Da decenni il National Park Service è impegnato in una battaglia contro le trote di lago, un pesce invasivo con un appetito vorace che ha superato il lago Yellowstone e ha sconvolto il suo ecosistema precedentemente fiorente. Secondo una nuova ricerca, uno strumento montato su un aereo potrebbe offrire un modo più rapido per individuare e catturare i pesci non nativi durante le brevi settimane di ogni anno in cui entrano in acque poco profonde per deporre le uova.

Lo strumento, che utilizza la tecnologia di imaging basata sulla luce Light Detection and Ranging (LiDAR), potrebbe consentire a coloro che gestiscono il lago di cacciare pesci invasivi in ​​un'area più ampia a costi inferiori, facendo un uso più efficiente dei circa 2 milioni di dollari spesi ogni anno per il controllo delle trote di lago.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica applicata , i ricercatori riferiscono su una serie di voli di prova che hanno avuto successo nell'individuare gruppi di trote di lago e identificare aree di riproduzione precedentemente sconosciute. Dimostrano la capacità della tecnica di trovare gruppi di due o più trote di lago che nuotano fino a 15 metri sotto la superficie.

"Il problema chiave che affrontiamo con questa ricerca è la necessità di un metodo per trovare dove si riproducono le trote di lago invasive in modo che i biologi della pesca possano utilizzare vari metodi per ridurre la loro popolazione, " ha detto Joseph A. Shaw, Università statale del Montana. "Ci sono molti altri metodi in fase di esplorazione per tracciare questi pesci, compreso il rilevamento acustico, ma un aeroplano può coprire il grande lago in un tempo molto più breve di quanto sia possibile per le barche."

Un nuovo modo di guardare i laghi

LiDAR è stato utilizzato per tracciare i pesci negli ecosistemi marini, ma questa è la prima volta che viene utilizzato per studiare i pesci nei laghi, dove l'acqua è più torbida.

Inoltre, mentre altre applicazioni LiDAR richiedono costosi, apparecchiature sofisticate, Gli ingegneri della Montana State University hanno sviluppato il nuovo strumento per meno di $ 100, 000 e ottimizzato per il funzionamento su un aereo monomotore che può essere volato per $ 500 al giorno, rendendolo una soluzione pratica per gli ecologisti e i gestori locali della pesca e delle risorse idriche.

"Il costo relativamente basso e le dimensioni ridotte del nostro sistema LiDAR lo renderanno utile per altri tipi di studi ecologici, come la mappatura degli strati di plancton e dei pennacchi di prese d'aria sottomarine, "ha detto Shaw. "Laghi remoti a cui sarebbe difficile accedere da terra possono essere facilmente mappati e studiati nell'arco di un solo giorno."

Gestire un ecosistema minacciato

Un fulcro del Parco Nazionale di Yellowstone, Il lago di Yellowstone è stato a lungo amato dai pescatori e venerato per le popolazioni di grizzly, aquile calve, lontre e altri animali selvatici che supporta. L'introduzione di trote lacustri non autoctone negli anni '90 ha sconvolto drammaticamente l'intricato equilibrio ecologico della zona.

La trota di lago preda della trota spietata nativa del lago, che sono stati storicamente una fonte di cibo chiave per molti grandi predatori. Con l'aumento delle popolazioni di trote di lago, la popolazione di trote spietate è crollata, calo del 90% tra il 2000 e il 2005. Ciò ha ridotto sostanzialmente l'approvvigionamento alimentare per gli orsi, uccelli e altri animali. Questi animali non possono predare la trota di lago invasiva perché le trote di lago trascorrono la maggior parte dell'anno in acque profonde, a differenza della trota spietata.

Per abbattere le popolazioni di trote di lago e dare alle trote spietate la possibilità di riprendersi, i gestori dei laghi utilizzano reti da posta, tra gli altri metodi, per catturare la trota di lago durante la stagione riproduttiva. Pur essendo altamente efficace, questo metodo richiede di sapere quando e, soprattutto, dove:i pesci stanno deponendo le uova.

Per localizzare il pesce, i biologi attualmente impiantano singoli pesci con trasmettitori acustici e poi li seguono con ricevitori nel lago e sulla barca, un processo lungo e laborioso che fornisce una copertura incompleta della posizione dei pesci invasivi.

Prendere il volo per coprire più terreno

Il team di ricerca ha cercato di sviluppare un modo più efficace per individuare rapidamente grandi gruppi di trote di lago senza etichettatura. La loro soluzione, uno strumento LiDAR imbullonato a un piccolo aereo, consente loro di rilevare i pesci in una fascia d'acqua di 5 metri e di coprire 80 chilometri all'ora.

Il dispositivo funziona trasmettendo un breve impulso di luce laser dall'aereo attraverso l'aria e nell'acqua. Il ricevitore LiDAR misura la luce retrodiffusa, consentendo ai ricercatori di individuare i pesci dall'acqua circostante. Per ottimizzare l'allestimento per l'utilizzo sul lago, hanno usato un laser a raggio verde, che penetra l'acqua meglio di altri tipi di laser utilizzati per applicazioni LiDAR a terra. Il raggio è stato inclinato all'indietro in modo che il riflesso della luce sull'acqua venga deviato e non satura il ricevitore.

Mettere alla prova il sistema

Il team ha testato per la prima volta l'uso della tecnologia LiDAR a Yellowstone Lake utilizzando il LiDAR per pesci NOAA nel 2004. I dati raccolti durante quei voli di prova hanno aiutato il personale del National Park Service a trovare aree di deposizione delle uova precedentemente sconosciute che sono state poi convalidate con operazioni di rete da posta a terra.

Il team ha quindi progettato e costruito il proprio sistema per fornire una potenza ottica sufficiente al minor costo possibile. Prove del nuovo allestimento, nel 2015 e nel 2016, identificato con successo numerosi gruppi di trote.

Shaw ha detto che il sistema potrebbe essere ulteriormente migliorato con una tecnica chiamata scansione a scopa, in cui il raggio laser viene scansionato in linea per coprire un'andana più ampia. Ciò consentirebbe la scansione dell'intera area del lago più rapidamente rispetto al singolo laser ad angolo fisso utilizzato nella configurazione attuale.

I ricercatori mirano anche a sviluppare strumenti aggiuntivi per aiutare gli utenti a tradurre rapidamente i dati generati da LiDAR in informazioni fruibili, e per adattare il sistema ad altri tipi di ecosistemi di acqua dolce.

"Siamo interessati allo sviluppo di algoritmi automatizzati di rilevamento dei pesci e all'utilizzo di questo metodo come strumento di routine per aiutare i biologi della pesca nella loro battaglia contro la trota di lago invasiva, " ha detto Shaw. "Stiamo anche esplorando le opzioni per l'utilizzo di questo LiDAR, insieme a sistemi di imaging multispettrale e iperspettrale, monitorare la salute del fiume”.