Incorporando la dimensión funcional de la biodiversidad a través de teledetección en ecología y conservación

Resumen:

La incorporación del funcionamiento de los ecosistemas y la diversidad funcional en la ecología y la conservación de la naturaleza es fundamental para promover la sostenibilidad y un espacio seguro para la humanidad. Hoy en día, numerosos acuerdos internacionales, como el Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB), se enfrentan al reto de salvaguardar los procesos ecológicos y las funciones de los ecosistemas que sustentan las múltiples facetas de la biodiversidad y los servicios ecosistémicos. De hecho, se demanda que variables que describen el funcionamiento de los ecosistemas definan las variables esenciales de la biodiversidad, un marco para coordinar los programas de vigilancia ambiental en todo el mundo. El funcionamiento de los ecosistemas es particularmente importante para el seguimiento y monitoreo de los cambios ambientales que afectan a la biodiversidad y los servicios de los ecosistemas. Para caracterizar el funcionamiento de los ecosistemas, pueden utilizarse múltiples técnicas basadas en teledetección, como la aproximación basada en tipos funcionales de ecosistemas (TFEs). Los TFEs pueden definirse como grupos de ecosistemas con una dinámica similar de intercambios de materia y energía entre la biota y el entorno físico.

Los TFEs pueden derivarse de descriptores biológicamente significativos (denominados Atributos Funcionales del Ecosistema - AFE), obtenidos de las curvas estacionales de los índices espectrales, y utilizados como subrogados de las funciones focales del ecosistema, por ejemplo, de la dinámica de la producción primaria, uno de los indicadores más esenciales e integradores del funcionamiento del ecosistema. El principal objetivo de esta tesis doctoral fue proporcionar un enfoque conceptual y metodológico basado en la teledetección para incorporar la dimensión funcional de la biodiversidad a nivel de ecosistema en la ecología y la biología de la conservación, mediante la aplicación del concepto de Tipo Funcional de Ecosistema (TFE).

Logramos este objetivo en cuatro pasos:

1) En primer lugar, aportamos pruebas empíricas basadas en datos de campo para la utilización de los TFEs obtenidos mediante teledetección como descriptores de la heterogeneidad regional en el funcionamiento de los ecosistemas, es decir, determinamos si los TFEs obtenidos mediante satélite son parches homogéneos de la superficie terrestre en términos de la dinámica de intercambio neto de ecosistemas (i.e. CO2).

2) En segundo lugar, mostramos cómo pueden utilizarse los TFEs para describir la heterogeneidad espacial y la variabilidad interanual del funcionamiento de los ecosistemas (es decir, los AFE y los TFE), la diversidad funcional de los ecosistemas (es decir, la riqueza y la rareza de TFEs) y la estabilidad funcional de los ecosistemas (variabilidad y disimilitud interanuales), y ponemos a disposición de la comunidad científica el conjunto de datos correspondiente.

3) En tercer lugar, ofrecemos una prueba de concepto sobre cómo utilizar TFEs para incorporar la heterogeneidad y la singularidad funcional de los ecosistemas en el establecimiento de prioridades geográficas en conservación.

4) Por último, también proporcionamos una prueba de concepto sobre cómo utilizar TFEs en las regionalizaciones biológicas para complementar las descripciones composicionales y estructurales de la biodiversidad. Los modelos teóricos y empíricos apoyan la relación entre los índices espectrales derivados de las imágenes satelitales (por ejemplo, el índice de vegetación mejorado -EVI-) y las variables esenciales del funcionamiento de los ecosistemas, como la producción primaria.

En esta tesis, identificamos TFEs a partir de tres descriptores de las curvas estacionales del EVI de MODIS/Terra (producto MOD13Q1): media anual (proxy de la producción primaria), coeficiente de variación estacional o desviación estándar (descriptores de la estacionalidad) y fecha del EVI máximo (indicador de la fenología). Los TFEs obtenidos mediante teledetección demostraron ser una clasificación funcional del ecosistema que puede informar sobre parches homogéneos en la superficie terrestre en términos de su dinámica de intercambio de CO2 medida en tierra. Dado que esta dinámica está relacionada con la producción primaria, una función central del ecosistema, los TFEs pueden utilizarse (como variables esenciales) para describir, evaluar y vigilar la heterogeneidad regional del funcionamiento del ecosistema (Capítulo I). Los TFEs también proporcionan un enfoque directo para caracterizar la diversidad espacial, es decir, la riqueza y la rareza de TFEs, y la estabilidad funcional, es decir, la variabilidad y la disimilitud interanual de TFEs, del funcionamiento de los ecosistemas para informar a la comunidad científica y a la administración de los patrones y tendencias de la diversidad funcional de los ecosistemas (Capítulo II). Además, los TFEs contribuyeron a reforzar y complementar las prioridades tradicionales de conservación geográfica basadas en la composición y la estructura de la diversidad biológica al incorporar la heterogeneidad y la singularidad de las funciones focales de los ecosistemas (Capítulo III). Por último, los TFEs nos permitieron comprender la relación entre las diferentes dimensiones de la biodiversidad en los ejercicios de regionalización ecológica, es decir, basados en la composición y la estructura de la biodiversidad (distribución de las especies, endemismos, tipos de vegetación) y en los patrones de funcionamiento de los ecosistemas (Capítulo IV). En general, la caracterización de los patrones espaciales y la variabilidad temporal del funcionamiento de los ecosistemas en términos de AFEs, TFEs y métricas de diversidad de TFEs derivadas de los índices espectrales satelitales relacionados con una función central del ecosistema (por ejemplo, el índice de vegetación mejorado, como sustituto de la producción primaria), demostró ser un instrumento útil e innovador para incorporar el funcionamiento de los ecosistemas a escala regional en la ecología y la conservación dentro del nuevo paradigma de conservación que considera los procesos ecológicos y las funciones y servicios de los ecosistemas.