Sphagnum's strong water-holding capacities, its dominance in bogs, and the overall importance of water in regulating photosynthesis make it a key ecosystem engineer. Though its effectiveness in this context has rarely been tested, Spectral Vegetation Indices (SVIs) derived from hyperspectral data allow for efficient modeling of Sphagnum gravimetric water content over large scales. This study tests whether a linear model relating a SVI to Sphagnum gravimetric water content (i.e. S. capillifolium, S. magellanicum, S. angustifolium/S. fallax, or all Sphagnum species pooled together) can be applied to the landscape level using airborne hyperspectral imagery taken over Mer Bleue Bog, near Ottawa, Ontario, Canada. The depth of a Sphagnum species sample contributing to the reflectance and the vertical distribution of water across a species sample was also analyzed to test the accuracy of water content measurements. Additionally, image SVI data were compared to field SVI data to test the effectiveness of image spectra. Results indicate that light penetrated 1.5 cm in S. capillifolium samples, 1.0 cm in S. magellanicum samples, and 2.5 cm in S. angustifolium/S. fallax samples. Water variability was highest in samples with elevated water contents for every Sphagnum species analyzed. The Normalized Difference Water Index (NDWI) (dimensionless) was the most effective in estimating Sphagnum gravimetric water content of all SVIs (Root Mean Square Error=161.34%, P= 0.000). Image NDWI values mimicked field NDWI values (Root Mean Square Error= 0.000740, P= 0.0000). The application of the NDWI to areas identified as being favorable for Sphagnum growth in an image resulted in a map of Sphagnum gravimetric water content for a given day in a bog. / Le contenu d'eau des sphaignes est important pour le fonctionnement des tourbières ombrotrophes, suite aux fortes capacités de rétention d'eau dans ces espèces, la domination de ses espèces dans les tourbières ombrotrophes, et l'importance d'eau dans la régulation de la photosynthèse. L'efficacité des "Spectral Vegetation Indices" (SVIs) dérivée des données hyperspectrales permet une modélisation efficace du contenu d'eau gravimétrique des sphaignes sur de grands échelons. Cependant, l'efficacité des SVIs dans ce contexte a été rarement examinée. Cette étude examine si un modèle linéaire reliant un SVI au contenu d'eau gravimétrique des sphaignes (i.e. S. capillifolium, S. magellanicum, S. angustifolium/S. fallax, ou tous les espèces Sphagnum jumelées ensemble) peut être appliqué au niveau paysagier en utilisant l'imagerie hyperspectrale aérienne prise au-dessus de la tourbière ombrotrophe Mer Bleue, située à proximité d'Ottawa, en Ontario, au Canada. La profondeur d'un échantillon d'une espèce de Sphagnum qui contribue à la réflectance et la distribution verticale d'eau à travers un échantillon a aussi été analysée pour tester l'exactitude des mesures du contenu d'eau. De plus, les données de SVI générées par les images ont été comparées aux données SVI générées par les mesures prises sur le terrain pour examiner l'efficacité des spectres générées par les images. Les résultats indiquent que la lumière a pénétré à une profondeur de 1.5 cm dans les échantillons de S. capillifolium, 1.0 cm dans les échantillons de S. magellanicum, et 2.5 cm dans les échantillons de S. angustifolium/S. fallax. La variabilité d'eau a été le plus prononcée dans les échantillons avec des contenus d'eaux gravimétriques élevées pour chaque espèce de Sphagnum analysée. La "Normalized Difference Water Index" (NDWI) (sans dimension) a été la plus efficace dans l'estimation du contenu d'eau gravimétrique des espèces de tous les SVIs ("Root Mean Square Error"=161.34%, P= 0.000). Les valeurs de NDWI dérivées du terrain ont été semblabes à celles collectionnées sur le terrain (“Root Mean Square Error”= 0.000740, P= 0.0000). L'application du NDWI aux régions identifiées comme étant favorables pour la croissance des sphaignes dans une image a donné, comme résultat, une carte du contenu d'eau gravimétrique des sphaignes pour une journée dans une tourbière ombrotrophe.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121269 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Lalonde, Mark |
| Contributors | Margaret Kalacska (Internal/Supervisor), Timothy R Moore (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Geography) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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