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Conectividad del paisaje

En ecología del paisaje , la conectividad del paisaje es, en términos generales, "el grado en que el paisaje facilita o impide el movimiento entre parches de recursos ". [ 1 ] A...

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En ecología del paisaje , la conectividad del paisaje es, en términos generales, "el grado en que el paisaje facilita o impide el movimiento entre parches de recursos ". [ 1 ] Alternativamente, la conectividad puede ser una propiedad continua del paisaje e independiente de parches y caminos. [ 2 ] [ 3 ] La conectividad incluye tanto la conectividad estructural (la disposición física de las perturbaciones y/o parches) como la conectividad funcional (el movimiento de individuos a través de los contornos de las perturbaciones y/o entre parches). [ 4 ] [ 5 ] La conectividad funcional incluye la conectividad real (requiere observaciones de los movimientos individuales) y la conectividad potencial en la que las rutas de movimiento se estiman utilizando datos de historia de vida. [ 6 ]

Un concepto similar pero diferente propuesto por Jacques Baudry, la conectividad del paisaje , se refiere a los vínculos estructurales entre elementos de las estructuras espaciales de un paisaje, que concierne a la topología de las características del paisaje y no a los procesos ecológicos. [ 7 ]

Definición

El concepto de "conectividad del paisaje" fue introducido por primera vez por el Dr. Gray Merriam en 1984. Merriam señaló que el movimiento entre parches de hábitat no era simplemente una función de los atributos de un organismo, sino también una cualidad de los elementos del paisaje a través de los cuales debe moverse. [ 8 ] Para enfatizar esta interacción fundamental en la determinación de una ruta de movimiento particular, Merriam (1984) definió la conectividad del paisaje como "el grado en que el aislamiento absoluto es impedido por elementos del paisaje que permiten a los organismos moverse entre parches de hábitat". [ 9 ] Nueve años después, Merriam y sus colegas revisaron la definición a "el grado en que el paisaje impide o facilita el movimiento entre parches de recursos". [ 1 ]

Aunque esta definición se ha convertido sin duda en el significado más aceptado y citado dentro de la literatura científica , muchos autores han seguido creando sus propias definiciones. With et al. (1997) presentaron su interpretación como "la relación funcional entre parches de hábitat, debido al contagio espacial del hábitat y las respuestas de movimiento de los organismos a la estructura del paisaje" [ 10 ] y Ament et al. (2014) la definieron como "el grado en que los paisajes regionales, que abarcan una variedad de tipos de cobertura terrestre naturales, seminaturales y desarrolladas , son propicios para el movimiento de la vida silvestre y para sostener los procesos ecológicos " [ 11 ] .

Así, aunque en los últimos 30 años se han propuesto numerosas definiciones de conectividad del paisaje, cada nueva descripción enfatiza tanto un elemento estructural como uno conductual. El componente físico se define por la configuración espacial y temporal de los elementos del paisaje ( forma del relieve , cobertura vegetal y tipos de uso del suelo ), y el componente conductual se define por las respuestas conductuales de los organismos y/o procesos a la disposición física de los elementos del paisaje. [ 12 ] [ 13 ] [ 8 ]

Importancia

La pérdida y la fragmentación del hábitat se han vuelto omnipresentes tanto en paisajes naturales como en paisajes modificados por el hombre, lo que resulta en consecuencias perjudiciales para las interacciones de las especies locales y la biodiversidad global . [ 14 ]

El desarrollo humano modifica ahora más del 50% del paisaje terrestre, dejando solo parches de hábitats naturales o seminaturales aislados para los millones de otras especies con las que compartimos este planeta. [ 15 ] La pérdida de hábitat natural y las fluctuaciones en los patrones del paisaje son uno de los muchos problemas en biogeografía y biología de la conservación . [ 16 ] Los patrones de biodiversidad y las funciones de los ecosistemas están cambiando en todo el mundo, lo que resulta en una pérdida de conectividad e integridad ecológica para toda la red ecológica global . [ 17 ] La pérdida de conectividad puede influir en individuos, poblaciones y comunidades a través de interacciones dentro de las especies, entre especies y entre ecosistemas. Estas interacciones afectan mecanismos ecológicos como los flujos de nutrientes y energía, las relaciones depredador-presa , la polinización , la dispersión de semillas , el rescate demográfico, la evitación de la endogamia , la colonización de hábitats desocupados, las interacciones de especies alteradas y la propagación de enfermedades. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

En consecuencia, la conectividad del paisaje facilita el movimiento de procesos bióticos como el movimiento de animales , la propagación de plantas y el intercambio genético , así como de procesos abióticos como el movimiento de agua, energía y materiales dentro y entre ecosistemas. [ 11 ]

Tipos de movimiento animal

Movimientos diarios

Dentro de su área de distribución o territorio, la mayoría de los animales deben desplazarse diariamente entre múltiples parches de hábitat primario para buscar alimento y obtener todos los recursos que necesitan. [ 11 ]

Migración

Algunas especies viajan a diferentes lugares a lo largo del año para acceder a los recursos que necesitan. Estos movimientos suelen ser predecibles y se deben a cambios en las condiciones ambientales en el hábitat principal o para facilitar el acceso a las zonas de reproducción . [ 11 ] El comportamiento migratorio se observa en animales terrestres, [ 21 ] aves [ 22 ] y especies marinas, [ 23 ] y las rutas que siguen suelen ser las mismas año tras año. [ 11 ]

Dispersión

Es el movimiento único en la vida de ciertos individuos de una población a otra con el propósito de reproducirse. [ 24 ] Estos intercambios mantienen la diversidad genética y demográfica entre poblaciones. [ 25 ]

Movimiento de disturbios

Es el movimiento impredecible de individuos o poblaciones hacia nuevas ubicaciones de hábitat adecuado debido a una perturbación ambiental. Las perturbaciones importantes, como incendios, desastres naturales, desarrollo humano y cambio climático, pueden afectar la calidad y distribución de los hábitats y requerir el movimiento de especies hacia nuevas ubicaciones de hábitat adecuado. [ 11 ]

movimiento incidental

Movimiento de especies en áreas que suelen ser utilizadas por los humanos. Estas incluyen cinturones verdes , sistemas de senderos recreativos, setos y campos de golf . [ 11 ]

Conservación de la conectividad

Preservar o crear conectividad del paisaje se ha reconocido cada vez más como una estrategia clave para proteger la biodiversidad, mantener ecosistemas viables y poblaciones de vida silvestre, y facilitar el movimiento y la adaptación de las poblaciones de vida silvestre frente al cambio climático . [ 26 ] El grado de conectividad de los paisajes determina la cantidad total de movimiento que tiene lugar dentro y entre las poblaciones locales. Esta conectividad influye en el flujo genético , la adaptación local , el riesgo de extinción, la probabilidad de colonización y el potencial de los organismos para moverse y adaptarse al cambio climático. [ 11 ] [ 27 ] [ 28 ] Con la pérdida y fragmentación del hábitat deteriorando cada vez más los hábitats naturales, el tamaño y el aislamiento de los fragmentos de hábitat restantes son particularmente críticos para la conservación a largo plazo de la biodiversidad. [ 11 ]

Por lo tanto, la conectividad entre estos fragmentos restantes, así como las características de la matriz circundante, y la permeabilidad y estructura de los bordes del hábitat son importantes para la conservación de la biodiversidad y afectan la persistencia, fuerza e integridad generales de las interacciones ecológicas restantes . [ 29 ]

Cuantificación de la conectividad del paisaje

Dado que la definición de conectividad del paisaje tiene un componente físico y otro conductual, la cuantificación de la conectividad del paisaje es, en consecuencia, específica para cada organismo, proceso y paisaje. [ 1 ] Según (Wiens y Milne, 1989), el primer paso en el proceso de cuantificación de la conectividad del paisaje es definir el hábitat específico o la red de hábitats de la especie focal y, a su vez, describir los elementos del paisaje desde su punto de vista. [ 30 ]

El siguiente paso es determinar la escala de la estructura del paisaje tal como la percibe el organismo . Esto se define como la escala en la que la especie responde al conjunto de elementos del paisaje, a través de sus comportamientos de movimiento a pequeña escala (grano) y a gran escala (extensión). [ 31 ] Por último, se determina cómo responde la especie a los diferentes elementos de un paisaje. Esto comprende el patrón de movimiento de la especie basado en reacciones conductuales al riesgo de mortalidad de los elementos del paisaje, incluidas las barreras y los bordes del hábitat. [ 8 ]

Las redes de paisaje se pueden construir basándose en la relación lineal entre el tamaño del área de distribución de una especie y su distancia de dispersión. [ 32 ] Por ejemplo, los mamíferos pequeños tendrán un área de distribución pequeña y distancias de dispersión cortas, mientras que los grandes tendrán un área de distribución mayor y distancias de dispersión largas. En resumen, esta relación puede ayudar a escalar y construir redes de paisaje basadas en el tamaño corporal de un mamífero. [ 33 ]

Para muchos organismos, en particular los invertebrados marinos , la escala de conectividad (generalmente en forma de dispersión larvaria) está determinada por el transporte pasivo a través de las corrientes oceánicas. [ 34 ] El potencial de dispersión tiende a ser considerablemente mayor en el agua que en el aire debido a su mayor densidad (y, por lo tanto, mayor flotabilidad de los propágulos). [ 35 ] Por consiguiente, a veces es posible cuantificar la conectividad potencial para organismos marinos mediante modelos basados ​​en procesos, como simulaciones de dispersión larvaria. [ 36 ]

Métricas de conectividad

Aunque la conectividad es un concepto intuitivo, no existe una única métrica de conectividad de uso consistente. Las teorías de conectividad incluyen la consideración de representaciones binarias de la conectividad a través de " corredores " y "enlaces" y representaciones continuas de la conectividad, que incluyen la condición binaria como un subconjunto [ 2 ] [ 3 ].

Generalmente, las métricas de conectividad se dividen en tres categorías: [ 37 ]

  1. Las métricas de conectividad estructural se basan en las propiedades físicas de los paisajes, que incluyen la idea de parches (tamaño, número de parches, distancia promedio entre ellos) y perturbación relativa (estructuras humanas como carreteras, parcelación, uso del suelo urbano/agrícola, población humana).
  2. Las métricas de conectividad potencial se basan en la estructura del paisaje, así como en información básica sobre la capacidad de dispersión del organismo estudiado , como la distancia media de dispersión o el núcleo de dispersión.
  3. Las métricas de conectividad real (también llamadas realizadas o funcionales) se miden en función de los movimientos reales de los individuos a lo largo y a través de los contornos de conectividad, incluso entre parches (cuando existen). Esto tiene en cuenta el número real de individuos nacidos en diferentes sitios, sus tasas de reproducción y la mortalidad durante la dispersión. [ 38 ] Algunos autores hacen una distinción adicional basada en el número de individuos que no solo se dispersan entre sitios, sino que también sobreviven para reproducirse. [ 39 ]

Estructuras de datos

La conectividad generalmente se puede describir como un grafo o red, es decir, un conjunto de nodos (que posiblemente representen poblaciones discretas o sitios de muestreo) conectados por aristas (que describen la presencia o la fuerza de la conectividad). [ 40 ] Dependiendo del tipo de conectividad que se describa, esto podría variar desde un grafo simple no dirigido y no ponderado (con aristas que quizás representen la presencia o ausencia de una especie compartida), hasta un grafo dirigido , ponderado , estratificado o temporal (con aristas que quizás representen flujos de individuos a través del tiempo). Representar la conectividad como un grafo suele ser útil, tanto para fines de visualización de datos como para análisis. Por ejemplo, los algoritmos de la teoría de grafos se utilizan a menudo para identificar poblaciones centrales que mantienen la conectividad (centralidad de intermediación), [ 41 ] o grupos de poblaciones con fuerte intraconectividad y débil interconectividad (optimización de modularidad). [ 42 ]

Existen diversas estructuras de datos para almacenar y operar con datos de grafos. [ 43 ] Cabe destacar las representaciones de matrices, a menudo llamadas matrices de conectividad para matrices bidimensionales (como suele ser el caso de los grafos sin variabilidad temporal). Por ejemplo, la conectividad potencial media temporal entre un conjunto de poblaciones podría representarse como una matriz.METROij{\displaystyle \mathbf {M} _ {ij}}, donde cada elemento proporciona la capacidad de dispersión de la población.i{\displaystyle i}a la poblaciónj{\displaystyle j}. [ 44 ] Muchos modelos ecológicos se basan en esta representación matricial. Por ejemplo, el producto matricialMETROijnorte{\displaystyle \mathbf {M} _ {ij}^{n}}puede representar la probabilidad de dispersión de la poblacióni{\displaystyle i}a la poblaciónj{\displaystyle j}encimanorte{\displaystyle n}pasos de dispersión y, cuando se combinan con otros procesos demográficos, los valores propios deMETROij{\displaystyle \mathbf {M} _ {ij}}puede representar la tasa de crecimiento de la metapoblación . [ 45 ]

Software

Por lo general, la conectividad "natural", como propiedad ecológica percibida por los organismos, se modela como una superficie continua de permeabilidad, que es el corolario de la perturbación. Esto se puede lograr con la mayoría de los sistemas de información geográfica (SIG) capaces de modelar en formato de cuadrícula/ráster. Un componente crítico de esta forma de modelado es el reconocimiento de que la conectividad y la perturbación son percibidas y respondidas de manera diferente por distintos organismos y procesos ecológicos. Esta variedad de respuestas es una de las partes más desafiantes al intentar representar la conectividad en el modelado espacial. Por lo general, los modelos de conectividad más precisos son para especies/procesos individuales y se desarrollan a partir de información sobre la especie/proceso. [ 46 ]

Hay poca evidencia, y a menudo ninguna, de que los modelos espaciales, incluidos los aquí descritos, puedan representar la conectividad de las numerosas especies o procesos que habitan diversos paisajes naturales. Los modelos basados ​​en perturbaciones se utilizan como base para las representaciones binarias de la conectividad como caminos, corredores o enlaces a través de los paisajes que se describen a continuación.

Circuitscape

Circuitscape es un programa de código abierto que utiliza la teoría de circuitos para predecir la conectividad en paisajes heterogéneos para el movimiento individual, el flujo genético y la planificación de la conservación . La teoría de circuitos ofrece varias ventajas sobre los modelos de conectividad analítica comunes, incluyendo una base teórica en la teoría de paseos aleatorios y la capacidad de evaluar las contribuciones de múltiples vías de dispersión. Los paisajes se representan como superficies conductoras, con bajas resistencias asignadas a los hábitats más permeables al movimiento o que mejor promueven el flujo genético, y altas resistencias asignadas a hábitats con baja dispersión o a barreras al movimiento. Las resistencias efectivas, las densidades de corriente y los voltajes calculados en los paisajes pueden relacionarse con procesos ecológicos, como el movimiento individual y el flujo genético. [ 47 ]

Graphab

Graphab es una aplicación de software dedicada al modelado de redes de paisajes. Se compone de cuatro módulos principales: construcción de grafos, incluyendo la carga de los datos iniciales del paisaje y la identificación de los parches y los enlaces; cálculo de las métricas de conectividad a partir del grafo; conexión entre el grafo y un conjunto de datos de puntos externos ; e interfaz visual y cartográfica. Graphab se ejecuta en cualquier ordenador compatible con Java 1.6 o posterior (PC con Linux, Windows, Mac...). Se distribuye gratuitamente para uso no comercial. [ 48 ]

Véase también

Referencias

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  • Circuitscape
  • Cono para sensinode
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