Applying structure-from-motion habitat reconstruction and GIS terrain analysis to test hypotheses about nest-site selection by shorebirds - Korne, Noah; Flemming, Scott A.; Smith, Paul A.; Nol, Erica (Journal of field ornithology, 2020)
Habitat variables related to vegetation type and structure are routinely identified as important components of nest-site selection for birds. For ground-nesting birds, small-scale (< 0.5 m) microtopography may also play a role in nest-site selection through its effects on nest concealment and microclimate. Manual measurements of microtopography are challenging, time-consuming, and subject to user error. Ultrahigh-density point clouds generated using structure-from-motion (SfM) algorithms and photomosaics captured during Unmanned Aerial Vehicle (UAV) surveys can potentially provide detailed topographical measurements with less error. We used multiple indices of surface roughness to examine the effect of microtopography on nest site selection by White-rumped Sandpipers (Calidris fuscicollis) at East Bay Migratory Bird Sanctuary, Nunavut, Canada. We measured microtopography manually using the relative height index within a 1-m radius of used and unused sites. We generated three digital indices of surface roughness for 1-m and 5-m scales around nests and unused sites, including standard deviation of slope, slope variability, and 2D:3D area ratio. We compared the digital indices of used and unused sites at both spatial scales. Relative height of nearby hummocks was significantly lower at nests than at unused sites, indicating selection for flatter sites. Similarly, two of three digitally calculated terrain roughness indices were significantly lower at nests than unused sites at both the 1-m and 5-m scales. The 2D:3D ratio did not differ between nests and unused sites. Manual and UAV-derived measures were significantly correlated, but with substantial unexplained variation (Pearson’s r = 0.35–0.46). Our results suggest that White-rumped Sandpipers select nest sites in areas with low terrain roughness, potentially to increase their field of view to monitor approaching predators. We also demonstrate the applicability of SfM habitat reconstruction for testing hypotheses of small-scale habitat variables that may be impossible to study using traditional methods. Las variables del hábitat relacionadas con el tipo y la estructura de la vegetación se identifican de forma rutinaria como componentes importantes de la selecci on del lugar para anidar por parte de las aves. Para aves que anidan en el suelo, la microtopograf ia a pequeña escala (< 0,5 m), tambi en puede jugar un papel en la selección del lugar para anidar, a través de sus efectos de microclima y de ocultar el nido. Las medidas manuales de microtopograf ia son un desafío, consumen mucho tiempo y están sujetas a errores por parte del usuario. Nubes de puntos de densidad ultra alta, generadas utilizando algoritmos de estructura a partir de movimiento (SfM) y fotomosaicos capturados (durante las encuestas de vehículos aéreos no tripulados (UAV)), pueden proporcionar medidas topográficas con menos error. Usamos índices múltiples de aspereza de la superficie para examinar el efecto de la microtopografía en la selección de lugares para anidar por parte del Playero rabadilla blanca (Calidris fuscicollis) en el Santuario “East Bay Migratory Bird,” localizado en Nunavut, Canadá. Medimos manualmente la microtopograf ia usando el índice de altura relativa dentro de un radio de 1 m de sitios usados y no utilizados para anidar. Generamos tres índices digitales de aspereza de la superficie para escalas de 1 m y 5 m alrededor de los nidos y sitios no utilizados, incluida la desviación estándar de la pendiente, variabilidad de la pendiente y relación de área 2D: 3D. Comparamos los indices digitales de sitios usados y no usados para anidar, en ambas escalas espaciales. La altura relativa de los montículos cercanos fue significativamente menor en los lugares con nidos que en los sitios no utilizados, lo que indica la selección de sitios más planos. De manera similar, dos de los tres índices de aspereza del terreno, calculados digitalmente, fueron significativamente m as bajos en los lugares con nidos que en los sitios no utilizados en las escalas de 1 m y 5 m. La relación 2D: 3D no difirió entre lugares con nidos y sitios no utilizados para anidar. Las medidas manuales y derivadas de UAV fueron significativamente correlacionadas, pero con una variación sustancial inexplicable (r de Pearson = 0,35–0,46). Nuestros resultados sugieren que los playeros seleccionan, para anidar, áreas con poca aspereza del terreno, potencialmente para aumentar su campo de visión y poder monitorear a los depredadores que se pudieran acercar. También demostramos la aplicabilidad de SfM en la reconstrucción del hábitat para probar la hipótesis de variables de hábitat a pequeña escala, los cuales puede ser virtualmente imposibles de estudiar utilizando métodos tradicionales.