Landscape modeling of the potential natural vegetation of Santa Catalina Island, California

Authors

Travis Longcore, University of Southern California, Los Angeles, CAFollow
Nina Noujdina, University of Southern California, Los Angeles, CAFollow
Peter J. Dixon, Catalina Island Conservancy, 330 Golden Shore, #170, Long Beach, CA 90802Follow

Abstract

The vegetation of Santa Catalina Island has been significantly transformed through a history of introduction of exotic plant species and disturbance by large introduced herbivores. Many of these disturbances have been reduced in recent decades, using measures such as carefully controlling the number of bison and removing cattle, sheep, feral pigs, and goats. The success of subsequent vegetation restoration actions depends on the choice of the right plant community for a location, which may not be obvious for an island with extensive areas dominated by exotic species. Environmental niche modeling is an approach to re-create the spatial distribution of habitat types for such a purpose. Such models, however, often require both presence and absence data to be meaningful, while in this scenario absence is misleading because it may reflect a long history of disturbance. Maximum entropy modeling is a technique to model species distributions with presence-only data that has been shown to produce accurate results. We used this modeling tool to model the environmental niche for distinct vegetation types, conceptualized as potential natural vegetation, on Catalina Island as a means to predict locations where restoration actions would be most successful and to predict potential natural vegetation prior to anthropogenic disturbance. Using an existing vegetation map, we extracted random points from within the polygons defining each native vegetation type. We then modeled the habitat suitability for each habitat using high-resolution environmental data that included elevation, aspect, hillshade, northeastness, slope, solar radiation, and topographic wetness index. The resulting models were combined to produce a map of potential natural vegetation. A 1977 map of potential natural vegetation included 4 vegetation types (woodland, chaparral, scrub, and grassland) to which we compared our results. Our new model of potential natural vegetation has high spatial complexity and high resolution. It also shows naturalistic responses to topography that are consistent with the broad patterns mapped in 1977 while providing fine-scale resolution to inform restoration efforts.


La vegetación de la isla Santa Catalina se transformó de manera significativa debido al historial de especies de plantas exóticas introducidas y a la perturbación generada por la introducción de grandes herbívoros. Gran parte de esta perturbación disminuyó en las últimas décadas, tales como el control cuidadoso del número de bisontes, la eliminación del ganado vacuno, las ovejas, los jabalíes y las cabras. El éxito de futuras medidas de restauración de la vegetación dependerá de la correcta elección de la comunidad vegetal para la localidad, lo que puede no ser evidente en una isla con grandes áreas dominadas por especies exóticas. El modelado de nichos ambientales es un enfoque que recrea la distribución espacial de los tipos de hábitats. Sin embargo, estos modelos a menudo requieren que los datos de presencia y de ausencia sean significativos, mientras que en este escenario la ausencia es confusa, ya que puede reflejar el largo historial de perturbación. El modelado de máxima entropía es una técnica que recrea la distribución de las especies únicamente con datos de presencia que demuestren resultados precisos. Utilizamos esta herramienta de modelación para recrear el nicho ambiental de los distintos tipos de vegetación de la isla Santa Catalina (conceptualizadas como vegetación natural potencial) como un medio para predecir los lugares donde las medidas de restauración serían más exitosas y para predecir la vegetación natural potencial antes de la perturbación antropogénica. Usando un mapa de vegetación vigente, seleccionamos aleatoriamente, puntos dentro de los polígonos que definen cada tipo de vegetación nativa. Luego modelamos el hábitat adecuado para cada hábitat, mediante datos ambientales de alta resolución que incluyen elevación, aspecto, sombreado, disposición orientada al noreste, pendiente, radiación solar e índice de humedad topográfica. Los modelos resultantes se combinaron para crear un mapa de vegetación potencial natural. Comparamos nuestros resultados con un mapa de vegetación potencial natural de 1977 que incluía cuatro tipos de vegetación (bosques, chaparrales, matorrales y pastizales). Nuestro nuevo modelo de vegetación potencial natural presenta alta complejidad espacial, alta resolución y muestra respuestas naturalistas a la topografía, todo esto es consistente con los amplios patrones mapeados en 1977, al mismo tiempo que proporcionan una propuesta detallada para informar las medidas de restauración.

Recommended Citation

Longcore, Travis; Noujdina, Nina; and Dixon, Peter J. (2018) "Landscape modeling of the potential natural vegetation of Santa Catalina Island, California," Western North American Naturalist: Vol. 78: No. 4, Article 12.
Available at: https://scholarsarchive.byu.edu/wnan/vol78/iss4/12