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 (los arreglos físicos de la perturbación y/o parches) como la conectividad funcional (el movimiento de individuos a través de contornos de perturbación y/o entre parches). [4] [5] La conectividad funcional incluye la conectividad real (requiere observaciones de movimientos individuales) y la conectividad potencial en la que las rutas de movimiento se estiman utilizando los datos de la 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 se refiere a la topología de las características del paisaje y no a los procesos ecológicos. [7]
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 calidad 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 los elementos del paisaje evitan el aislamiento absoluto que permite a los organismos moverse entre parches de hábitat". [9] Nueve años después, Merriam y sus colegas revisaron la definición al "grado en que el paisaje impide o facilita el movimiento entre parches de recursos". [1] Aunque esta definición sin duda se ha convertido 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) lo definieron como "el grado en que los paisajes regionales, que abarcan una variedad de tipos de cobertura terrestre natural, seminatural y desarrollada , son propicios para el movimiento de la vida silvestre y para sostener los procesos ecológicos " [11] . Por lo tanto, aunque ha habido muchas definiciones de conectividad del paisaje en los últimos 30 años, cada nueva descripción enfatiza un elemento tanto estructural como conductual del concepto de conectividad del paisaje. El componente físico se define por la configuración espacial y temporal de los elementos del paisaje ( forma del relieve , cobertura del suelo y tipos de uso del suelo ), y el componente conductual se define por las respuestas conductuales, de organismos y/o procesos, a la disposición física del paisaje. elementos. [12] [13] [8]
La pérdida y fragmentación del hábitat se han vuelto omnipresentes en los paisajes naturales y modificados por el hombre, lo que tiene 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 sólo 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 es uno de los muchos problemas de la biogeografía y la biología de la conservación. [16] Los patrones de biodiversidad y 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 los individuos, las poblaciones y las comunidades a través de las 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 entre 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 procesos abióticos como el agua, la energía y el movimiento de materiales dentro y entre los ecosistemas. [11]
Dentro de su área de distribución o territorio , la mayoría de los animales deben moverse diariamente entre múltiples parches de hábitat primario para buscar alimento y obtener todos los recursos que necesitan. [11]
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 sitio de 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]
Es el movimiento que ocurre una vez 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 las poblaciones. [25]
Es el movimiento impredecible de individuos o poblaciones hacia nuevos lugares de hábitat adecuado debido a una perturbación ambiental. Las perturbaciones importantes, como los incendios, los desastres naturales, el desarrollo humano y el cambio climático, pueden afectar la calidad y distribución de los hábitats y requerir el movimiento de especies a nuevos lugares de hábitat adecuado. [11]
Movimiento de especies en áreas típicamente utilizadas por el hombre. Estos incluyen cinturones verdes , sistemas de senderos recreativos, setos y campos de golf . [11]
Preservar o crear conectividad paisajística se reconoce cada vez más como una estrategia clave para proteger la biodiversidad, mantener ecosistemas y poblaciones de vida silvestre viables y facilitar el movimiento y la adaptación de las poblaciones de vida silvestre frente al cambio climático . [26] El grado en que los paisajes están conectados determina la cantidad total de movimiento que tiene lugar dentro y entre las poblaciones locales. Esta conectividad influye en el flujo de genes , 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] Dado que la pérdida y fragmentación del hábitat deteriora 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]
Dado que la definición de conectividad del paisaje tiene un componente tanto físico como de comportamiento, la cuantificación de la conectividad del paisaje es, en consecuencia, específica de cada organismo, proceso y paisaje. [1] Según (Wiens & Milne, 1989), el primer paso en el proceso de cuantificación de la conectividad del paisaje es definir el hábitat específico o red de hábitats de las especies focales 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 a la variedad de elementos del paisaje, a través de sus comportamientos de movimiento a escala fina (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 de comportamiento ante el riesgo de mortalidad de los elementos del paisaje, incluidas las barreras y los bordes del hábitat. [8]
Las redes paisajísticas 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 rango pequeño y distancias de dispersión cortas y los grandes tendrán un rango mayor y distancias de dispersión largas. En resumen, esta relación puede ayudar a escalar y construir redes de paisaje basadas en el tamaño del cuerpo de los mamíferos. [33]
Para muchos organismos, particularmente 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 lo tanto, a veces es posible cuantificar la conectividad potencial de los organismos marinos a través de modelos basados en procesos, como las simulaciones de dispersión de larvas. [36]
Aunque la conectividad es un concepto intuitivo, no existe una única métrica de conectividad que se utilice de manera consistente. Las teorías de la conectividad incluyen la consideración tanto de representaciones binarias de la conectividad a través de " corredores " y "vínculos" como de 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]
La conectividad generalmente puede describirse como un gráfico o red, es decir, un conjunto de nodos (que posiblemente representan poblaciones discretas o sitios de muestreo) conectados por bordes (que describen la presencia o fuerza de la conectividad). [40] Dependiendo del tipo de conectividad que se describa, esto podría variar desde un simple gráfico no dirigido y no ponderado (con bordes que quizás representen la presencia o ausencia de una especie compartida), hasta un gráfico dirigido , ponderado , en capas o temporal (con bordes quizás representando flujos de individuos a través del tiempo). Representar la conectividad como un gráfico suele ser útil, tanto para fines de visualización como de análisis de datos. Por ejemplo, los algoritmos de teoría de grafos se utilizan a menudo para identificar poblaciones centrales que mantienen la conectividad (centralidad de intermediación), [41] o grupos de poblaciones con una intraconectividad fuerte y una interconectividad débil (optimización de la modularidad). [42]
Existen varias estructuras de datos para almacenar y operar con datos de gráficos. [43] De particular interés son las representaciones de matrices, a menudo llamadas matrices de conectividad para matrices bidimensionales (como suele ser el caso de gráficos sin variabilidad temporal). Por ejemplo, la conectividad potencial media en el tiempo entre un conjunto de poblaciones podría representarse como una matriz , donde cada elemento proporciona la capacidad de dispersión de una población a otra . [44] Muchos modelos ecológicos se basan en esta representación matricial. Por ejemplo, el producto de la matriz puede representar la probabilidad de dispersión de una población a otra a lo largo de pasos de dispersión y, cuando se combina con otros procesos demográficos, los valores propios de pueden representar la tasa de crecimiento de la metapoblación . [45]
Normalmente, la forma "natural" de conectividad 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 mediante 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 las perturbaciones son percibidas y respondidas de manera diferente por diferentes organismos y procesos ecológicos. Esta variedad de respuestas es una de las partes más desafiantes al intentar representar la conectividad en el modelado espacial. Normalmente, los modelos de conectividad más precisos son para especies/procesos individuales y se desarrollan en base a información sobre la especie/proceso. [46] Hay poca, y a menudo ninguna, evidencia de que los modelos espaciales, incluidos los descritos aquí, puedan representar la conectividad para las muchas especies o procesos que ocupan muchos paisajes naturales. Los modelos basados en perturbaciones se utilizan como base para las representaciones binarias de la conectividad como caminos/corredores/vínculos a través de paisajes que se describen a continuación.
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 de genes y la planificación de la conservación. La teoría de circuitos ofrece varias ventajas sobre los modelos analíticos de conectividad comunes, incluida una base teórica en la teoría del paseo aleatorio y la capacidad de evaluar las contribuciones de múltiples vías de dispersión. Los paisajes se representan como superficies conductoras, con bajas resistencias asignadas a hábitats que son más permeables al movimiento o que mejor promueven el flujo de genes, y altas resistencias asignadas a hábitats de mala dispersión o a barreras de movimiento. Las resistencias efectivas, las densidades de corriente y los voltajes calculados en los paisajes pueden luego relacionarse con procesos ecológicos, como el movimiento individual y el flujo de genes. [47]
Graphab es una aplicación de software dedicada al modelado de redes paisajísticas. Se compone de cuatro módulos principales: construcción de gráficos, incluida 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 gráfico; conexión entre el gráfico y el conjunto de datos de puntos exógenos; Interfaz visual y cartográfica. Graphab se ejecuta en cualquier ordenador que admita Java 1.6 o posterior (PC con Linux, Windows, Mac...). Se distribuye de forma gratuita para uso no comercial. [48]
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