Facultad de Ciencias Departamento de Biología Celular y Molecular ASSESSMENT OF PASSIVE OPTICAL REMOTE SENSING FOR MAPPING MACROALGAE COMMUNITIES ON THE GALICIAN COAST Tesis doctoral Gema Casal Pascual 2012 Tesis doctoral Assessment of passive optical remote sensing for mapping macroalgae communities on the Galician coast Gema Casal Pascual 2012 Director: Dr. Juan Freire Botana Departamento de Biología Animal, V egetal y Ecología Doctorado en Biología Marina y Acuicultura Departamento de Biología Celular y Molecular i ii Esta tesis está dedicada a todos los que me habéis apoyado durante todo este proceso, tanto en el terreno profesional como en el personal, y que de alguna u otra manera me habéis "obligado" a continuar hasta al final. This thesis is dedicated to all who have supported me, both professionally and personally, throughout this process. Somehow or another, you have made me continue until the end. iii iv AGRADECIMIENTOS Volver la vista atrás casi siete años hace que se mezclen muchos sentimientos y sensaciones diferentes. Llegar hasta estas líneas no ha sido un camino nada fácil pero haber llegado hasta el final hace que la satisfacción sea mucho mayor. Sin embargo, la realización de esta tesis no ha sido sólo gracias a mi esfuerzo sino que muchas personas han participado y por ello tengo mucho que agradecer. En primer lugar me gustaría agradecer a Juan Freire, mi director de tesis, haberme aceptado como doctoranda y por su visión de futuro sobre el tema en el que finalmente se desarrolló esta tesis. Gracias también a José Antonio Domínguez-Gómez por haber accedido a ayudarnos con las medidas radiométricas y en general por su implicación en este trabajo. A Tiit Kuster por todo lo que me ha ayudado pero además, gracias por su apoyo y confianza en mí, por sus prácticos consejos y por ser un amigo. A todo el Grupo de Recursos Marinos y Pesquerías con los que he compartido todo este tiempo. Gracias especialmente a los que realizaron trabajos relacionados con esta tesis y más en especial a Diana Fdez. Márquez y María Fdez. Boán ya sabéis por qué. A todos los familiares y amigos por todo el tiempo que os pertenecía y se ha llevado esta tesis. Gracias especialmente a Sheila y a María Jesús, por todas nuestras conversaciones y vuestro esfuerzo en animarme siempre aunque a veces, tengo que reconocer, os lo ponía bastante difícil. A Lorena y a Diego por haber compartido unos meses de su vida conmigo y hacerme sentir una más. A Magda por su ayuda con el inglés y a Iria No podía terminar sin agradecer a mis padres, en especial a mi madre, todo su sacrificio y apoyo. v ACKNOWLEDGMENTS Looking back almost seven years ago shows that many different feelings and sensations were mixed. Achieving my goal was not easy but once achieved makes me really satisfied. However, the carrying out of this thesis has not only been my work but also many people have taken part in it. For this reason I have a lot to thank for. First of all, I would like to thank Juan Freire, my thesis supervisor, for taking me as PhD student and for his forward-looking approach about the topic under which this thesis was developed. Special thanks to José Antonio Domínguez-Gómez for his help with radiometric measurements and for his involvement in this work. I would like to show my gratitude to Tiit Kutser not only for all his help, his support and his practical advice but also for being a friend. To the members of the Marine Resources and Fisheries research group with whom I have shared all these years, especially to all who carried out tasks related with this thesis. However, I cannot forget to mention Diana Fdez. Márquez and María Fdez. Boán, you know why. To family and friends for all the time which belonged to them and that was taken by this thesis. Special thanks to Sheila and María Jesús, for our conversations and your encouragement. To Lorena and Diego for sharing some months of their lives with me and make me feel at home. I would also like to thank Magda for her help with English and to Iria. I cannot finish without thanking my parents, especially my mother, for all her sacrifice and support. vi vii Esta tesis ha sido financiada por Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino (030/SGTB/2007/1.4) por el Ministerio de Educación y Ciencia (CGL2005-02269) y por el gobierno gallego a través del Programa INCITE (PROJECT 07MDS010CT) bajo el proyecto SARGAL y por el Ministerio de Educación y Ciencia bajo el proyecto CONNECT (CTM2006- 09043/MAR)) así como por los fondos FEDER de la Unión Europea. La realización de esta tesis ha sido también financiada por una beca pre-doctoral "Terceiro Ciclo" de la Universidad de A Coruña (2005/2006), una beca pre-doctoral de la Xunta de Galicia (2006/2007), un contrato pre-doctoral perteneciente al Programa María Barbeito (Xunta de Galicia) (2007/2010) y una beca de investigación de la Diputación de A Coruña (2010/2011). Las fotos submarinas que aparecen en este documento fueron tomadas por Xoán L. Cambeiro. This thesis was funded by the Spanish Ministry of Environment, Rural and Marine Affairs (SARGAL PROJECT 030/SGTB/2007/1.4) and the Ministry of Education and Science (CONNECT (CTM2006-09043/MAR), the Galician Government under the INCITE program (PROJECT 07MDS010CT) and by the European Regional Development Fund (ERDF). The present work was also supported by a pre-doctoral grant from University of A Coruña (2005/2006), a pre-doctoral grant from Xunta de Galicia (2006/2007), by the María Barbeito Program (Xunta de Galicia) (2007/2010) and a research grant from Diputación de A Coruña (2010/2011). The underwater photographs appearing in this document were taken by Xoán L. Cambeiro. viii ix RESUMO As zonas costeiras representan a transición entre o ambiente acuático e o terrestre sendo un dos ecosistemas máis dinámicos e productivos da Terra. As comunidades de algas bentónicas xogan un papel fundamental neste tipo de ecosistemas. Dada a súa importancia ecolóxia e económica fanse necesarios métodos que permitan unha recolección de información tanto cuantitativa como cualitativa para a súa eficiente valoración, monitorización e xestión. Os Sistemas de Información Xeográfica (SIX) e a teledetección teñen un uso potencial na xeración de información xeográfica. Sen embargo, durante o planteamento desta tese, en Galicia encontrábase dispoñible escasa información para os usuarios e na maioría dos casos era de pouco detalle ou o proceso administrativo para a súa adquisición demasiado arduo. Por esta razón, esta tese foi orixinalmente deseñada como unha contribución á xeración de datos xeográficos dixitales da zona litoral, donde a escaseza é máis significante. Neste sentido, dixitalizouse unha liña de costa de Galicia e valoráronse varios sensores remotos para o cartografiado de comunidades de algas. Estes sensores permitiron a diferenciación de grupos algais ata unha profundidade determinada dependendo da súa resolución espectral e espacial. RESUMEN Las zonas costeras representan la transición entre el ambiente acuático y el terrestre siendo una de los ecosistemas más dinámicos y productivos de la Tierra. Las comunidades de algas bentónicas juegan un papel fundamental en este tipo de ecosistemas. Dada su importancia ecológica y económica se hacen necesarios métodos que permitan una recolección de información tanto cuantitativa como cualitativa para su eficiente valoración, monitorización y gestión. Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) y la teledetección tienen un uso potencial en la generación de información geográfica. Sin embargo, durante el planteamiento de esta tesis, en Galicia se encontraba escasa información disponible para los usuarios y en la mayoría de los casos, esta información era de muy poco detalle o el proceso administrativo para su adquisición demasiado arduo. Por esta razón, esta tesis fue originalmente diseñada como una contribución a la generación de datos geográficos digitales de la zona litoral, donde la escasez es más significante. En este sentido se digitalizó una línea de costa de Galicia y se valoraron varios sensores remotos para el cartografiado de comunidades de algas. Estos sensores permitieron la diferenciación de grupos algales hasta una profundidad determinada dependiendo de su resolución espectral y espacial. ABSTRACT Coastal zones represent the transition between terrestrial and aquatic environment being one of the most dynamic and productive ecosystems on the Earth. Benthic algal communities play an important role in coastal ecosystems. Due to their ecological and economic importance there is a strong need for methods that allow collecting quantitative and qualitative information about macroalgal benthic communities, in order to allow their efficient assessment, monitoring and management. Geographical Information Systems (GIS) and remote sensing (RS) have a potential use in the generation of digital geographic information. However, at the beginning of this thesis the lack of information in Galicia related to this field was remarkable. Only little information was available for users and in most of the cases it was x too coarse or the administrative process for data acquisition too arduous. For this reason, this thesis was originally designed as a contribution for the generation of digital geographic data for the littoral zone, where this scarcity was more significant. In this sense a shoreline of Galicia was digitized and several kind of remote sensors were assessed to map macroalgal communities. These sensors allowed the differentiation of different macroalgal groups until an specific