de ecosistemas de agua dulce.

"Estamos interesados ​​en desarrollar algoritmos automatizados de detección de peces y en utilizar este método como una herramienta de rutina para ayudar a los biólogos pesqueros en su batalla contra la trucha de lago invasora". ", dijo Shaw." También estamos explorando opciones para usar este LiDAR, junto con sistemas de imágenes multiespectrales e hiperespectrales, para monitorear la salud del río ".