Perda e Fragmentação de habitat e biodiversidade Jean Paul Metzger IB-USP Conservação da Biodiversidade - 2013
Segundo Cerqueira et al. (2003), a fragmentação é um processo exclusivamente induzido pelo Homem? Porque?
FRAGMENTAÇÃO : ruptura na continuidade Perda de habitat SEM fragmentação Perda de habitat COM fragmentação
Perda de habitat e fragmentação Quantidade de habitat Tamanho dos fragmentos Conectividade dos fragmentos Isolamento entre os fragmentos Número de fragmentos Borda habitat/não-habitat
Fragmentação ESTRUTURAL FUNCIONAL Redução na área do fragmento Isolamento > Extinção local < recolonização EXTINÇÃO
Limiar de fragmentação Habitat loss
Limiar de fragmentação Segundo Fahrig (2003) : PERDA DE HABITAT FRAGMENTAÇÃO Lenore Fahrig 2003. Effects of Habitat Fragmentation on Biodiversity Annual Review of Ecology and Systematics
Alta Floresta Carlinda 0 15 30 1984 1998 km
Mata Atlântica 12-16% de florestas remanescentes Ribeiro et al. (2009)
RICHNESS Species-Area Relationship (Arrhenius 1921): S = c A z where: S: richness A: area c and z constants 90% habitat loss 50% species extinction AREA Arrhenius, O. 1921. Species and area. J. of Ecology 9: 95-99.
Extinction debt Atlantic Forest Extinction (Brooks & Balmford 1996, Nature)
Onde conservar? A B C F E D G
2. Onde conservar? A B C F E D G
Bases para a conservação I MODELOS DE ILHAS E DE REDE Biogeografia de ilhas Conceituação Aplicação Teoria de metapopulações Conceituação Aplicação II MODELOS DE MOSAICOS Ecologia de paisagens Conceituação Aplicação
A teoria da biogeografia das ilhas (MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton) Esta teoria estava baseada em três observações: 1. Comunidades insulares são mais pobres em espécies do que as comunidades continentais equivalentes (S c > S 1 ); 2. Esta riqueza aumenta com o tamanho da ilha; 3. Esta riqueza diminui com o aumento do isolamento da ilha. (S 1 > S 3 ) S 3 S 1 S c S 4 (S 2 > S 4 ) S 2 (S 3 > S 4 ) (S 1 > S 2 )
A teoria da biogeografia das ilhas (MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton) Esta teoria estava baseada também numa premissa: 1. As ilhas não funcionam como um sistema fechado: (S 1 > S 3 ) S 3 S 1 (S 2 > S 4 ) S c S 4 (S 3 > S 4 ) S 2 (S 1 > S 2 )
Taxa de colonização (espécies / tempo) Taxa de extinção (espécies / tempo) A teoria da biogeografia das ilhas (MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton) Existe um equilíbrio dinâmico entre extinção e colonização Chegada de uma espécie nova na ilha 0 Se P Número de espécies
Taxa de colonização (espécies / tempo) Taxa de extinção (espécies / tempo) A teoria da biogeografia das ilhas (MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton) Existe um equilíbrio dinâmico entre extinção e imigração Espécies com maior capacidade de locomoção chegam mais rapidamente 0 Se P Número de espécies Predação e competição aumentam o risco de extinção
Taxa de colonização (espécies / tempo) Taxa de extinção (espécies / tempo) A teoria da biogeografia das ilhas (MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton) Este equilíbrio dinâmico depende da área da ilha. pequena grande 0 Sepq Segrd P Número de espécies
A teoria da biogeografia das ilhas Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha: Efeito de área ou efeito de heterogeneidade? Exemplo: riqueza de aves nas ilhas de Aland (Finlândia)
Efeito de área ou efeito de heterogeneidade? A teoria da biogeografia das ilhas Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha:
A teoria da biogeografia das ilhas Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha: Efeito de área ou efeito de heterogeneidade? Exemplo: experimentos de Simberloff em manguezais com invertebrados
A teoria da biogeografia das ilhas Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha: Redução da heterogeneidade do habitat; Área da ilha < Área mínima necessária para a sobrevivência de uma determinada população; Intensificação das competições inter e intra específicas devido à escassez de recursos; Extinções secundárias, devido ao desaparecimento de espécies-chave; Aumento dos riscos de extinções estocásticas.
Taxa de colonização (espécies / tempo) Taxa de extinção (espécies / tempo) A teoria da biogeografia das ilhas (MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton) Este equilíbrio dinâmico depende do isolamento da ilha. Próxima Longe 0 Selonge Seprox. P Número de espécies
Conservação baseada na teoria da ilhas Regras para definição de reservas baseadas na teoria das ilhas (Terborgh 1974, 1975, Diamond 1975, Wilson & Willis 1975, IUCN 1980)
Conservação baseada na teoria da ilhas Os legados da teoria das ilhas para conservação : 2 O debate do SLOSS ( single large or several small );
Conservação baseada na teoria da ilhas O debate do SLOSS ( single large or several small ) single large or several small
Conservação baseada na teoria da ilhas O debate do SLOSS ( single large or several small ) Estratégia de maximização da riqueza específica (Simberloff & Abele 1976, 1982, Järvinen 1982, Margules et al. 1982, Mclellan et al. 1986) Várias pequenas reservas permitem proteger um número maior de espécies - Dados de campo - Modelos baseados em equações logísticas No entanto: muitas espécies são de borda e generalistas (espécies focais podem não estar protegidas) - Riqueza não implica numa maior estabilidade ou num bom funcionamento do ecossistema - A longo prazo, fragmentos pequenos só suportam espécies se houver um fonte estável próxima
Conservação baseada na teoria da ilhas O debate do SLOSS ( single large or several small ) Estratégias de minimização dos riscos de extinção (Diamond 1975, 1976, Wilson and Willis 1975, Terborgh 1974 et 1976, Whitcomb et al. 1976, Fahrig and Merriam 1985) Uma única reserva grande é melhor - Quanto maior a reserva, menor os riscos de extinções (simulações) - 5000 km 2 para obter uma taxa de 0,5% em 100 anos (Terborgh 1976) No entanto, há maior risco de extinções em massa por perturbações raras de grande escala
Conservação baseada na teoria da ilhas O debate do SLOSS ( single large or several small ) Limitações do SLOSS na prática 1. Raramente a questão do SLOSS pode ser aplicada (e.g., tem que conservar o que sobrou ) 2. As necessidades são muito mais de saber como gerenciar uma rede de reservas (reconhecer reservas-chave) 3. A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita
Conservação baseada na teoria da ilhas A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita: diferentes graus de fragmentação single large or several small Quantos several smalls?
Conservação baseada na teoria da ilhas A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita: diferentes isolamentos several small or several small Qual distanciamento?
Conservação baseada na teoria da ilhas A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita: diferentes distribuições espaciais several small or Qual disposição? several small
Mudança de Paradigma Mudança de paradigma na biologia da conservação (Hanski & Simberloff 1997)
Bases para a conservação I MODELOS DE ILHAS E DE REDE Biogeografia de ilhas Conceituação Aplicação Teoria de metapopulações Conceituação Aplicação II MODELOS DE MOSAICOS Ecologia de paisagens Conceituação Aplicação
O que é uma população? Conjunto de indivíduos de uma espécie, habitando um mesmo local, num mesmo tempo. É uma unidade panmítica: todos os indivíduos têm a mesma chance de interagir (cruzar). Dinâmica: ênfase nas mortes e nascimentos de indivíduos da população.
O que é uma metapopulação? 1. Conjunto de populações locais isoladas espacialmente em fragmentos de habitat e unidas funcionalmente por fluxos biológicos. Richard Levins (1969)
O que é uma metapopulação? 2. As populações locais correm risco de extinção: existe uma dinâmica de extinções e recolonizações locais Tempo 1 Tempo 2 Fragmentos ocupados Fragmentos vazios
O que é uma metapopulação? 3. Este modelo clássico enfatiza principalmente o turnover das populações locais ( indivíduo == pop. local ). Tempo 1 Tempo 2 Fragmentos ocupados Fragmentos vazios
O que é uma metapopulação? 4. Se a taxa de recolonização = taxa de extinção, a metapopulação está em equilíbrio. Tempo 1 Tempo 2 Fragmentos ocupados Fragmentos vazios P= 4/10 P= 6/10 P: Proporção de manchas ocupadas.
O que é uma metapopulação? A abordagem de metapopulação advem da necessidade de espacializar a dinâmica de populações. Taxa de extinção Tamanho Taxa de recolonização Conectividade
O que é uma metapopulação? Duas premissas básicas : 1. as populações estão estruturadas em conjuntos de populações reprodutivas locais; 2. a migração entre as populações locais tem uma influência limitada na dinâmica local, permitindo principalmente o restabelecimento de populações locais extintas.
O que é uma metapopulação? As metapopulações apresentam um variedade de estruturas que se organizam num contínuo indo desdes populações em desequilíbrio às patchy populations, ou do modelo de Levins a um modelo de continente-ilha
O que é uma metapopulação?
Um exemplo de metapopulação do tipo Levins: The Glanville fritillary (Melitaea cinxia) metapopulation É uma espécie de boborleta ameaçada de extinção, que desapareceu da Finlândia no final dos anos 1970, e agora ocorre, naquela região, apenas nas ilhas de Aland e em algumas ilhas ao redor. É uma das metapopulações mais bem estudadas (Ilkka Hanski)
Outros exemplos de metapopulação clássica - 57 das 94 espécies de borboletas residentes da Finlândia (com muita incerteza) - Insetos florestais que vivem em microhabitats, como tronco de árvores mortas (besouro) - Daphnia em poças d água em rochas; - Anfíbios em brejos/lagoas - Aves e pequenos mamíferos em paisagens tendo pequenos bosques
Conservação baseada em metapopulações A teoria das metapopulações : 1. Recuperou a importância dos pequenos fragmentos para a conservação. 2. Ressalta a importância da dinâmica de extinção e recolonização, o que valoriza os fragmentos não-ocupados. 3. Mostra que proteger a paisagem onde uma população ocorre hoje não vai necessariamente permitir sua conservação (p.e., as non-equilibrium metapopulation ). 4. Chama a atenção para a rede de fragmentos, e não apenas para alguns grandes fragmentos.
Limites das teorias das ilhas e metapopulação Os modelos de biogeografia de ilhas e de metapopulação não consideram a matriz Habitat Habitat + matriz
I - O que é uma paisagem?
Definições científicas recentes da ecologia da paisagem : - a heterogeneous land of area composed of a cluster of interacting ecosystems (Forman and Godron 1986) - a mosaic of heterogeneous land forms, vegetation types and land uses (Urban et al. 1987) - a spatially heterogeneous area (Turner 1989) Propriedade básica : é uma unidade heterogênea
Paisagem Definição atual da paisagem do ecólogo : a paisagem é um mosaico heterogêneo formado por unidades interativas. Esta heterogeneidade existe para pelo menos um fator, segundo um observador e numa determinada escala (Metzger 2001) Visão pelo olho do Homem Visão pelo olho de outras espécies
Paisagem segundo a visão das espécies
Paisagem segundo a visão das espécies
A paisagem de um gafanhoto (4 m 2 )
Ecologia de Paisagens A paisagem é um mosaico heterogêneo Estrutura da mosaicos heterogêneos Processos Ecológicos É uma ecologia espacialmente explícita. (Metzger 2001)
Estrutura da Paisagem Processos Ecológicos
Ecologia de comunidades vs Ecologia da Paisagem ecossistemas Temperatura (radiação solar) Embasamento geológico Precipitação Diversidade de espécies Diversidade da paisagem Fragmentação Isolamento Topografia Interação entre spp Solo Conectividade Perspectiva da ecologia de comunidades e ecossistemas Perspectiva da ecologia da paisagem
O modelo de Função de Incidência Caminhando para uma paisagem mais real Tamanho, forma, qualidade do fragmento taxa de extinção local Conectividade da paisagem taxa de recolonização
O modelo de Função de Incidência Caminhando para uma paisagem mais real Incorporando a qualidade/forma do patch Q ' i A i. Qmax A i E i e A i x : área efetiva do patch Qi: qualidade/forma do patch i Q*: qualidade máxima do habitat ou forma mais arredondada A i '
O modelo de Função de Incidência Caminhando para uma paisagem mais real Incorporando a conectividade do patch
O modelo de Função de Incidência Caminhando para uma paisagem mais real Incorporando a conectividade do patch
O modelo de Função de Incidência Caminhando para uma paisagem mais real Incorporando a conectividade do patch M i Si onde: S i p exp( d ) A d ij ' dij ' d ij.r j ij j : distância efetiva do patch d ij : distância euclidiana r : resistência aos fluxos biológicos das unidades da paisagem entre i e j ( r 1 )
Conservação baseada na ecologia da paisagem Deve-se considerar: 1. O contexto e a configuração do habitat (e não apenas a quantidade de habitat). 2. O uso da matriz. 3. A conectividade funcional.