A geostatistical method in GIS to estimate the amount of seabird guano accumulated on islands and headlands of Perú

Abstract

The ‘guano of the islands’ in Perú is the excrement of cormorants, boobies and pelicans (guano birds), accumulated in large deposits on islands and headlands. This guano is harvested and marketed by the governmental agency AGRORURAL to meet the demands of local organic agriculture. As part of its management and commercialization plans, AGRORURAL estimates the total quantity of guano built-up on the seabird colonies using a volumetric method. The objective of this research was to propose an alternative geostatistical method that uses the volumetric data collection as baseline but incorporates the slope of the terrain and makes estimations of the total amount and distribution of guano using an interpolation grid model in a Geographic Information System (GIS). The data of the slope of the terrain, depth of guano layer, guano density and proportion guano/rock of georeferenced sampling points (taken with a hand-held GPS) on the island/headland surface were used to interpolate the quantity of guano over the entire surface using a raster kriging model, so that each cell contained an estimated quantity of guano. For this study, six guano bird colonies were visited between June 2014 and February 2018. Based on the geostatistical method, the total quantity of guano estimated varied between 10921 t on Isla Mazorca and 26142 t on Isla Guañape Sur. The GIS grid maps showed that the quantity of guano deposits was not uniformly distributed over the island/headland surface. When the guano total quantity estimates based on the geostatistical method were validated with the amount of guano harvested, the estimation error was less than 18%. This error may decrease with the use of a submetric GPS, ground-penetrating radars and augers. An accurate method of guano volume quantification is crucial for budget, logistic and marketing planning of the guano islands and headlands of Perú.

El ‘guano de las islas’ en Perú es el excremento de cormoranes, piqueros y pelícanos (aves guaneras), acumulado en grandes depósitos en islas y puntas. Este guano es extraído y comercializado por la agencia gubernamental AGRORURAL para satisfacer las demandas de la agricultura orgánica local. Como parte de sus planes de gestión y comercialización, AGRORURAL estima la cantidad total de guano acumulado en las colonias de aves marinas utilizando un método volumétrico. El objetivo de esta investigación fue proponer un método geoestadístico alternativo que utiliza la recopilación de datos volumétricos como línea de base, pero incorpora la pendiente del terreno y hace estimaciones de la cantidad total y la distribución de guano utilizando un modelo de cuadrícula de interpolación en un Sistema de Información Geográfica (SIG). Los datos de la pendiente del terreno, profundidad de la corteza de guano, la densidad del guano y la proporción de guano/roca de puntos de muestreo georreferenciados (tomados con un GPS de mano) sobre la superficie de la isla/punta fueron usados para interpolar la cantidad de guano total usando un modelo ráster kriging, de tal forma que cada celda contuviera una cantidad estimada de guano. Para este estudio se visitaron seis colonias entre junio de 2014 y febrero de 2018. Según el método geoestadístico, la cantidad total de guano estimada varió entre 10921 t en Isla Mazorca y 26142 t en Isla Guañape Sur. Los mapas de cuadrícula SIG mostraron que la cantidad de depósitos de guano no se distribuía uniformemente sobre la superficie de la isla/punta. Cuando las estimaciones de cantidad total de guano basadas en el método geoestadístico se validaron con la cantidad de guano extraído, el error de estimación fue inferior al 18%. Este error debería disminuir con el uso de un GPS submétrico, un radar de penetración del suelo y barrenas. Un método preciso de cuantificación del volumen de guano en las islas y puntas es crucial para la planificación presupuestaria, logística y de mercadeo del guano de las islas guaneras y puntas del Perú.