Cuantificación de la estructura del paisaje

y de la región

Cuantificación de la estructura

Reducir la complejidad de la configuración espacial a unos

pocos valores numéricos o índices

Estructura del paisaje o la región

Interacción entre fuerzas físicas,

bióticas y sociales

Procesos ecológicos y

sociales

Premisa

Actividades humanas

ConfiguraciónFuncionamientoPatrón espacial

Difíciles de medir a grandes escalas

Mosaico cambiante en el tiempo y en el espacio

Cuantificación de los cambios en su estructura

Comparación

Cuantificación de la estructura

Cálculo de índices que midan la estructura o el patrón espacial

Estas herramientas permiten:

ComprenderDescribirInterpretarmodificar

Fenómenos espaciales

Cuantificación de la estructura

Cambios temporales o espaciales de los patrones

Relaciones entre patrones y procesos

Cuantificación de la estructura

Permite inferir los tipos de procesos ecológicos o económicos, su operatividad y su grado de

eficacia en el diseño de un territorio

Una porción de territorio está conformada por elementos

Los elementos se clasifican en clases o categorías cuya naturaleza depende de la

variable representada

Paisajes (región)Ecosistemas, tipos de uso de la tierra, ambientes (paisaje)

Ejemplos:Mapa de suelos: e.g., tipos de suelo, cant. de MO, salinidad, etc.Mapa de usos de la tierra: tipos de uso o de cobertura (urbano, agrícola, etc.)Tipos de paisajesTipos de vegetación Zonas climáticas

Clases o categorías ⇒ leyenda del mapa

Fragmentos

Distintas categorías, forma, tamaño y configuraciones variablesInmersos en una matriz o conformando un mosaico donde la matriz no sea identificable fácilmenteConectados por su cercanía o por corredoresConfiguración espacial compleja o formando grandes parches con bordes simples

Índices o métricas de paisaje

Una métrica describe la estructura espacial de un paisaje en un tiempo determinado.

Se utilizan como herramientas para caracterizar la geometría y las propiedades espaciales de un parche (una entidad espacialmente homogénea)

o un mosaico de parches (Ahern 2001)

Índices o métricas de paisaje:

Son medidas del mosaico espacialRepresentan variables derivadas de otras mediciones Para comparar espacios geográficos diferentesPara identificar cambios en secuencias temporalesSe pueden aplicar a territorios con tamaños diferentes y siempre y cuando haya heterogeneidad ambiental

Índices o métricas de paisaje:

Han adquirido importancia porque miden propiedades de la estructura del mosaico, lo cual es importante en muchas problemáticas ecológicas (fragmentación, conectividad, etc.).Permiten sugerir causas y consecuencias en relación con la integridad ecológica del mosaico.

Índices de paisaje:

Enfoque funcional: se analiza el patrón en relación con un proceso dado (e.g., sucesión, dinámica poblacional, flujo de nutrientes, etc.) ⇒ o sea, se analiza la evolución del patrón en función de ese proceso.

1968

1978

1990

1995

Proceso de sucesión primaria

Uso desmedido de métricas o índices

Polémicas sobre su validez y aplicabilidad (Li y Wu 2004)

Su utilidad depende de la consistencia entre las métricas y los objetivos e hipótesis del trabajo y la calidad de los datos (Matteucci 2004; Herzog y Lausch2001).Para Rutledge (2003) su uso tiene un valor descriptivo y sirven para comparar patrones entre paisajes.

Desarrollo de los SIGs

Indices o métricas

acrónimos en los índices son:i y j: categoríaski y kj: cantidad de elementos de las categorías i y jm: cantidad total de categorías en el área de estudio

Formas de cuantificar:

• A través de las mediciones de polígonos (vector)

Formas de cuantificar:

• A partir del conteo de pixeles (raster)

JUNCAL

PAJONAL

BOSQUE

1 2 3 4 5 6 7 8123456789Celda (Pixel)

Columnas

Fila

s

Mapa temático en formato de grilla

Mapa temático

Raster:

La rasterización de un mapa vectorial es un proceso crítico ⇒ cambios en el patrón espacial ⇒ ruptura de parches o unión de otros muy disímilesImportancia de usar un tamaño de celda adecuado; En gral.: tamaño inferior a la mitad del tamaño más chico de parche en el mapa vectorialCriterio de asignación de una celdaVerificación de la imagen raster con la vectorial

Clasificación de los Índices:

En función de 3 niveles jerárquicos: elemento, clase y mosaico. Se calculan a partir del conteo de pixeles en mapas rasterizados o de sup. y per. de polígonos en mapas vectoriales ⇒describen la composición del mosaico.Se computan a partir del conteo de contactos entre pixeles ⇒miden el grado de entremezclado de las clases en el mapa.Dan información sobre la estructuración de las categorías o de la estructura global del paisaje y dan un único valor para toda el área de estudio.

Clasificación de los Índices:

No todos los índices se expresan en los tres niveles jerárquicos (parche, clase y mosaico). Algunos representan propiedades emergentes de un nivel dado, como ocurre con la diversidad y con la equidad o dominancia, que solo tienen sentido a nivel de mosaico.

Clasificación de los Índices: 2 grandes gruposLos que reflejan la estructura del paisaje (composición de los parches que lo componen) y miden características tales como proporción, riqueza, dominancia y diversidad.

E.g.: área, número y proporción de clases (Mc.Garigal y Marks 1995); diversidad (como el de índice de Shannon- Weaver y el de Simpson; Mc.Garigal y Marks 1995, Gustafson 1998). Estos últimos no son espacialmente explícitos y no miden ni reflejan la geometría o la ubicación geográfica de los parches.

Clasificación de los Índices: 2 grandes grupos

Consideran la configuración o distribución física de los parches en la matriz del paisaje y están relacionadas con:

la distribución espacial, el tamaño y la forma de los parches,

la cantidad de los mismosel tipo de borde y el contraste entre bordes. Otras métricas incluidas miden la posición relativa

de distintos tipos de parches con respecto a otros, como por ejemplo, las métricas de vecindad, contagio e interdispersión.

Evolución de las métricas (Rutledge 2003)Década del 80: proliferación ⇒ intentar evaluar procesos ecológicos; énfasis en aspectos descriptivosEtapa de reevaluación ⇒ se lleva a cabo un análisis más profundo, encontrándose que muchas de ellas presentaban una alta correlación (Ritters et. al.1995). Tercera etapa, de redirección a partir del año 2000 ⇒ se busca desarrollar métricas que estén relacionadas con procesos ecológicos y considerar al patrón como parte del proceso mismo.

Índices de paisaje:

Propiedades de los bordes ⇒ det. velocidad de movimiento de energía, materia y especies a través o a lo largo de los mismos

Fuente: Matteucci 2004

Clasificación de los Índices:

Área y bordeFormaÁrea interiorAislamientoContrasteIntrincaciónConectividadDiversidad

Índices de paisaje:• Variables directas

Número de parchesÁrea total por claseProporción (contenido del área estudiada)Superficie de cada parchePerímetro (representa el borde el parche). A nivel de clase o mosaico expresa el grado de fragmentación.

Índices de paisaje:Variables de desviación: • Evalúan el grado de desviación de cada una

de las medidas del parche de interés en relación con el valor promedio de cada medida para la clase o para el mosaico

• Pueden servir para elegir un parche representativo de una clase dada

Índices de paisaje:A nivel de clase y de mosaico:

PromedioPromedio ponderado por el áreaCVDSMedianaRango

e.g., Tamaño promedio de parche: si es pequeño, el paisaje se encontrará fragmentado.

Índices de área interior:Tamaño del interior de un parche (sup. total –sup. del borde)Superficie central del fragmento (aquella zona que está alejada al menos por 1 píxel del borde)

Índices de forma (la forma afecta a los procesos ecológicos):La forma da una idea del origen del parche Miden la geometría de los parches (simples y compactos vs irregulares y entreverados)

Índices de forma:Relación perímetro/áreaDimensión fractal (mide la irregularidad del borde)Desviación respecto a una forma euclidiana (circunferencia, rectángulo)

En general, a > valor del índice, > complejidad en la forma del parche.

Índices de forma:Radio de giro: distancia promedio entre todos los pixeles y el centroide del parche

• En un parche de 1 píxel el índice = 0. El índice se incrementa si: a) ↑área manteniendo la forma; b) manteniendo el área, a medida que se aleja de una forma euclidiana

A nivel de clase o mosaico, el radio de giro constituye una medida de la conectividad

Índices de forma:

Fuente: Matteucci 2004

Índices de forma:Índice de linealidad: describe las características lineales de un parche. Se basa en que parches alargados tienen su eje medio más cerca del borde que parches rectangulares de igual superficie.

Fuente: Matteucci 2004

Índices de forma:Índice de círculo circundante: Se basa en la razón entre el área del parche y el área mínima circunscripta alrededor del mismo.ICC = 1-(a/A); ICC=0 para parches circulares

Fuente: Matteucci 2004

Índices de aislamiento:Evalúan el grado de aislamiento entre parches de una misma clase. Es una consecuencia de la fragmentación. El aislamiento junto con la reducción del tamaño de los parches disminuye las posibilidades de persistencia de las spp.

Índices de aislamiento:Distancia euclidiana al vecino más cercano (distancia en línea recta de un parche al similar más cercano)

n´ ∑hij j=1 MNN=

n´i Donde:hij = distancia desde el parche i al parche vecino más cercano del mismo tipo j (clase), tomando dicha distancia de borde a borde de ambos parches.MNN es igual a la suma de las distancias al parche vecino más cercano dividido por el numero total de parches de esa clase. Este índice toma valores mayores a cero sin un límite superior.

Índices de aislamiento:Distancia euclidiana al vecino más cercano: La distancia estructural más corta puede no ser la distancia ecológica más corta...... ⇒ conviene medir la dist. de < costo y para ello es necesario conocer la resistencia de la matriz al organismo o flujo focal.

A

B

A

B

Índices de aislamiento:Indice de proximidad (se plantea un radio de busqueda):

Toma valores ≥0. 0= un parche no tiene parches vecinos del mismo tipo dentro del radio de búsqueda especificado. El valor ↑ a medida que el vecindario ocupado por parches vecinos (en el radio de búsqueda especificado) ↑en cantidad de parches del mismo tipo y se vuelven más contiguos (o menos fragmentados) en su distribución. El límite superior está afectado por el radio de búsqueda y la distancia mínima entre parches.

Índices de aislamientoTanto la distancia al vecino más cercano (MNN) y el Índice de Proximidad (PI) calculan la distancia relativa entre parches de la misma clase y dan información de cuán conectado está el paisaje

Índices de intrincación:Evalúan la textura del mosaico o sea el grado de agregación o entremezclado del mosaico. Un mosaico intrincado ⇒parches más pequeños y entremezclados ⇒efecto sobre la dinámica de las poblaciones y los flujos de materiales y energíaUna textura entremezclada beneficia a especies multihábitat y probablemente incremente la biodiversidad del mosaicoSe pueden agrupar en 3 categorías:

Índices de intrincación:Basados en el conteo de adyacencias

% de adyacencias similares: Se puede calcular a nivel de clase (mide el grado de agregación del tipo de parche focal) o de mosaico (mide el grado de agregación de todas las clases)

El valor mínimo = 0 ⇒ desagregación máxima ⇒ cada píxel es un parche de tipo diferente y no existen

adyacencias similares. El valor tiende al máximo si predominan las adyacencias

entre pixeles del mismo tipo; esto es, hay un solo parche grande y compacto de cada tipo.

Índices de intrincación:Basados en el conteo de adyacencias

Índice de contagio: mide el grado de agregación de los pixeles de igual categoría y por lo tanto es una medida de agregación de todas las clases. Se consideran las adyacencias similares sin importar a que parche pertenecen ni cuantos parches hay en el mosaico

Mosaicos con parches grandes y compactos ⇒ valores altos del índice; manteniendo constante la cantidad y el tamaño

de los parches, si estos son de formas irregulares e interdigitados, el valor es bajos porque hay menor

cantidad de adyacencias similares.

Índices de intrincación:Basados en las longitudes de contacto

Índice de intercalación:Se basa en el contacto entre parches y no entre pixeles. Refleja solo el entremezclado de tipos de parches y no el aglutinamiento de las clases. Parte de analizar la proporción de longitud entre 2 parches y se puede analizar a nivel de clase (parche focal vs el resto) y mosaico (todos los contactos disímiles).

Índices de intrincación:Basados en las áreas de los parches

Índice de división: Mide el grado de subdivisión de una clase en muchos parches. Está influido por la cantidad y tamaño de los parches. Se basa en la proporción de cada parche respecto al área total.

ID = 1 - Σ (ai/A)2

ID=0 ⇒ hay un solo parche de ai que cubre toda el área de estudioID=1 ⇒ no hay parches ai en el paisaje

Índices de diversidad:Reúne un conjunto de índices que no son

espacialmente explícitos ya que describen la composición del mosaico en términos de:Prop. de territorio que ocupa una categoríaRiqueza o cantidad de tipo de parcheEquidad o tasas de distribución de los parches entre las categorías,

independientemente de la configuración espacial de los mismos. Solo tienen sentido a nivel de mosaico

Limitaciones del uso de índices:No garantizan la predicción entre patrón y procesoPoca información de campo ⇒solo permiten plantear hipótesisLos valores son sensibles a la escala, la cantidad de categorías y los criterios para definir bordes y distancias. El tipo de formato del mapa puede influir sobre los valores obtenidos.

Limitaciones del uso de índices:Todos los índices provienen de unas pocas variables medidas en el mapa sometidas a distintos algoritmos ⇒redundancia (alta correlación)Falta de un conocimiento teórico respecto al comportamiento de los índices en respuesta a los cambios en el patrón ⇒interpretaciones erróneasSe recomienda que la selección debe responder a una hipótesis acerca del patrón y los posibles factores responsables del mismo