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Paisaje y territorioComponentes, estructura y funcin. Modelos.
Ecologa de Sistemas I. Curso 08-09 A Gmez Sal
Elementos estructurales del paisaje
Burel y Baudry (2001)
Qu es una mancha? rea internamente homognea a la escala considerada;
diferente de lo que la circunda Piezas bsicas del mosaico del paisaje (tesela, patch,
fragmento) Sus caractersticas tienen importantes implicaciones
ecolgicas
Tamao
Forma
Nmero
Atributos de las manchas
Atributos del mosaico
ConfiguracinResidual
Antrpico
Dif. formaDif. tamaoDistancia Dif. origen
Regular Agregada Al azar
Spatial conceptsInterface of Empirical and Intuitive Knowledge (rational knowledge complemented with creative insights)
Essential Support for Proactive Planning
Can Structure and Inspire the Planning Process
(contenido, rejilla, interigitacin, segregacin, red -telaraa -, trama -urdimbre-, espontaneo)J. Arhem, 2008
Tipos de manchas
Forman (1995)
95 tipos de manchas de vegetacin:
Residual, remnant
Regeneracin Plantadas Ambiente natural
Perturbacin
Distinta facilidad para dispersin.
Clasificacin de las manchas segn su forma
Forman (1995)Natural Human-created
Abanico aluvial
Deslizamiento, avalancha
Barjanes
Bosque en galera
Incendio
Irrigacin pvot
Campo cultivado
Embalse
Forma de las manchas
Consecuencias de la forma:
Forma de las manchasForman (1995)
Posibles consecuencias de la forma
Forman (1995)
Tamao de las manchas
Molles (2006)
Microtus ochrogaster
9Estudio de Diffendorfer et al. (1995)
Tamao de las manchasForman (1995)
Qu es ecolgicamente mejor, una mancha grande o una pequea (LOS=large or small patch)?
Qu es mejor una mancha grande o varias pequeas (SLOSS= single large or several small patches)?
Smith y Smith (2007)
Implicaciones del tamao de las manchas Tamao de las manchas
Incendios, tornados y plagas pueden afectar a una mancha completa, pero es menos probable que devaste varias manchas
Desventaja ecolgica del movimiento entre manchas (ms problemas que en el interior de las manchas).
Es evidente que conocemos poco sobre los efectos ecolgicos del tamao de las manchas sobre los procesos ecosistmicos (Forman, 1995)
Hay que tener en cuenta otros aspectos, sociales, econmicos y otros (dimensiones valorativas, compromisos funcionales).
Tamao de las manchas y biodiversidad
Burel & Baudry (2002)
9Curvas riqueza-rea
Smith y Smith (2007)
Tamao de las manchas y biodiversidadBurel & Baudry (2002)9 Teora biogeogrfica de islas
n especies
La
La tasa de inmigracin de nuevas especies decrece a medida que aumenta el nmero de especies instaladas y que se aproxima al nmero de especies del continente. La tasa de extincin aumenta con el nmero de especies presentes. La funcin de inmigracin I es una curva cncava decreciente, al principio muy alta, despus baja a medida que se satura. Las curvas I y E varan con la distancia la continente y con la superficie de la isla. El equilibrio se alcanza cuando las tasas se igualan.
Conclusin:Las manchas grandes tienen ms especies que las pequeas
El rea es ms importante que el aislamiento, la edad de la mancha, y muchas otras variables al predecir el nmero de especies
Nmero de manchas Cuestin SLOSS (single large or several small
patches)? No hay acuerdo (Reese, 2001):
Plantas, invertebrados, reptiles y anfibios: varias islas pequeas tienen mayor diversidad de especies
Aves y mamferos: una gran mancha tiene mayor riqueza de especies. En el medio terrestre tienen importancia de los centros de isla (core). Aparecen lmites/periferias, que no se dan en las islas martimas.
Depende del espacio vital/area de campeo que necesitan
Nmero de manchasForman (1995)
Smith y Smith (2007)
Configuracin de las manchas
Disposicin de elementos espaciales en el territorio.
Los procesos ecolgicos de un territorio dependen de la configuracin espacial de sus elementos
Lmites y bordes Ecotono: zona de transicin entre dos
comunidades estructuralmente diferentes Borde: lugar donde se juntan dos o ms tipos
de vegetacin o de ecosistemas
Ruiz (1993)
Lmites y bordes Bordes y ecotonos
Actuacin humana Incendio
Avance del bosqueSmith y Smith (2000)
Lmites y bordes
Contraste en el borde, importante para aumentar la riqueza de especies
Smith y Smith (2000)
Efecto de borde Efecto de borde: Respuesta de los organismos a las
condiciones ambientales creadas por el borde. Posibilidades de aprovechar recursos ms variados. Complementariedad.
Diferente composicin y abundancia de especies
Especies de borde: se encuentran principalmente cerca del permetro de un elemento del paisaje
Lmites y bordes Relacin tamao de hbitat-especies de borde/interior
Smith y Smith (2000)
Bordes Caractersticas de los bordes:
Gran riqueza de especies animales y vegetales (generalistas o multihbitat)
Variadas e importantes funciones en el contexto territorial
Territorios de una especie de borde (Passerina cyanea) colorn azul
Funciones de los bordes de un paisaje
Hbitat Filtro (barrera) Conduccin Fuente Sumidero
Fragmentacin Divisin de elementos del paisaje en
fragmentos de menor tamao Prdida de hbitat y aislamiento de los
hbitats Proceso continuo y dinmico Anlisis usando dos fundamentos
tericos: Teora biogeogrfica de islas (MacArthur y Wilson,
1967) Teora de metapoblaciones (Levins, 1969)
Fragmentacin
Smith y Smith (2000)
Mgica et al. (2002)
Sm
Causas de la fragmentacin del paisaje
Expansin urbanstica y de infraestructuras
Procesos de industrializacin
Agricultura y silviculturaintensivas
Cambios de uso (matorralizacin tras abandono)
Consecuencias de la fragmentacinAlteracin del paisaje
PRDIDA HABITAT FRAGMENTACINPrdida de hbitat+disminucin
conectividad
Intacto90 hbitat destruido
Hbitat natural
Hbitat alterado
Disminucin conectividadAumento del efecto borde
Modelo de Hobbs y Wilson (1998) en Mgica et al. (2002)
Consecuencias de la fragmentacin
Prdida de hbitat Alteracin del patrn de fronteras Aislamiento de los fragmentos en el paisaje Aumento de la matriz Prdida de conectividad Dependencia de corredores Efecto de borde
Consecuencias de la fragmentacin
Atencin a la escala! Procesos ms afectados:
La dispersin de semillas La polinizacin de las plantas Las relaciones de depredador-presa La dispersin de parsitos y epidemias
Consecuencias de la fragmentacin
Amenaza la supervivencia de los organismos afectados:
Disminucin de la disponibilidad de superficie del hbitat: reduccin del tamao de las poblaciones
Reduccin de los fragmentos: aumento en la relacin permetro-superficie
Aislamiento de los fragmentos: dificultad de intercambio de individuos
Consecuencias de la fragmentacin
Disminucin de la superficie de hbitat natural en favor de usos antrpicos del territorio
Reduccin del tamao de los fragmentos, por la divisin de superficies ms o menos amplias en fragmentos de menor tamao (perjudicial para especies de interior)
Fragmentacin del paisaje en ambiente mediterrneo
Procesos de humanizacin del territorio (matorralizacin, adehesamiento, policultivos, terrazas /huertas, caadas) originan paisajes heterogneos
Ocasionalmente mayor diversidad que en sistemas sin manejo. Peroel significado de la diversidad debe ser interpretada en su contexto. Qu diversidad? Que especies?.
No se ha llegado al umbral de prdida de hbitat ni de ruptura de patrones horizontales de los ecosistemas (flujos hidrogeolgicos, procesos de acumulacin, transporte y sedimentacin, etc.)
Fase de paisaje salpicado o jaspeado(Mgica et al., 2002)
Fragmentacin y tamao y forma de las manchas
Los fragmentos mayores tienen poblaciones ms numerosas (mayor prob. de supervivencia despus de una perturbacin)
Los fragmentos alargados tienen ms longitud de borde
Relacin borde/interior: Tamao, forma y distribucin de los fragmentos
Fragmentacin y tamao y forma de las manchas
Smith y Smith (2000)
Elementos linealesElementos lineales
Definicin de elemento lineal (line, corridor)Tipos de elementos linealesAtributos y propiedades ecolgicas de los elementos linealesAplicaciones a la planificacin
Elementos lineales
Franja longitudinal que difiere del terreno adyacente en ambos lados
Concepto ambiguo: hbitat lineal o corredor sensustricto (funciones de conectividad)
Conectividad ecolgica (procesos en el paisaje/territorio). Corredor biolgico (para dispersin de especies).
Conceptos cientficos, distinguir bien de trminos populares como pasillo verde, va verde, etc.
Tipos de elementos lineales
Forman & Godron (1986)
Corredores lineales (linear corridor). Especies de borde
Corredores amplios. Franja (strip corridor). Ambiente interno.
Ros y riberas (stream corridor). Bordes de cursos de agua
Origen de los elementos lineales
De perturbacin (ferrocarril, carreteras)
Dependientes de las condiciones ambientales (cursos de agua)
Residuales (lneas de rboles en zonas desboscadas)
De regeneracin (reas verdes urbanas)
Plantados o introducidos (setos, lineas)
Atributos de los elementos lineales
Estructura interna
Forman (1995)
Funciones de los setos y otras lneas de vegetacin
Hbitat Corredores para
especies forestales Efecto barrera Refugio de fauna
silvestre Control biolgico de
plagas Gua para el snar Blanco (1993)
Funciones de las tapias y otras vallas
Efecto sobre fauna y flora poco documentado
Cortavientos, corta escorrenta, facilitan el crecimiento de vegetacin, dan lugar a setos
Barrera para el desplazamiento de ganado
Refugio de reptiles y micromamferos
Atributos de los elementos lineales
Estructura externa
Forman (1995)
Forman (1995)Forman (1995)Forman (1995)
Funciones de los elementos lineales
Funciones de las vas de comunicacin
Corredores para los procesos antrpicos Barrera para muchos procesos ecolgicos Corredores para el desplazamiento y
dispersin de especies Pueden originar la muerte de los animales en
las carreteras Aumento de erosin, sedimentacin y
deslizamiento de tierras cuando cambian la estabilidad de laderas
Forman (1995)
Funciones de las vas de comunicacin
Originan cambios en los flujos hidrolgicos y de erosin
Facilitan la distribucin, frecuencia e intensidad de las alteraciones de paisaje (incendios, basuras, furtivismo, etc.)
Pueden provocar la fragmentacin de hbitat forestales
Cortafuegos: efecto beneficioso del efecto barrera
Efecto borde: valores variables de distancia
Problemas de los corredores
La percepcin de un corredor depende de la especie
Corredores ms amplios disminuirn la probabilidad de que los depredadores encuentren a sus presas
Actan como conducto para la invasin de especies exticas o patgenos
Aplicaciones a la planificacin
Corredores ecolgicos Tres definiciones: estructural, funcional,
gestin Calidad visual del paisaje Accesibilidad a espacios naturales Puntos de paso Corredores discontinuos (stepping stones) Estudios a escala detallada de grano muy fino
Urban Sustainability Planning and Design Principles (Arhem,2008)
A) Hydrology: the integrating process, fundamental to sustainability, and (arguably) the primary generator of sustainable spatial form.
B) Connectivity: integrating and linking neighborhoods, communities and regions to counter fragmentation and support particular desirable functions (hydrology, wildlife movement, transportation,recreation).
C) Multiple Use: promotes spatial and economic efficiency, raises visibility, gains political support = capacity to resist pressure for land use change.
D) Learn-by-Doing: practice adaptive planning and design, through experimental design, monitoring, and continuous evaluation and adaptation.
Casco, Framework Concept(Van Buuren and Kerkstra 1993)
Green Infrastructure Integrated networks/systems of built and protected/managed urban ecosystems
that provide multiple, complementary functions in support of urbansustainability. (*Ahern, 2007)
Focus on the Built Environment (ecology IN, and ecology OF the city)
Integration Across Scales (metro - to neighborhood - to site)
Employs Full Suite of Strategic Approaches (protective, defensive, offensive andopportunistic)
Spatially Structured by Hydrology
Pickett,et al 2004. Resilient Cities: meanings, methods, Metaphor for integrating the ecological, socio-economic,, and planning realms. Ahern, J. 2007. Green Infrastructure for Cities: the Spatial Dimension
Matriz del paisaje Componente dominante de un mosaico
paisajstico
Forman (1995)
Forma de la matriz
Borde
Interior
40/60
25/75
Dinmica de la matriz Importantes implicaciones en el cambio del mosaico paisajstico Resistencia y heterogeneidad
Resistencia del paisaje: nmero de lmites por unidad de longitud de ruta
Heterogeneidad: depende de la escala
Forman (1995)
Dinmica de la matriz Resistencia de diferentes tipos de matriz o barrera al movimiento
de especies La resistencia al movimiento de especies es menor cuando
aumenta la cobertura de bosque
Mosaicos Definicin de mosaico Heterogeneidad del paisaje Causas de la heterogeneidad Propiedades de los paisajes heterogneos Cuantificacin de la heterogeneidad
Definicin de mosaico Patrn de teselas, elementos lineales y matriz,
cada uno compuesto de pequeos objetos agregados de manera parecida
El tamao medio de estos elementos define el grano del mosaico
En el paisaje, el contexto (elementos adyacentes, prximos y posicin) es ms importante que el contenido
Heterogeneidad del paisaje Dos componentes:
Diversidad de elementos paisajsticos Complejidad de sus relaciones espaciales
Importancia: Estructura y patrones espaciales del paisaje Flujo de organismos Intercambio de recursos Otros procesos ecolgicos
Burel & Baudry (
La heterogeneidad resulta de: Condiciones climticas, geolgicas y
edficas. Patrones topogrficos y biogeogrficos Historia de los usos del suelo Perturbaciones
Causas de la heterogeneidad del paisaje
Turner et al. (2001)
Causas de la heterogeneidad del paisaje
Causas de la heterogeneidad del paisaje
Perturbaciones: Crean teselas de diferente edad Algunas perturbaciones son extensas e
infrecuentes, otras son continuas y de pequea escala.
Perturbaciones naturales como el fuego Actividad humana: agricultura, construccin
de carreteras, etc. Se alteran el patrn natural de la heterogeneidad y tambin la dinmica de las teselas
Interaccin entre fuentes de heterogeneidad
Propiedades de los paisajes heterogneos
Determinadas formas de heterogeneidad facilitan la dispersin y movimiento de especies
Relacin entre heterogeneidad del paisaje y distribucin de la biodiversidad
La permeabilidad basada en un mosaico paisajstico puede alcanzarse bajo determinadas condiciones en paisajes heterogneos
Relacin entre heterogeneidad y fragmentacin Relacin entre heterogeneidad del paisaje y
rgimen de perturbaciones como el fuego
Propiedades de los paisajes heterogneos
Los ciclos de nutrientes y materiales pueden verse ralentizados en paisajes agrarios heterogneos
Una distribucin apropiada de teselas formando mosaicos de diferentes tipos de usos del suelo, favorece la acumulacin de biomasa formacin de suelos retencin de nutrientes control de la escorrenta asegura la conectividad entre poblaciones distantes
3 niveles (McGarigal et al., 2002: Fragstats): Tesela (mancha). Carcter espacial de teselas
individuales Clase. Cantidad y distribucin espacial de un tipo de
tesela. Puede ser interpretado como ndices de fragmentacin
Paisaje. Representa el patrn espacial del mosaico paisajstico. Interpretacin como ndices de heterogeneidad porque miden la estructura total del paisaje. Ejemplo: estudios de comunidades de animales salvajes
Cuantificacin de la heterogeneidad
Cuantificacin de la heterogeneidad
ndices del paisaje: algoritmos que cuantifican caractersticas espaciales concretas de teselas, clases de teselas o de todo el paisaje
Multitud de ndices disponibles en la literatura Dos categoras de ndices:
Cuantifican la composicin del mapa (no referencia a atributos espaciales)
Cuantifican la configuracin espacial del mapa (requieren informacin espacial para su clculo)
Tipo de ndice ndice
Composicin
ndice para medir la heterogeneidad Densidad media de una unidad
ndice para medir la diversidadAbundancia, riqueza, diversidad, equitatividad, dominancia, fragmentacin
Configuracin espacial
ndices para medir la interaccin entre vecinos
Aislamiento, contraste, interaccin, accesibilidad, dispersin, contagio, conectividad
ndices para medir el tamao y la forma
Tamao, forma, dimensin fractal
Cuantificacin de la heterogeneidad
Turner et al. (2001)
Cuantificacin de la heterogeneidad
Molles (2005)
9Ejemplo de Bowen y Burges (1981)Cuantificacin de la heterogeneidad
DinDinmica. Procesos y mica. Procesos y transferencias en el transferencias en el
paisajepaisaje
Procesos y transferencias/flujos en el paisaje
Perturbacin Fragmentacin Conectividad. Permeabilidad Procesos vectoriales (flujos de agua,
nutrientes, materiales) Aplicacin de la conectividad a las redes
de conservacin
Perturbacin Fragmentacin Conectividad. Dispersin y migraciones de
especies Flujos de agua, nutrientes y materiales
Procesos y flujos en el paisaje
Perturbacin Evento discreto que modifica la estructura de paisajes,
ecosistemas, comunidades y poblaciones Relacin con estructura y patrn espacial de teselas. Define el
destino de las teselas (tamao, duracin) Heterogeneidad espacial y temporal
Farina (1998)
Perturbacin La nieve controla la distribucin de
muchas especies vegetales, reduce la estacin de crecimiento
Su distribucin est condicionada por topografa y viento
Microtus nivalis
J.M. Nicolau
Perturbacin De origen antrpico:
Parecidas a las perturbaciones naturales Alta frecuencia: estrs para la vegetacin,
disminucin de cobertura vegetal, aumento de erosin
Perturbacin Pequeos claros en los bosques
Eventos locales Regeneracin: esencial para la estructura
de los bosques y mantener la diversidad de especies
Perturbacin
Animales: Pastoreo Pisoteo Deposiciones Hormigueros Topillos
Proceso continuo Considerar matriz y teselas Atributos espaciales que cambian
Aumento de densidad de teselas, distancia entre teselas, longitud de borde, corredores
Disminucin de tamao tesela, conectividad, relacin interior/borde, mximo tamao del centro de las teselas, rea total de interior
Fragmentacin 9 Efectos en las especiesAumento de aislamiento, n especies
generalistas, especies multihbitat, especies de borde, especies exticas, tasa de extincin
Disminucin de dispersin de especies de interior (especialistas), especies con amplia rea vital, riqueza de especies de interior
9 Efectos en los patrones y procesos
Aumento de dinmica de metapoblaciones y de endogamia
Disminucin de heterogeneidad de hbitat, tamao de teselas de perturbacin
Farina (1998)
Conectividad Capacidad del territorio para permitir el
flujo de una especie entre teselas con recursos (Taylor et al., 1993)
Conexiones entre hbitats, especies, comunidades y procesos ecolgicos a varias escalas espaciales y temporales
Permite flujos de agua, energa, nutrientes, perturbaciones, organismos y sus genes
Conectividad Propiedad del territorio para una
especie o conjunto de especies similares desde el punto de vista de sus requerimientos ecolgicos y capacidad dispersiva
Modelos matemticos que simulan flujos o desplazamientos en el paisaje (movimientos individuales, dinmica de metapoblaciones, etc.)
Conectividad En un SIG: mapas de distancias de coste
(esfuerzo o la dificultad que supone para una especie alcanzar cada punto del territorio desde los puntos de origen)
Rutas de mnimo coste entre dos puntos Caso singular de conectividad: territorios
complementarios
Escala, Conectividad,
Descriptores
Heterogeneidad
Dos tipos de patrones espaciales: disperso y agregado
Conectividad espacial y funcional, base para la gestin/conservacin
Dispersin de fauna.
La funcin de los elementos lineales depende del contexto geofsico y ecolgico. El territorio/paisaje no es homogneo. Entender y documentar los ecosistemas de cada zona.
Pasillos o barreras.
Mapa de distancias de costeMapa de resistenciasSastre et al. (2002)
Conectividad
Importancia de los elementos lineales
De Lucio et al. (2003)
Revegetacin de vas pecuarias
Restauracin de vegetacin de ribera
Restauracin de pequeos elementos del paisaje
Conectividad Territorios en profundo cambio:
Identificacin de umbrales crticos de aislamiento y fragmentacin para las especies
Soluciones para garantizar la conectividad Buscar la disposicin ptima de los
fragmentos residuales procurando su conexin
Interaccin entre ecologa del paisaje y biologa de la conservacin
Permeabilidad Propiedad ms general del paisaje referida
al mantenimiento de la conectividad para la totalidad de organismos que lo habitan
Depende de aspectos fsicos o estructurales del paisaje, de las caractersticas del flujo ecolgico y del propio tamao, comportamiento y movilidad de los animales (Taylor et al., 1993)
Transicin entre fragmentos. Fronteras y Ecotonos
Variables estructurales de un ecotono
Manejo adaptado
Cambios en valor natural y produccin
5 vectores: Viento Agua Animales voladores y terrestres Humanos
3 fuerzas conducen los vectores: Difusin Flujo masivo Locomocin
Molles (2005)
Flujos de agua, nutrientes y materiales
Flujos de agua, nutrientes y materiales
Viento y transporte pasivo de nieve, ruido, gases, partculas, etc.
Forman & Godron (1986)
Viento y locomocin Animales voladores
que buscan alimento, refugio de depredadores o pareja
Flujos de agua, nutrientes y materiales Flujos de suelo Menos visibles pero
muy importantes Flujos en superficie
(viento y agua) y debajo de ella (locomocin y agua) Fertilizantes (P y N),
pesticidas, compuestos nitrogenados del ganado, limo, arcilla, bacterias, esporas, calcio, etc.
Flujos de agua, nutrientes y materiales
Ejemplo: movimiento de N, P y C entre cultivos y bosque de ribera (Peterjohn & Correl, 1984)Mayor retencin de N en el bosque de
ribera (89%); slo 8% en campos cultivadosMayor retencin de P en el bosque de
ribera (80%)Agua subterrnea: predominante para el
flujo total de N entre cultivos y riberaAgua superficial: transferencia de P desde
cultivos a ribera
Flujos de agua, nutrientes y materiales
I
o
n
i
c
c
o
n
c
e
n
t
r
a
t
i
o
n
(
m
e
q
/
l
)
Forman & Godron (1986)
Noperturbada
Perturbada
Aplicaciones a las redes de conservacin
Los conocimientos tericos sobre conectividad y corredores pueden ayudar a la planificacin del territorio
Importancia para la definicin de redes de conservacin
Ejemplo: EECONET (Holanda y Blgica) Otro ejemplo: EEUU carcter
multifuncional de los espacios protegidos
Aplicaciones a las redes de conservacin
Criterios: Requerimientos de hbitat de especies clave Configuraciones paisajsticas apropiadas Importancia de las propiedades de los
elementos lineales del paisaje
Aplicaciones a las redes de conservacin
Ambiente mediterrneo:Condiciones ambientales + actuacin humana = Paisaje seminatural diverso y muy atractivo
Papel muy importante en las redes de conservacin de estos paisajes (reas de conexin y/o amortiguacin alrededor de las zonas mejor conservadas)
Criterios de evaluacin
Bibliografa Burel, F. y Baudry. 2002. Ecologa del paisaje. Conceptos, mtodos y
aplicaciones. Mundiprensa, Madrid. Farina, A. 1998. Principles and methods in landscapes ecology. Chapman
& Hall, Londres. Forman, R.T.T. 1995. Land mosaics. The ecology of landscapes and
regions. Cambridge University Press. Gergel, S.E. y Turner, M.G. (eds.). 2002. Learning landscape ecology.
Springer. Nueva York. Harms, W.B. y Opdam, P. 1990. Woods as habitat patches for birds:
application in landscape planning in the Netherlands. En Zonneveld, I.S. y Forman, R.T.T. (eds.), Changing landscapes: an ecological perspective. Springer-Verlag, New York, pp.73-97
Molles, M.C., Jr. 2006. Ecologa: conceptos y aplicaciones. McGraw-Hill. Sastre, P., de Lucio, J.V. y Martnez, C. 2002. Modelos de conectividad del
paisaje a distintas escalas. Ejemplos de aplicacin en la Comunidad de Madrid. Ecosistemas 2002/2 (URL: http://www.revistaecosistemas.net/)
Smith, T.M. y Smith, R.L. 2007. Ecologa. Pearson Educacin, Madrid