Coral reef monitoring : Using structure from motion photogrammetry to evaluate reef complexity, coral cover and coral diversity at D'Arros Island and Saint Joseph atoll in Seychelles

• Main Author: Victor Gautier
• Publication Date: 2023
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.1/20514
• topic: Coral monitoring; Photogrammetry; Reef complexity; Coral coverage; Seychelles

Apesar de ocuparem menos de 0,2% da superfície oceânica mundial, os recifes de coral são o lar de mais de 25% das espécies marinhas. Representam um ecossistema crucial, servindo como habitat, refúgio e fonte de alimento para uma vasta gama de organismos marinhos. Contudo, os recifes de coral estão sob ameaça crescente a uma escala global, agravada pelo branqueamento dos corais, frequentemente associado às atividades humanas. Esta situação é alarmante, dada a importância dos corais na defesa contra a erosão costeira, na sustentabilidade económica de milhões de pessoas, onde se inclui o turismo e a pesca e na contribuição para os ciclos globais de carbono e azoto. Nos últimos 30 anos, as ameaças resultaram numa diminuição notável na cobertura de coral, na diversidade de espécies e na complexidade estrutural dos recifes. Embora não tenha sido claramente estabelecida uma relação direta entre estes três parâmetros, são necessários mais estudos de investigação. A monitorização contínua e aprofundada dos corais é, portanto, essencial para desenvolver conhecimento e identificar soluções eficazes para a sua conservação. O campo da monitorização de recifes de coral tem avançado de forma significativa. Desde técnicas tradicionais como o transecto de interceção de linha ou a técnica de quadratura, para métodos mais inovadores como a fotogrametria Structure from Motion (SfM). A fotogrametria Sfm envolve a modelação 3D dos recifes de coral, permitindo a análise de muitos parâmetros à distância. Esta técnica, que surgiu há cerca de dez anos, ainda se encontra num processo evolutivo e parece promissora. A SfM desempenha assim, um papel importante nos programas de monitorização, uma vez que o método pode ser repetido em qualquer intervalo de tempo para monitorizar as alterações ambientais. Este estudo tem como objetivo avaliar a complexidade dos recifes, a cobertura de corais, a diversidade e a forma como interagem, utilizando a fotogrametria Sfm na Ilha D'Arros e no Atol de Saint Joseph nas Seychelles. Explora-se a hipótese de que existem variações na cobertura bentónica, na diversidade de corais e na complexidade estrutural dos recifes, influenciadas pela diversidade dos parâmetros ambientais. A cobertura de corais e a diversidade de corais estão correlacionadas com a complexidade do recife. A técnica de fotogrametria Sfm fornece dados eficientes e precisos. Utilizam-se amostras recolhidas aleatoriamente em locais de pesquisa pré-determinados, selecionados com base no tipo de habitat e orientação geográfica. O protocolo de investigação abrange seis zonas distintas à volta das ilhas, três à volta de D'Arros e três à volta de São José, cada uma caracterizada por parâmetros ambientais variáveis. As zonas C e D estão viradas para sul, com condições de ondulação e correntes sólidas, tal como a zona E. As zonas A, F e B estão viradas para norte com mares mais calmos. A zona F é mais profunda do que as outras zonas. Estabeleceram-se cinco transectos de 100 m² (10x10 metros quadrados) dentro destas zonas, para a monotorização em profundidades pouco profundas com variações entre 5 e 12 metros, através de mergulho. A aquisição de dados, envolveu a utilização de uma configuração de câmara dupla, com o objetivo de atingir a melhor sobreposição possível e alargar o campo de visão com fotografias diferentes da mesma área. Foram tiradas fotografias automaticamente a cada segundo, para obter uma sobreposição substancial entre as imagens, tanto para a frente (>80%) como para o lado (>60%). Foram produzidas entre 400 e 800 fotografias durante o decorrer dos protocolos, dependendo do transecto. Foram utilizados vários programas: O Agisoft Metashape, para construir o modelo 3D, o Coral Point Count com extensões Excel para avaliar a cobertura e a diversidade dos corais, e o Gwyddion para analisar a complexidade dos recifes. O Primer e o Excel foram utilizados para as estatísticas. Através de um teste de pares, executou-se PERMANOVAs no Primer 7 para cada variável, a fim de determinar diferenças significativas entre zonas e transectos. Para complementar às PERMANOVAs, efectuou-se PERMDISPs deviation from centroid para comparação de pares para entender-se as diferenças de dispersão entre zonas e um teste de Kruskall Wallis com Mann Whitney de pares para a complexidade do recife. Os resultados obtidos revelam diferenças significativas entre as zonas e dentro dos transectos de cada zona para as três variáveis. De forma notável, as diferenças inter-zonas foram mais pronunciadas do que as variações intra-zonas, particularmente em algumas zonas que variam entre as variáveis. Curiosamente, não foi identificada qualquer correlação significativa entre a cobertura de corais, a diversidade e a complexidade dos recifes, com coeficientes de correlação próximos de zero. 0,07 entre a cobertura de corais e a diversidade, -0,03 entre a cobertura de corais e a complexidade dos recifes e 0,05 entre a complexidade dos recifes e a diversidade. As diferenças observadas na complexidade dos recifes são complexas e parecem resultar de uma vasta gama de parâmetros abióticos e biológicos. Os resultados adquiridos ressaltam a necessidade de estudos anuais contínuos para acompanhar a evolução e dinâmicas dos recifes. Além disso, a aplicação de soluções de software alternativas, como o Taglab apoiados pela Inteligência Artificial, podem oferecer insights mais profundos para a construção de soluções e avaliar a complexidade do recife.