Landscape history confounds the ability of the NDVI to detect fine‐scale variation in grassland communities. Issue 9 (25th June 2018)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Löfgren, Oskar; Prentice, Honor C.; Moeckel, Thomas; Schmid, Barbara C.; Hall, Karin
• Editors: Murrell, David
• Is Part Of: Methods in ecology and evolution. Volume 9:Issue 9(2018)
• Page Start: 2009
• Page End: 2018
• Publication Date: 2018-06-25
• Subjects: Ellenberg indicator values -- grassland specialists -- Moran's eigenvector maps -- plant species richness -- remote sensing -- semi‐natural grasslands; Ecology -- Periodicals; Evolution -- Periodicals; 577
• DOI: 10.1111/2041-210X.13036
• Languages: English
• ISSNs: 2041-210X

Abstract

Abstract: The NDVI is a remotely sensed vegetation index that is frequently used in ecological studies. There is, however, a lack of studies that evaluate the ability of the NDVI to detect fine‐scale variation in grassland plant community composition and species richness. Ellenberg indicators characterize the environmental preferences of plant species—and community‐mean Ellenberg values have been used to explore the environmental drivers of community assembly. We used variation partitioning to test the ability of satellite‐based NDVI to explain community‐mean Ellenberg nutrient (mN) and moisture (mF) indices, and the richness of habitat‐specialist species in dry grasslands of different ages. The grasslands represent a gradient of decreasing soil nutrient status. If community composition is determined by the responses of individual species to the underlying environmental conditions and if, at the same time, community composition determines the optical characteristics of the vegetation canopy, then positive relationships between the NDVI and mN and mF are expected. Many grassland specialists are intolerant of nutrient‐rich soils. If specialist richness is negatively related to soil‐nutrient levels, then a negative association between the NDVI and specialist richness is expected. However, because grassland community composition is not only influenced by abiotic variables but also by other spatial and temporal drivers, we included spatial variables and grassland age in the statistical analyses. The NDVI explained the majority of the variation in mF, and also contributed to a substantial proportion of the variation in mN. However, variation in specialist richness and the lowest values of mN were explained by grassland age and spatial variables—but were poorly explained by the NDVI. Synthesis and applications . The NDVI showed a good ability to detect variation in plant community composition, and should provide a valuable tool for assessing fine‐scale environmental variation in grasslands or for monitoring changes in grassland habitat properties. However, because the concentration of grassland specialists not only depends on environmental variables but also on the age and spatial context of the grasslands, the NDVI is unlikely to allow the identification of grasslands with high numbers of specialist species. Foreign Language Abstract: NDVI är ett fjärranalysbaserat vegetationsindex som används i ekologiska studier. Få studier har dock undersökt hur väl NDVI beskriver växtsamhällens artsammansättning och artrikedom på fin skala i gräsmarker. Växtarters miljöpreferenser kan karaktäriseras med hjälp av Ellenbergindikatorvärden och indikatormedelvärdena kan ge information om miljöns påverkan på växtsamhällens artsammansättning. Vi analyserade hur väl satellitdatabaserat NDVI förklarar variation i medelvärden för Ellenbergindikatorer för näring (mN) och markfuktighet (mF) samt i rikedom av specialistarter i torra gräsmarker. Gräsmarkerna har olika beteskontinuitet och representerar en gradient av minskande näringsstatus. Om växtsamhällenas artsammansättning beror på enskilda arters respons på miljön—och om artsammansättningen samtidigt avgör vegetationens optiska egenskaper—kan positiva samband mellan både NDVI och mN och mellan NDVI och mF förväntas. Många specialistarter i gräsmarker tolererar inte hög näringshalt i marken. Om specialistrikedom är negativt associerad med näringsnivån förväntas ett negativt samband mellan NDVI och specialistrikedom. Men eftersom artsammansättningen i gräsmarker inte enbart påverkas av abiotiska miljövariabler, utan även av andra rumsligt och temporalt beroende "drivers", inkluderade vi spatiala variabler och gräsmarkernas ålder i de statistiska analyserna. NDVI förklarade den största delen av variationen i mF och bidrog även till förklaringen av en betydande del av variationen i mN. Däremot var sambandet mellan NDVI och specialisters artrikedom svagt. Låga mN‐värden samt artrikedom förklarades framförallt av gräsmarkernas ålder och av spatiala variabler. Slutsats och tillämpning . NDVI visade en god förmåga att beskriva variationen i växtsamhällenas artsammansättning. NDVI bör därför vara ett användbart verktyg för uppskattning av miljövariabler på fin skala samt för miljöövervakning av gräsmarkshabitat. Däremot, eftersom andelen gräsmarksspecialister inte enbart beror på miljövariabler utan även på gräsmarkernas ålder och spatiala kontext i landskapet, är det sannolikt svårt att med hjälp av enbart NDVI identifiera gräsmarker med hög artrikedom av gräsmarksspecialister.