Ecología del Paisaje y las Métricas para su Cuantificación

Justamente, cuando yo terminaba mi tesis doctoral en ecología del paisaje en 1986, esta disciplina comenzó a popularizarse y extenderse en el mundo académico occidental. La proliferación de SIG (sistemas de información geográfica), así como la mayor accesibilidad y detalle de las imágenes satelitales ayudaron poco después a elaborar índices numéricos que yo había calculado como un “machaca” utilizando tediosos procedimientos manuales, como lo es el planímetro entre otros. En consecuencia, he decidido acudir a un trabajo publicado en español (es decir a este lado del charco en castellano) recientemente (2006) con vistas a detallaros los índices más usados en la actualidad, si bien he echado algunos en falta como la lacunaridad. El estudio más concretamente es el siguiente, y podéis bajároslo libremente de Internet pinchando en el título. Agradezco a los autores de la Universidad de Gerona su esfuerzo de síntesis y os lo recomiendo para quien desee profundizar más en la materia.

 

Conceptos y métodos fundamentales en ecología del paisaje (landscape ecology). Una interpretación desde la geografía

Josep Vila Subirós; Diego Varga Linde; Albert Llausàs Pascual y Anna Ribas Palom

Universitat de Girona. Unitat de Geografia i Institut de Medi Ambient (2006). Publicado en: Doc. Anàl. Geogr. 48, 2006 151-166

 

 

 

Fanciful Landscape-1834-Thomas Doughty.

Fuente: Wikimedia

 

Sin embargo, cabe señalar que debido también al auge y accesibilidad de los análisis digitales de imágenes, podemos también analizar paisajes microscópicos o crípticos, como lo es el suelo. Por ejemplo, en este último caso haciendo uso de láminas delgadas o a ser posible de tomografías. Sin embargo, también se pueden estudiar paisajes más ultrafinos como los obtenidos a escala manométrica (ver este post sobre el mapa de un agregado del suelo) Ya hablaremos de ello (dentro de las limitaciones que padezco de estas tecnologías que, cuando trabajaba personalmente en la matera, se encontraban fuera de mi alcance).

 

Por lo que he podido observar, con mis amigos expertos en SIG, topografía y geodesia (y especialmente gracias a Rufino Pérez, de la UPM) muchos (o como mínimo bastantes) de estos índices se encuentran ya incluidos en sus software, o pueden obtenerse fácilmente a partir de otras aplicaciones que albergan. En este post, utilizando el tipo de letra de este impresentable administrador tan solo realizaré algunos comentarios previos al estudio aludido de los investigadores de la Universidad de Girona. Como veréis Vila y colaboradores, han dejado las denominaciones de los índices en la lengua del imperio (suahili) y lo considero como una decisión acertada, por cuanto en caso contrario, cada experto los traduciría a su manera y caeríamos en un atractor caótico del tipo Torre de Babel que dificultara la búsqueda de información adicional sobre los mismos. Para los que no dominéis este exótico idioma, basta con señalar que con un diccionario no tardaréis mucho más que si lo manejáis a la perfección. Conviene también que leáis los post divulgativos que ya hemos escrito en esta bitácora sobre ecología del paisaje, así como los relacionados con diversidad, conectancia, complejidad y fractales en la categoría que acabo de subrayar.  Bueno pues vamos allá, no sin antes pediros permiso con vistas a incluir paisajes de grandes pintores en lugar de otros reales.

 

Como podréis ver más abajo Josep y colaboradores dividen los índices para le descripción del paisaje  por dos caminos. En primer lugar nos hablan de los objetos de estudio, diferenciando en tres categorías o niveles, a saber:

 

  • Nivel del paisaje (conjunto del espacio geográfico estudiado)
  • Nivel de fragmento (cuantificación de cada una de las estructuras de cada elemento previamente clasificado del paisaje)
  • Nivel de clase (cuantificación de las estructuras agrupadas en cada una de las categorías previas en las que se clasificó el paisaje).

 

Por tanto, podemos indicar que los análisis se realizan tras una clasificación previa de los elementos que conforman un paisaje. ¿Pero hablamos tan solo de paisajes? En realidad podemos decir que sí, si entendemos tal concepto en un sentido muy amplio. Por ejemplo, tales análisis pueden llevarse a cabo sobre mapas o cartografías previamente realizados sobre recursos naturales muy dispares (geología, vegetación, suelos, etc.). Del mismo modo, tales índices también son aplicables a paisajes estimados a diferentes escalas, desde la manométrica hasta la global. Y aquí es, por ejemplo en donde podemos analizar si existen invarianzas a los cambios de escala, es decir la presencia de estructuras fractales, aspecto sobre el que más énfasis he realizado en mis estudios sobre suelos. Nótese que el índice fractal que describen los autores da cuenta de la tortuosidad de cada fragmento (irregularidad de la forma), no de la búsqueda de leyes de escala. Del mismo modo, la comparación de los patrones paisajísticos extraídos de cartografías de diferentes recursos  nos permitiría estudiar si existen regularidades en la forma en que estos ocupan el espacio, aspecto que también puede ser de gran relevancia cuando se trabaja desde la perspectiva de las ciencias de complejidad. Más concretamente, se trataría de averiguar si existen leyes de organización espacial muy generales que trascienden a las propiedades intrínsecas de cada recurso debido a que ellos obedecen a pautas más generales, es decir a grandes familias de sistemas no lineales, con independencia de los procesos concretos que determinan la estructura de cada uno por separado. Por ejemplo, es obvio que las fueras que generan un paisaje geológico son distintas a las que dan lugar a uno de vegetación (si bien la última depende en parte de la primera).

 

 

 

Vicent Van Gogh Landscape of Auvers-after-the-Rain

 

Por otro lado, trabajar con cartografías resulta un tanto más ambiguo, pero también interesante, ya que las pautas y patrones de los mapas pueden obedecer a:

 

·         La naturaleza del recurso estudiado y/o

·         Patrones cognitivos que se usan subconscientemente a la hora de representar espacialmente los diferentes recursos.

 

Justamente en esta línea, junto con colegas de la USDA, nos percatamos que tales patrones cognitivos existen por lo que si se sustrae la leyenda de cartografías diferentes (por ejemplo, de litología suelos y vegetación) no podríamos a menudo discernir cual de ellas tenemos ante la vista. Si adicionalmente, si tal hecho ocurre a diferentes escalas, nos encontramos con un dilema: ¿analizamos lo que observamos directamente o un  producto cognitivo innato a nuestros sistemas de representación espacial?. Pero sigamos.

 

Seguidamente los investigadores aludidos dividen los índices para la cuantificación formal del paisaje en cinco categorías, a saber:

 

  1. Índices de área, superficie, densidad y variabilidad
  2. Índices de forma
  3. Índices de ecotono y hábitat interior
  4. Índices de distancia, vecindad y conectividad
  5. Índices de diversidad del paisaje

Los primeros son los más básicos, aunque no por ello menos interesantes para muchos propósitos. En general nos ofrecen una primera imagen de la estructura del paisaje y su fragmentación general. Los segundos informan de las topologías del paisaje y sus unidades, lo cual resulta dar un paso adelante, ya que dan cuenta de sus morfologías. Por su parte, los índices de ecotono y hábitat interior pueden ser de gran interés para muchos propósitos. Suele ocurrir que en cada fragmento o unidad el interior y el exterior atesoren diferentes atributos. Uno de los ejemplos más fáciles de explicar deviene de un clásico de esta disciplina: la biología de la conservación. Cuando deseamos conservar bosques isla en un mar de paisajes agrarios debemos tener en cuenta que los ambientes nemorales (es decir los típicos de un bosque en se sentido más estricto) tan solo pueden darse en fragmentos que exceden un cierto umbral de tamaño. Los pequeños no suelen dar lugar a que se generen los microclimas característicos de los bosques, siendo a menudo formas de vegetación arboladas que carecen de la mayor parte de las propiedades ambientales requeridas para la aparición de especies genuinamente nemorales. Pero lo mismo ocurre en otros ámbitos. Ya mostramos en este post, por ejemplo, lo peligroso que puede resultar intentar tipificar un paisaje de suelos abriendo las calicatas o zanjas en sus márgenes debido al efecto de borde. Información al respecto aplicada al ámbito de le ecología del paisaje podéis encontrarla por ejemplo en este y este documento (artículos publicados en la Revista Ecosistemas).

 

 

 

Landscape at Blainville
1902. Oil on canvas.Private collection

 

Del mismo modo, los índices de distancia, conectividad y vecindad son importantes debido a que aportan una mayor información sobre la estructura del conjunto y algunos aspectos de vital importancia en su dinámica y función. Por ejemplo, en el campo de la biología de la conservación, a demás del tamaño y forma resulta muy importante cuantificar la distancia entre los diferentes fragmentos así como su conectividad, dado que recogeremos información valiosa a cerca de la viabilidad a que las especies sobrevivan y viajen (ellos o sus propágulos) entre los diferentes elementos a preservar por su valor ecológico. Dicho desde el extremo opuesto, nos ayudan a calcular o predecir el grado de supervivencia-extinción de los taxa. Desde este punto de vista, cabe señalar que si la primera es esencial con vistas a la conservación de la biodiversidad, la segunda también lo es a la hora de intentar erradicar especies que han generado una plaga mediante ingeniería paisajística. No hablaremos de los índices de diversidad por cuanto os hemos escrito sobre ellos hasta la sociedad en los post incluidos en nuestra categoría “diversidad, complejidad y fractales”. En otro post futuro ya os comentaremos porqué tales herramientas son muy importantes en edafología, como por ejemplo con vistas a caracterizar la porosidad y permeabilidad de un suelo, es decir de sus propiedades para retener los recursos hídricos. Os dejo ya sin más dilación con la clara y breve descripción de estos índices por Vila et al.

 

 

Los métodos cuantitativos

Los resultados de la aplicación de métodos cuantitativos en ecología del paisaje se agrupan en los denominados «índices de paisaje» (landscape metrics). Los índices de paisaje aportan interesantes datos numéricos sobre la composición y la configuración de los paisajes, la proporción de cada cubierta del suelo o la superficie y la forma de los elementos del paisaje. Además, los índices de paisaje permiten una útil e interesante comparación entre distintas configuraciones paisajísticas, la misma área en distintos momentos temporales o la definición de escenarios futuros (Gustafson, 1998).

 

Los métodos cuantitativos en ecología del paisaje son aplicables a un triple nivel (McGarigal y Marks, 1995; Botequilha y otros, 2006):

 

a) A nivel de fragmento (patch level). Los cálculos se aplican a cada fragmento individualmente. Es el nivel adecuado, por ejemplo, para determinar cual es el fragmento de mayor superficie entre todos los representados.

 

b) A nivel de clase (class level). Los cálculos se aplican a cada conjunto de fragmentos de la misma clase, es decir, a aquéllos que tienen el mismo valor o que representan el mismo tipo de uso del suelo, hábitat, etc. Es el nivel apropiado para calcular cual es la superficie que ocupa una determinada cobertura del suelo, como podrían ser los bosques, o cual es la extensión media ocupada por los fragmentos de bosque.

 

c) A nivel de paisaje (landscape level). Los cálculos se aplican al conjunto del paisaje, es decir, a todos los fragmentos y clases a la vez. El resultado nos informa del grado de heterogeneidad o de homogeneidad del conjunto del área que se ha cuantificado.

 

Se pueden diferenciar cinco grandes tipos de índices de paisaje (McGarigal y otros, 1995; Botequilha y otros, 2006):

 

Índices de área, superficie, densidad y variabilidad. Un tipo de índices centrado en las características de dimensión y en el número de fragmentos que conforman el área de estudio. Nos permite disponer de una primera aproximación general a las características morfológicas de un determinado paisaje. Cabe destacar los siguientes índices:

 

Area. Calcula el área correspondiente a cada uno de los fragmentos, es un índice básico para la determinación de muchos otros.

 

Class Area. Calcula el área correspondiente al conjunto de fragmentos que constituyen una clase determinada.

 

Total Landscape Area. Calcula el área que ocupan el conjunto total de fragmentos, es decir, el área correspondiente a todo el territorio representado.

 

Number of Patches. Número de fragmentos totales y número de fragmentos de cada clase.

 

Patch Density. Número de fragmentos de cada clase por unidad de superficie.

 

Mean Patch Size. Relación entre el área ocupada por una clase y el número de fragmentos correspondientes a aquella clase.

 

Patch Size Standard Deviation. Medida de la variabilidad de tamaños de los fragmentos.

 

 

Índices de forma. Como específica su nombre, están fundamentados en las características de forma de los fragmentos que constituyen un determinado paisaje. Este tipo de cálculos se basa en la relación entre área y perímetro, y facilita la comprensión de este factor fundamental a nivel morfológico y funcional. Entre esta tipología de índices, cabe destacar los siguientes:

 

Shape Index. Calcula la complejidad de la forma de los fragmentos en comparación con una forma estándar, como sería la circunferencia en el entorno vectorial o el píxel en el entorno raster. Aplicable tanto a nivel de fragmento, de clase o de paisaje.

 

Mean Shape Index. Calcula la forma media a nivel de clase y de paisaje.

 

Landscape Shape Index. Calcula la relación entre área y perímetro para el conjunto del paisaje.

 

Fractal Dimension. Calcula el grado de complejidad de cada fragmento a partir de la relación entre área y perímetro.

 

Índices de ecotono y hábitat interior. Permiten hacer cálculos sobre la amplitud del ecotono, o hábitat de borde, en relación con el hábitat interior. En el caso del ecotono, es preciso determinar una amplitud que será diferente en función de las propias características ambientales de cada fragmento y el contraste en relación con el fragmento o los fragmentos colindantes. El hábitat de interior se considera fundamental para la presencia y el mantenimiento de fauna y flora especialista, es decir, más exigente en sus requerimientos ecológicos, mientras que el hábitat de borde facilita la presencia de especies generalistas (Forman y Godron, 1986; Forman, 1995). Entre estos índices, cabe destacar los siguientes:

 

Perimeter. Perímetro del conjunto de fragmentos.

 

Total Edge. Perímetro del ecotono a nivel de clase o del conjunto del paisaje.

 

Edge Density. Perímetro del ecotono en relación con la superficie del paisaje.

 

Total Edge Contrast. Contraste del ecotono de un fragmento en relación con el ecotono correspondiente a un fragmento colindante.

 

Core Area. Superficie de hábitat interior correspondiente a cada fragmento.

 

Total Core Area. Superficie de hábitat interior correspondiente a nivel de clase o de paisaje.

 

Core Area Percent of Landscape. Porcentaje del paisaje ocupado por hábitat interior a nivel de clase.

 

Core Area Index. Porcentaje de hábitat interior a nivel de fragmento.

 

Índices de distancia, vecindad y conectividad. Estos índices calculan la distancia desde el hábitat de borde y ecotono de un fragmento hasta el fragmento más próximo al mismo tipo. Se trata de índices fundamentales para poder valorar el grado de aislamiento o conectividad existente entre los distintos fragmentos, partiendo de la base de que un mayor aislamiento implica una reducción de las posibilidades de albergar o mantener un mayor grado de diversidad biológica (Forman, 1995; Hilty, Lidecker y Merenlender, 2006). De esta tipología de índices, se pueden destacar los siguientes:

 

Nearest. Neighbor Distance. Distancia al fragmento de la misma clase más próximo.

 

Maximum Distance. Distancia al fragmento de la misma clase más alejado.

 

Proximitiy Index. Distancia al fragmento de la misma clase más próximo a partir de un determinado radio de búsqueda.

 

Mean Proximity Index. Proximidad media entre fragmentos de una misma clase a partir de un determinado radio de búsqueda.

 

Índices de diversidad del paisaje. Estos índices aportan información relevante para poder comparar distintos paisajes o la evolución de un paisaje en diferentes momentos históricos. Entre este conjunto de índices, cabe destacar los siguientes:

 

Shannon’s Diversity Index. Valora la diversidad paisajística, es decir, la heterogeneidad, a partir de la diversidad de fragmentos. Su valor absoluto no es muy significativo, pero es útil para comparar distintos paisajes o un mismo paisaje en distintos momentos temporales. Un índice inverso, tanto a nivel de cálculo como de interpretación, basado en la homogeneidad paisajística, es el denominado Shannon’s Evenness Index.

 

Simpson’s Diversity Index. Valora, a partir de probabilidades, la diversidad paisajística, es decir, la heterogeneidad. El valor representa la probabilidad que dos elementos seleccionados de forma aleatoria puedan ser diferentes. Así pues, cuanto mayor es su valor, superior es la diversidad paisajística o heterogeneidad. En este caso, también existe un índice inverso, tanto a nivel de cálculo como de interpretación, basado en la probabilidad de la homogeneidad paisajística, que es el denominado Simpson’s Evenness Index.

 

Existe una gran variedad de software desarrollado con la finalidad de cuantificar las características de la estructura del paisaje. Entre este distinto software, se puede destacar:

 

Fragstats: Creado el año 1995, fue desarrollado por el Dr. Kevin McGarigal y Barbara Marks en la Universidad estatal de Oregon. Funciona esencialmente en formato raster y es considerado el programa más completo por lo que se refiere a la diversidad y capacidad para desarrollar cálculos métricos. Se trata de un programa de acceso libre disponible en la red

(www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.html).

 

Grass: La primera versión apareció a principios de los años 80 y fue desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos y el Laboratorio para la Investigación de la Construcción. Funciona esencialmente en formato raster. Grass es un sistema de información geográfica que dispone de un módulo específico para el análisis de la estructura del paisaje denominado, en su última versión, Grass r.le. Version. Es de dominio público, si bien requiere del sistema operativo Unix o Linux (http://www.grass.itc.it/).

 

Patch Analyst: Creado en el año 1999 por Phil Elkie, Rob Rempel y Angus Carr, con financiación aportada por el Ministerio de Recursos Naturales de Ontario (Canadá). Éste es un programa más modesto que los anteriores, ya que se limita a calcular exclusivamente los principales índices de paisaje. Existe una versión que trabaja en formato vectorial y otra en formato vectorial/raster, funcionan como una extensión de ArcView y es de acceso libre en la red (flash.lakeheadu.ca/~rrempel/patch/).

 

V-Late. Creado el año 2003 por un equipo del Landscape and Resource Management Research Group, de la Universidad de Salzburg (Austria), dirigido por Dirk Tiede en el marco del proyecto de investigación europeo denominado SPIN (Spatial Indicators for Nature Conservation). Trabaja en formato vectorial y se presenta como una extensión de ArcGis. En este caso, también se trata de un programa de acceso libre disponible en la red (www.geo.sbg.ac.at/larg/vlate.htm).

 

 

Juan José Ibáñez         

 

 

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Comentarios

quisiera mas informacion sobre el uso y aplicaciones de metriecas en paisaje… graxxxxx , esta chido este post…

Hola Juanjo Jose, Felicidades por el artículo,

Me he introducido un poco en el analisis de variables paisajisticas, y me gustaria conocer más en profundidad.

Para la ecologia del paisaje es fundamental la evaluacion de la heterogeneidad y la homogeneidad, y me gustaria conocer cuales serian las métricas que representarian estos conceptos.

Muchas gracias.

Muchas gracias por este artículo!Me ha sido de gran ayuda y muy aclaratorio

excelente

excelente muy bueno

Gracias por la información

[...] del tribunal que la juzgó. Por aquél entonces comenzaba a calar en España la novedosa ciencia de la ecología del paisaje, procedente de EE. UU., de la mano de Fernando González Bernáldez (UAM). Sin embargo, no debemos [...]

Muy buen aporte, pero quisiera saber si ofrecen cursos virtuales para manejar los programas que se menciona en este blog, fragstats, patch analys, V-late, entre otros. Conocer los indices de fragmentacion de un paisaje, su grado de severidad ayudara a realizar gestiones para su mitigacion de impactos.

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