Cuantificación de la fragmentación del paisaje y su relación con Sustentabilidad

Transcripción

1 Cuantfcacón de la fragmentacón del pasaje y su relacón con Sustentabldad (Measurement of the landscape fragmentaton and ts relaton wth sustanablty) Bad, M. H. y J. Landeros * Resumen. Este trabajo enfoca sobre las dferentes meddas dsponbles para cuantfcar el grado de la fragmentacón del hábtat. Se menconan las dferentes métrcas de la composcón del pasaje y la confguracón espacal. Tambén se presentan las cnco métrcas más relevantes para el cálculo de la pérdda y la fragmentacón del hábtat, como meddas de extensón, subdvsón, la geometría, el contraste y la conectvdad del hábtat. La fragmentacón del hábtat consttuye el mayor resgo a la sustentabldad. Palabras claves: Fragmentacón, metapoblacón, sustentabldad Abstract. Ths paper focuses on dfferent metrcs used for measurng habtat fragmentaton. Dfferent measures for the habtat composton and confguraton are hghlghted. Furthermore, the fve most relevant measures for the calculaton of habtat loss and habtat fragmentaton are noted. These metrcs nclude the measurements of habtat extenson, subdvson, geometry, contrast, and connectedness. Habtat fragmentaton consttutes the greatest rsk to sustanablty. Key words: Fragmentaton, metapopulaton, sustanablty Introduccón La fragmentacón y la pérdda del hábtat productva es el prmer jnete de Apocalpss ambental y por tanto, consttuye la peor amenaza en lo que se refere a la pérdda de bodversdad y los recursos bótcos (Bad y Ruvalcaba, 2006, Bad y Abreu, 2006). Como consecuenca de la fragmentacón, un hábtat se fractura y se dvde en varos fragmentos o slas y la capacdad productva de estas slas en comparacón con la del hábtat orgnal, normalmente e hstórcamente, se dsmnuye, salvo la relacón entre las fuentes y los resumderos y la estructura y la composcón de los corredores bológcos (Bad et al, 1999). Exsten una extensa cantdad de métrcas para cuantfcar los patrones espacales y confguracón del pasaje, y aunque programas como FRAGSTATS (McGargal y Marks, 1995, McGargal et al., 2002) las calculan de manera rápda, la comprensón de dchas métrcas es ndspensable para su correcta utlzacón y análss (Gergel y Turner, 2002). Para lograrlo a contnuacón se detallan las métrcas más báscas ncluyéndose ejemplos. Métrcas de la composcón del pasaje. Proporcón (p ) del pasaje. La proporcón ocupado por el -ésmo tpo de fragmento es la más fundamental de las meddas y es calculada como sgue: 26

2 p = Número total de celdas de la categoría Número total de celdas en el pasaje * Domnanca (D) (O Nell et al. 1988). Se puede calcular como: D = ln( S) + [ p ln( p )] ln( S) Donde, S es el número de tpos de cobertura, p, es la proporcón del -ésmo tpo de cobertura. Los valores van de 0 a 1; los cercanos 1 ndcan un pasaje domnado por uno o varos tpos de cobertura, mentras que los cercanos a 0 ndcan que las proporcones de cada tpo de cobertura son cas guales. * Equtatvdad de Shannon (SHEI) (Pelou, 1975). Puede calcularse como: SHEI = [ p ln( p )] ln( S) Donde, S es el número de tpos de cobertura, p es la proporcón del tpo de cobertura -ésmo. Sus valores can desde 0 a 1; aquellos cercanos a 1 ndcan que las proporcones de cada tpo de cobertura son cas guales, mentras que los cercanos a 0 ndcan que el pasaje se encuentra domnado por uno o unos pocos tpos de cobertura. Ejemplo (Cardlle y Turner, 2002): A partr de la Fgura 1, calcule las métrcas prevamente descrtas para ambos pasajes. 27

3 Fgura 1 Tpo de Cobertura (Fgura 1, Early Settlement) n p ln(p ) p *ln(p ) Bosque Agrcultura Urbanzacón ln(3) ( 0.933) D = = ( 0.933) SHEI = = Tpo de Cobertura (Fgura 1, Post settlement) n p ln(p) p*ln(p) Bosque Agrcultura Urbanzacón ln(3)

4 Métrcas de Confguracón Espacal ( 1.091) D = = ( 1.091) SHEI = = * Tamaño promedo del fragmento (MPS). Es smplemente la meda artmétca de cada fragmento de un tpo de cobertura dado. A menudo es calculado para cada tpo de cobertura como sgue: MPS m k = = 1 m A k Donde, m= número de fragmentos para los cuales la meda se está calculando y A k = área del fragmento k-ésmo. * Borde. El número total de bordes en un pasaje es calculado contando los bordes entre los dstntos tpos de cobertura para todo el pasaje. Cada borde en el pasaje es contado sólo una vez. Los cálculos de borde son a menudo utlzados para calcular proporcones borde-área. Por ejemplo, el borde lneal total en un pasaje puede ser dvddo por el área del pasaje para obtener dcha proporcón. Tambén se pueden calcular por tpo de cobertura o por fragmentos ndvduales. * Probabldad de adyacenca (q,j ). Es la probabldad de que una celda del tpo de cobertura es adyacente a la celda del tpo de cobertura j. Esta métrca es sensble a una escala fna de dstrbucón espacal y se calcula como sgue: q, j = n, j n Donde, n,j =número de adyacencas entre las celdas del tpo de cobertura y el tpo de cobertura j, y n =número total de adyacencas por tpo de cobertura. Los valores van de 0 a 1, donde los más altos ndcan un tpo de cobertura altamente agregado, mentras que los bajos ndcan que el tpo de cobertura tende a encontrarse aslado. Las probabldades de adyacenca son a menudo reportadas en una matrz SxS denomnada como matrz Q. * Contago (C). O Nell et al. (1988) utlza los valores de la matrz Q para calcular un índce del grado total de agrupamento en el pasaje. La ecuacón es la sguente: 29

5 1+ [ ( p q, j ) ln( p q' j )] j C max Donde, q.j= probabldades de adyacenca defndas anterormente, y C max =2*ln(S), lo cual da el máxmo valor del índce para un pasaje con S tpos de cobertura. Los valores van de 0 a 1, donde un valor alto ndca patrones agrupados de tpos de cobertura, mentras que uno bajo ndca un patrón dsperso. Ejemplo (Cardlle y Turner, 2002): A partr de la Fgura 2, calcule las métrcas prevamente descrtas. Fgura 2 Ak k = MPS = 1 m Tpo de No. Tamaño promedo del fragmento No. de Proporcón Cobertura Fragmentos (MPS) bordes borde:área Bosque 1 15/1= /5=1 Agrcultura 3 7/3= /7=1.857 Urbanzacón 2 3/2= /3=2 n, j q, j = n m 30

6 Bosque Agrcultura Urbanzacón Bosque 19/15= /15= /15=0.364 Agrcultura 11/13= /13= /13=1.54 Urbanzacón 4/6= /6= /6=.166 p q j p *q j ln(p *q j ) (p *q j )*ln(p *q j ) BB AB UA BA AA UA BU AU UU [ ( p q, j ) ln( p q' j )] j C max C max =2*ln(S) = = Para análss más complejos donde la utlzacón de programas computaconales son ndspensables, McGargal et al. (2005) recomendan las sguentes métrcas para la cuantfcacón de la pérdda y fragmentacón del hábtat, en base a los sguentes componentes espacales prncpales. 1) Extensón del habtat. Representa la cobertura total en área del hábtat de nterés en el pasaje, y es una medda smple de composcón del pasaje, representada por las sguentes métrcas: * Porcentaje de pasaje. Porcentaje del pasaje compuesto del hábtat de nterés: Donde, P equvale a la proporcón del pasaje ocupado por el tpo de fragmentos - ésmo; a j, es el área (m 2 ) del fragmento j-ésmo; y A es el área total del pasaje (m 2 ). 31

7 %LAND se acerca a 0 cuando el tpo de fragmento correspondente se vuelve cada vez más raro en el pasaje. %LAND = 100 cuando todo el pasaje está compuesto de un solo tpo de fragmento. %LAND equvale a la suma de las áreas (m 2 ) de todos los fragmentos del tpo correspondente, dvddo por el área total del pasaje (m 2 ), multplcado por 100 (para la conversón a porcentaje). * Porcentaje de área núcleo del pasaje compuesto por el hábtat de nterés. C%LAND equvale a la suma de las áreas núcleo de cada fragmento (a j, en m 2 ) del tpo de nterés, dvddo por el área total del pasaje (A, en m 2 ): C%LAND se aproxma a 0 cuando el área núcleo del tpo de fragmento correspondente (clase) se vuelve cada vez más raro en el pasaje, debdo a fragmentos más pequeños o formas de fragmento más ntrncadas, o ambas. C%LAND se aproxma a 100 cuando todo el pasaje consste de un solo tpo de fragmento y el ancho de borde especfcado se aproxma a 0. 2) Subdvsón del hábtat. Tene que ver con el grado en el cual el hábtat ha sdo separado en fragmentos, no como el tamaño, forma, localzacón relatva, o arreglo espacal de dchos fragmentos. Debdo a que estos últmos atrbutos son regularmente afectados por la subdvsón, es dfícl aslar la subdvsón como un componente separado. Las mejores métrcas para lograr su medcón son las sguentes * Número de fragmentos. NP equvale al número de fragmentos del tpo correspondente en el pasaje. * Densdad de fragmentos. PD equvale al número de fragmentos del tpo correspondente, dvddo por el área total del pasaje, multplcado por 10, 000 y 100 (para convertr a 100 ha.) * Agrupamento. Una medda útl de la subdvsón del área está dada por el índce de agrupamento (CLUMPY), el cual mde el grado en el cual el hábtat de nterés está agregado o agrupado dada su parea total. CLUMPY (Gardner y O Nell, 1991) es calculado a partr de la matrz de adyacenca, la cual muestra la frecuenca a la cual, dferentes pares de tpos de fragmentos aparecen juntos unos de otros en el mapa. 32

8 Donde, g es el número de adyacencas smlares entre píxeles del fragmentos tpo, g k es el número de adyacencas entre píxeles de fragmentos tpo y k; mn e = perímetro mínmo (en número de de superfces de celda) del fragmento tpo para una clase máxmamente agrupada, y P es la proporcón del pasaje ocupado por el fragmento tpo. La fórmula es contngente a partr de G y P debdo a que el valor mínmo de G tene dos formas que dependen de P. Específcamente, cuando P 0.5, G = 0; sn embargo, cuando P 0.5, G = 2P -1. Dada cualquer P, CLUMPY equvale a -1 cuando el tpo de fragmento de nterés está dsgregado al máxmo; equvale a 0, cuando está dstrbudo al azar, y se acerca a 1, cuando está agregado al máxmo. * Grado de Dvsón del Pasaje. Jaeger (2000) presentó un nuevo conjunto de índces que mden la subdvsón del hábtat desde un punto de vsta geométrco y que son calculados a partr de la funcón acumulada de la dstrbucón. DIVISION equvale a la probabldad de que dos lugares elegdos al azar dentro del pasaje bajo estudo no estén stuados en el msmo fragmento de hábtat contguo. Por lo tanto, conforme el hábtat se vuelva cada vez más subdvddo en parches pequeños, la probabldad aumenta. 3) Geometría del fragmento. Está relaconada drectamente con el carácter espacal de los fragmentos de hábtat. * Índce de Área Núcleo. El CAI es báscamente una tasa borde-nteror como muchos índces de forma (McGargal et al., 2002), la prncpal dferenca es que trata al borde como un área de ancho varable y no como una línea (perímetro) alrededor de cada fragmento. 33

9 CAI equvale al área núcleo del fragmento (m 2 ) dvddo por el área total del fragmento (m 2 ) multplcado por 100. CAI=0 cuando CORE=0 (esto es, cada lugar dentro del fragmentos está dentro de la dstanca de borde especfcada desde el perímetro del fragmento); esto es, cuando el fragmentos no contene área núcleo. CAI se aproxma a 100 cuando, el fragmento, debdo a su tamaño, forma y ancho de borde, contene prncpalmente área núcleo. CAI puede ser promedado para todos los fragmentos del hábtat de nterés (con peso por área del fragmento) para proveer un índce del área total núcleo (TCAI): * Índce de Forma. SHAPE equvale al perímetro del fragmento (p j, en m), dvddo por la raíz cuadrada del área del fragmento (a j, en m 2 ); puede ajustarse por medo de una constante para el estándar crcular (Vector) o el estándar cuadrado (Raster): * Índce de Densdad de Borde. ED equvale a la suma de las longtudes (e k, en m) de todos lo segmentos de borde de los fragmentos del hábtat de nterés, dvddo por el área total del pasaje (A, en m 2 ), multplcado por 10, 000 (par convertr a hectáreas) 34

10 4) Contraste. * Índce de contraste de borde. EDGECON equvale a la suma de las longtudes de los segmentos de borde de los fragmentos (pjk, en m) multplcados por sus pesos de contraste correspondentes (dk), dvddos por el perímetro total del fragmento (pj, en m), multplcado por 100 (para convertr a porcentaje) 5) Aslamento del hábtat. Se relacona explíctamente con el contexto especal y temporal de los fragmentos de hábtat, más que con el carácter espacal de los fragmentos en sí. El aslamento es meddo por el grado de contraste (ej. la magntud de las dferencas en uno o más trbutos entre tpos de fragmentos adyacentes) entre el hábtat de nterés y los fragmentos vecnos. * Índce de Smltud. SIMILAR es una medda a nvel fragmento de la smltud del vecno (McGargal et al., 2002). Consdera el tamaño y la proxmdad de todos los fragmentos, a pesar de la clase, cuyos bordes se encuentran dentro de un rado específco de búsqueda del hábtat de nterés. Donde, a js es el área (m 2 ) del fragmento js dentro de la vecndad específca (m) a partr del fragmento de nterés; d k es la smltud (coefcente entre 0-1) entre el fragmento de nterés (tpo ) y el fragmento k-ésmo dentro de la vecndad especfcada; y h js es la dstanca (m) entre el fragmento de nterés y el fragmentos vecno js, basado en la dstanca borde-a borde del fragmento. SIMILAR puede ser promedado entre todos los fragmentos de la clase de nterés (con peso por área) para proveer de una medda a nvel clase: SIMILAR-AM equvale a 0 s todos los fragmentos al rededor de los fragmentos de hábtat de nterés tenen un coefcente de smltud de cero (máxmos contrastes). 6) Conectvdad del hábtat. Integra todos los componentes anterores e nvolucra tanto el componente estructural (contnudad) y el componente funconal (conectvdad). 35

11 * Longtud de correlacón. Una medda útl de contnudad o conectvdad estructural del hábtat, es el índce de longtud de correlacón (CLI, Kett et al., 1997), la cual se derva del rado del gro del fragmento (GYRATE), como sgue: Donde h jr es la dstanca (m) entre la celda jr (localzada dentro del fragmento j) y el centrode del fragmento j (la localzacón promedo), basado en la dstanca de centro a centro de las celdas; y z es el número de celdas en el fragmento j. GYRATE equvale a la dstanca meda (m) entre cada celda en el fragmento y el centrode del fragmento y representa la dstanca meda que un organsmo puede moverse y permanecer dentro de los límtes del fragmento. El índce de longtud de correlacón es calculado como promedo de gracón del rado del fragmento con peso de área (GYRATE_AM), como sgue: donde a j es el área del fragmento j. CLI equvale a 0 cuando el hábtat consste de fragmentos de una sola celda e ncrementa conforme el fragmento ncrementa su extensón. Fragmentos largos y prolongados extenddos sobre un mayor espaco proveen de una mayor conectvdad al hábtat. * Índce de Capacdad de Cruce. Es una medda útl de la conectvdad funconal del hábtat (TRAVERSE), basada en la dea de resstenca ecológca (McGargal et al., 2002). La premsa es que un organsmo hpotétco que se está dspersando desde una celda de hábtat de nterés en una vecndad altamente cruzable puede alcanzar una gran área con un mínmo de cruces por celdas hostles. Donde, t jr es el area casco menor alrededor de la celda r-ésma en el fragmento del tpo de nterés (), z es el número total de celdas en el tpo de fragmento de nterés 36

12 (); y tmax es el máxmo costo mínmo de área casco alrededor de una celda del fragmento de nterés () dad una resstenca mínma. TRAVERSE equvale a 0 cuando el hábtat de nterés consste de fragmentos de una o más celdas rodeados de tpos de fragmento hostles que prevenen cualquer movmento (que funconan como barreras). TRAVERSE equvale a 100 cuando el hábtat de nterés es rodeado por tpos de fragmento de resstenca mínma. Conclusones Tenemos que admtr que la pérdda y la fragmentacón del hábtat productvo es realmente un problema de máxmo magntud en lo que se refere al estado de salud del medo ambente. La fragmentacón sucede tanto de manera natural, es decr, por los ngeneros de ecosstemas, como por el papel drecto del hombre. Los ngeneros de ecosstemas son todos los organsmos que por la vrtud de realzar sus actvdades vtales para sobrevvr y reproducr (apttud ecológca) ocasonan alteracones en la geometría del pasaje. El ngenero número uno es obvamente, el Homo sapens. Los castores consttuyen el número dos en este sentdo, y hay presas hechas por ellos que todavía son funconales y datan de más de 1000 años, por ejemplo en Canadá. El papel del hombre esta caracterzado por las actvdades de urbanzacón, agrcultura y ndustralzacón que modfcan grandemente la escala espacal. Estos cambos en los hábtats productvos, claramente, reducen la capacdad de la produccón de los msmos, y por consecuenca, generan un mpacto negatvo de suma magntud sobre la capacdad de los recursos a responder a las necesdades del consumo de la humandad. Una vez convencdos del gran relevanca de la fragmentacón, lo que queda es promover programas para el manejo raconal de los hábtats con la mra haca la dsmnucón del mpacto negatvo de la fragmentacón. Esto, obvamente, requere de la medcón centífca, en el prmer paso, del grado de la fragmentacón, para después, poder conducr programas de mejoramento de los pasajes afectados. Es por esto, que en este artículo, presentamos las dferentes meddas que se utlzan para la cuantfcacón de la pérdda y la fragmentacón del hábtat. Referencas Bad, M. H. y J. L. Abreu Metapoblacón, conservacón de recursos y sustentabldad. Daean, 1(1): Bad, M. H. y I. Ruvalcaba Fragmentacón del hábtat: el prmer jnete de Apocalpss. Caldad Ambental, XII(3): Bad, M. H., A. E. Flores, H. Quróz y R. Foroughbakhch Metapoblacón; teoría y aplcacón. Cenca UANL, II(2): Cardlle, J. A. y M. G. Turner Understandng Landscape Metrcs I. En: Gergel, S. E. y M. G. Turner (eds). Learnng Landscape Ecology. A Practcal Gude to Concept and Technques. pp: Sprnger-Verlag New York, Inc. Gardner, R. H. y R. V. O'Nell Pattern, process and predctablty: the use of neutral models for landscape analyss. En M. G. Turner y R. H. Gardner (eds.). Quanttatve methods n landscape ecology. pp: Sprnger-Verlag, New York. Gergel, S. E. y M. G. Turner Learnng Landscape Ecology. A Practcal Gude to Concept and Technques. Sprnger-Verlag New York, Inc. 316 pp. Jaeger, J.A.G Landscape dvson, splttng ndex, and effectve mesh sze: new measures of landscape fragmentaton. Landscape Ecology 15:

13 Kett, T. H., D. L. Urban, y B. T. Mlne Detectng crtcal scales n fragmented landscapes. Conservaton Ecology 1(1):4. McGargal, K., y B. J. Marks FRAGSTATS: spatal pattern analyss program for quantfyng landscape structure. U.S. For. Serv. Gen. Tech. Rep. PNW-GTR pp. McGargal, K.; S. Cushman; y C. Regan (envado). Quantfyng terrestral habtat loss and fragmentaton: a protocol. USDA Gen. Tech. Rep. Rocky Mountan Regon. 115 pp. McGargal, K., S. A. Cushman, M. C. Neel, y E. Ene FRAGSTATS: Spatal Pattern Analyss Program for Categorcal Maps. Computer software program produced by the authors at the Unversty of Massachusetts, Amherst. Dsponble en: O Nell, R. V.; J. R. Krummel; R. H. Gardner; G. Sughara; B. Jackson; D. L. DeAngels, B. T. Mlne; M. G. Turner; B. Zygmunt; S. Chrstensen; V. H. Dale y R. L. Graham Indces of landscape pattern. Landscape Ecology 1: Pelou, E. C Ecologcal Dversty.Whley-Interscence. New York. *Acerca de los autores El Dr. Mohammad Bad es Profesor e Investgador de la Unversdad Autónoma de Nuevo León. San Ncolás, N. L., Méxco, mhbad@yahoo.com.mx El Dr. J. Landeros es Profesor e Investgador de la UAAAN, Saltllo, Coah. 38