clase 8_ cuantificacion del paisaje 09

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
Premisa
Procesos
ecológicos y
sociales
Difíciles de medir a
grandes escalas
Configuración
Funcionamiento
Patrón espacial
Interacción entre
fuerzas físicas,
bióticas y sociales
Actividades
humanas
Mosaico cambiante en el
tiempo y en el espacio
Comparación
Cuantificación de los cambios en su
estructura
Cuantificación de la estructura
Cálculo de índices que midan la estructura o el
patrón espacial
Estas herramientas permiten:
Comprender
Describir
Interpretar
modificar
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
Paisajes (región)
Ecosistemas, tipos de uso
de la tierra, ambientes
(paisaje)
Los elementos se clasifican en clases o
categorías cuya naturaleza depende de la
variable representada
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 paisajes
Tipos de vegetación
Zonas climáticas
Clases o categorías ⇒ leyenda del mapa
Fragmentos
Distintas categorías, forma, tamaño y
configuraciones variables
Inmersos en una matriz o conformando un
mosaico donde la matriz no sea identificable
fácilmente
Conectados por su cercanía o por corredores
Configuración 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 espacial
Representan variables derivadas de otras
mediciones
Para comparar espacios geográficos
diferentes
Para identificar cambios en secuencias
temporales
Se 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
Desarrollo de los SIGs
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 Lausch
2001).
Para Rutledge (2003) su uso tiene un valor descriptivo
y sirven para comparar patrones entre paisajes.
Indices o métricas
acrónimos en los índices son:
i y j: categorías
ki y kj: cantidad de elementos de las categorías
iyj
m: 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)
Mapa temático en formato de grilla
Columnas
Mapa temático
1 2 3 4 5 6 7 8
JUNCAL
BOSQUE
Filas
PAJONAL
Celda (Pixel)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Raster:
La rasterización de un mapa vectorial es un
proceso crítico ⇒ cambios en el patrón
espacial ⇒ ruptura de parches o unión de
otros muy disímiles
Importancia de usar un tamaño de celda
adecuado; En gral.: tamaño inferior a la mitad
del tamaño más chico de parche en el mapa
vectorial
Criterio de asignación de una celda
Verificación 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 grupos
Los 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 mismos
 el 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
descriptivos
Etapa 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 borde
Forma
Área interior
Aislamiento
Contraste
Intrincación
Conectividad
Diversidad
Índices de paisaje:
• Variables directas
Número de parches
Área total por clase
Proporción (contenido del área estudiada)
Superficie de cada parche
Perímetro (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:
Promedio
Promedio ponderado por el área
CV
DS
Mediana
Rango
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/área
Dimensión 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 aislamiento
Tanto 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 energía
Una textura entremezclada beneficia a
especies multihábitat y probablemente
incremente la biodiversidad del mosaico
Se 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
estudio
ID=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 categoría
Riqueza o cantidad de tipo de parche
Equidad 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
proceso
Poca información de campo ⇒solo
permiten plantear hipótesis
Los 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 erróneas
Se recomienda que la selección debe
responder a una hipótesis acerca del
patrón y los posibles factores
responsables del mismo