Influence of three abiotic factors and NDVI responses of an invasive shrub on the island of Santiago (Cape Verde, Atlantic Ocean): measurements by multispectral drone imaging

Abstract

The island of Santiago has many naturalized species, among which some of them are invasive. This is especially the case of Acacia holosericea, a shrub originated from Australia and introduced in the 1980s to stabilize soils and erosion. This shrub has now spread widely in the environment. It also colonizes agricultural lands, thus causing additional work for farmers who must remove it from crops. Using high-resolution multispectral drone imagery, we extracted the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) for Acacia holosericea (n = 421). For comparison, we carried out the same operation for Prosopis juliflora (n = 267), an exotic tree widely planted for reforestation on the island. NDVI values provide indirect information on photosynthesis activity and plant growth. In this paper, we tested whether some simple physical parameters (elevation, slope steepness, and exposure) could influence the NDVI values of Acacia holosericea. Our statistical results show that, for this species, 5 to 10 % of the NDVI variance are related to elevation and slope steepness, respectively. Acacia holosericea presents a better NDVI on sloping areas located around 495 m altitude, which correspond to the upper part of the mesophilic zone, also called subhumid zone. This zone can therefore be viewed as a preferential physical environment for this acacia. Thus, our results lead us to predict an important extension of Acacia holosericea on the mesophilic zone in the future.

L'île de Santiago possède de nombreuses espèces naturalisées, certaines ayant développé un caractère envahissant. C'est notamment le cas d'Acacia holosericea, un arbuste d'origine australienne introduit pour stabiliser les sols et lutter contre l'érosion dans les années 1980. Cet arbuste s'est aujourd'hui amplement dispersé dans l'environnement. Il colonise aussi les parcelles agricoles, occasionnant ainsi un travail supplémentaire pour les paysans qui doivent l'enlever des cultures. En utilisant l'imagerie multispectrale drone à haute résolution, nous avons extrait l'indice de végétation par différence normalisée (couramment nommé NDVI) pour Acacia holosericea (n = 421). À titre de comparaison, nous avons effectué la même opération pour Prosopis juliflora (n = 267), un arbre exotique largement utilisé pour le reboisement sur l'île. Les valeurs NDVI renseignent indirectement sur l'état de la photosynthèse et la croissance des plantes. Sur trois grands sites de survol situés au nord de l'île de Santiago, nous avons testé si certains paramètres physiques simples (altitude, pente et exposition) pouvaient influencer les valeurs du NDVI de l'Acacia holosericea. Nos résultats statistiques montrent que, pour cette espèce, 5 à 10 % de la variance des valeurs du NDVI sont influencées par l'altitude et la pente. Acacia holosericea présente aussi un NDVI un peu plus fort sur les zones en pente situées autour de 495 m d'altitude, ce qui correspond à la partie haute de la zone mésophile, dite aussi zone subhumide. Cette zone peut donc être considérée comme un environnement physique préférentiel pour Acacia holosericea. On peut s'attendre à voir cet acacia coloniser encore davantage ce type d'environnement sur l'île de Santiago