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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES IZTACALA MANEJO INTEGRAL DE ECOSISTEMAS EVALUACIÓN DEL ESTADO DE CONSERVACIÓN DE Polaskia chichipe y P. chende (Cactaceae), UN PANORAMA DE SU MANEJO IN SITU TESIS QUE PARA OPTAR POR EL GRADO DE: MAESTRO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS PRESENTA: LEOBARDO MONTES LEYVA TUTOR PRINCIPAL DE TESIS: DR. RAFAEL LIRA SAADE FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES IZTACALA, UNAM COMITÉ TUTOR: DR. ALEJANDRO CASAS FERNÁNDEZ INSTITUTO DE INVESTIGACIONES EN ECOSISTEMAS Y SUSTENTABILIDAD, UNAM DR. CARLOS MARTORELL DELGADO FACULTAD DE CIENCIAS, UNAM LOS REYES IZTACALA, ESTADO DE MÉXICO AGOSTO, 2019 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. I AGRADECIMIENTOS INSTITUCIONALES Al Posgrado en Ciencias Biológicas, UNAM, por brindar el espacio y conformar el capital humano que hace posible la existencia del Posgrado; Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), por otorgar la beca que me permitió continuar con mi formación profesional (número de CVU: 817766); A la Facultad de Estudios Superiores Iztacala y al Sistema Nacional de Investigadores de CONACYT por otorgar recursos financieros al Dr. Rafael Lira Saade. Con estos recursos se realizaron los muestreos en campo. Al Dr. Rafael Lira Saade, quien fungió como Tutor Principal y Al Comité Tutor, integrado por el Dr. Alejandro Casas Fernández y el Dr. Carlos Martorell Delgado. II AGRADECIMIENTOS A TÍTULO PERSONAL A mi familia y amigos, por estar presentes en los mejores y en los peores momentos; Al Dr. Rafael Lira Saade, mi tutor académico desde hace 5 años, por aceptarme, escucharme, guiarme, compartirme de su conocimiento y brindarme de su amistad; Al Dr. Alejandro Casas Fernández y al Dr. Carlos Martorell Delgado, miembros del comité tutoral, por contribuir con ideas para la consolidación de este trabajo y siempre estar dispuestos a revisar mis elucubraciones académicas; A toda la comunidad de San Luis Atolotitlán, por acceder a que realizara mi trabajo de campo en sus ejidos y cobijarme con su generosidad. Un agradecimiento especial a los guardamontes y a las familias que me dieron asilo durante mis estancias en la comunidad, por compartirme de su experiencia y por su hospitalidad; Al Biól. Armando Ponce Vargas, Biól. Gustavo García Jaramillo, Biól. L. Orlando Trujillo Cervantes y Tec. en Procesos Industriales Axel A. Meraz Melgoza, por su gran apoyo y excelente compañía durante las labores del trabajo en campo; A los integrantes del círculo de lectura del cubículo A-218 del Departamento de Botánica del Instituto de Biología, UNAM, por nutrirme con su conocimiento sobre macroecología y biogeografía. Un agradecimiento particular a la M. en C. Ana Susana Estrada Márquez, por invitarme al círculo de lectura y por apoyarme con los modelos de distribución; Al Banco de Semillas de la FES-Iztacala, por prestarme los instrumentos necesarios que hicieron posible mis salidas al campo. A los miembros del Jurado, quienes realizaron observaciones y sugerencias al trabajo escrito. Ellos han puesto todas las piezas, yo sólo he armado el rompecabezas. III ÍNDICE TEMÁTICO AGRADECIMIENTOS INSTITUCIONALES ............................................................................................. I AGRADECIMIENTOS A TÍTULO PERSONAL ........................................................................................ II ÍNDICE TEMÁTICO ................................................................................................................................... III ÍNDICE DE CUADROS Y FIGURAS ........................................................................................................ IV ÍNDICE DE ABREVIATURAS ................................................................................................................... V RESUMEN .................................................................................................................................................... 1 ABSTRACT .................................................................................................................................................. 2 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................ 4 Contexto. Conservación y manejo ................................................................................................ 4 Las evaluaciones del estado de conservación ............................................................................... 5 Cactáceas en riesgo. Grupo prioritario de conservación. ............................................................. 7 Sistemas agroforestales y el manejo de Polaskia .......................................................................... 9 Modelado de distribución de especies. ....................................................................................... 13 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................................ 15 HIPÓTESIS ................................................................................................................................................. 16 OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 17 MATERIALES Y MÉTODO ...................................................................................................................... 17 El género Polaskia ...................................................................................................................... 17 Sitio de estudio ........................................................................................................................... 19 Base de datos de presencias: ....................................................................................................... 22 Características del hábitat: ................................................................................................. 23 Características de la distribución geográfica conocida y potencial: ........................ 23 Características de la densidad y el biovolumen poblacional : ..................................... 27 Impacto de la actividad humana: ....................................................................................... 28 Estado de conservación .............................................................................................................. 29 RESULTADOS ........................................................................................................................................... 30 Características del hábitat: ................................................................................................. 30 Características de la distribución geográfica conocida y potencial: ........................ 33 Características de la densidad y el biovolumen poblacional : ..................................... 40 Impacto de la actividad humana: .......................................................................................43 IV Estado de conservación: ....................................................................................................... 45 DISCUSIÓN ................................................................................................................................................ 45 Hábitat y distribución: .......................................................................................................... 45 Densidad y biovolumen: ........................................................................................................ 48 Manejo y conservación: ........................................................................................................ 49 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 51 LITERATURA CITADA ............................................................................................................................ 52 ANEXO I. Glosario ..................................................................................................................................... 64 ANEXO II. Taxonomía y diferencias morfológicas entre P. chichipe y P. chende .................................... 65 ANEXO III. Resultados del análisis de correlación entre las 34 variables ambientales para P. chichipe. 70 ANEXO IV. Método de evaluación del riesgo de extinción de plantas en México. ................................... 74 ÍNDICE DE CUADROS Y FIGURAS Cuadro 1 Variables usadas para la descripción del hábitat.. .......................................................... 24 Cuadro 2 Variables para cuantificar el DAC ................................................................................. 29 Cuadro 3 Distribución geográfica de Polaskia spp.. ...................................................................... 34 Cuadro 4 Valores de AICc para la selección del multiplicador de regularización. ....................... 36 Cuadro 5 Resultados de las pruebas de validación de los MDE .................................................... 37 Cuadro 6 Densidad de P. chende y P. chichipe ............................................................................. 40 Cuadro 7 Principales componentes del DAC ................................................................................. 44 Cuadro 8 Comparación de características morfológicas entre P. chende y P. chichipe.. .............. 67 Fig. 1 Vista superior de una rama de P. chende (izquierda) y P. chichipe (derecha).. .................. 18 Fig. 2 Valle de Tehuacán Cuicatlán.. ............................................................................................. 20 Fig. 3 Perspectiva de la zona de estudio.. ....................................................................................... 21 Fig. 4 Toma de datos para la estimación del volumen de la copa .................................................. 28 Fig. 5 Resumen de las características ambientales del hábitat de P. chichipe y P. chende. .......... 30 Fig. 6 Distribución geográfica conocida de Polaskia .................................................................... 35 Fig. 7 Mapa de Distribución Potencial de P. chende ..................................................................... 38 Fig. 8 Mapa de Distribución Potencial de P. chichipe ................................................................... 39 Fig. 9 Gráfico de dispersión comparando el número de ramificaciones y el volumen (m 3 ). ......... 41 Fig. 10 Porcentaje de individuos por categoría de volumen (m 3 ) .................................................. 42 Fig. 11 Comparación del biovolumen entre las zonas silvestres (S) y manejadas (M). ................. 43 Fig. 12 Gráfico de las cargas de las variables del disturbio antropogénico crónico…………...…44 V ÍNDICE DE ABREVIATURAS ACP: Análisis de componentes principales. AICc: Criterio de información de Akaike corregido. AOO: Área de ocupación. DAC: Disturbio antropogénico crónico. EOO: Extensión de presencia. MDE: Modelos de distribucipon de especie. MDP: Modelo de distribución potencial. MER: Metodo de evaluación del riesgo de extinción de plantas en México. NOM-059: Norma Oficial Mexicana 059-SEMARNART-2010 SAF: Sistemas agroforestales. UICN: Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza. VTC: Valle de Tehuacán-Cuicatlán. 1 RESUMEN Polaskia es un taxón de especial interés en la comprensión de las sinergias entre el manejo y la conservación de las cactáceas columnares. Primero, el género tiene sólo dos especies, P. chende y P. chichipe. Segundo, ambas especies han sido reconocidas como plantas útiles, principalmente debido a sus frutos. De hecho, ambas especies están inmersas en un proceso incipiente de domesticación y se les puede hallar de forma silvestre, manejadas in situ e incluso, en el caso de P. chichipe, cultivadas. Tercero, son elementos dominantes en los ecosistemas que habitan. Cuarto, son especies cuasi-endémicas del Valle de Tehuacán-Cuicatlán (VTC). ¿Cómo podrían aplicarse los criterios del estado de conservación en unas especies que presentan un manejo tan variado? El objetivo de este trabajo fue evaluar el estado de conservación de P. chende y P. chichipe. Para lograr el objetivo, se analizaron el hábitat y la distribución de ambas especies, así como la densidad de la población, el volumen de copa (estructura poblacional) y el impacto humano en poblaciones silvestres y manejadas in situ de una localidad donde ambas especies coexisten. Dos hipótesis secundarias fueron puesta a prueba en el proceso: 1) La distribución geográfica disimil entre las especies es una consecuencia de la divergencia de sus afinidades ambientales. 2) El manejo silvícola contribuye a mantener la estructura poblacional tal como ésta pudiera encontrarse en estado silvestre para ambas especies. Se utilizaron modelos de distribución de especies (MDE) y sistemas de información geográfica para determinar el hábitat y el área de distribución. Luego, se realizó un análisis del conservadurismo de nicho. La densidad poblacional, el volumen de copa y el impacto humano se evaluaron tanto en poblaciones silvestres como en poblaciones manejadas. Finalmente, se asignó una categoría de riesgo para cada especie de acuerdo con los criterios de la Norma Oficial Mexicana NOM-059- SEMARNAT-2010. Los registros históricos mostraron que P. chichipe mantiene una distribución más estrecha que P. chende, sin embargo, esta última especie tuvo una densidad menor en la localidad de estudio, lo cual parece ser un patrón común para estas especies en el VTC. Aunque las afinidades ambientales fueron similares entre las especies, el análisis del conservadurismo de nicho mostró que los MDE se traslaparon moderadamente, por lo que se consideró que existe una divergencia incipiente entre los nichos de las especies. La densidad y el volumen de copa fueron similares entre las poblaciones, pero no entre las especies, lo cual indica que el manejo agroforestal no afecta la estructura poblacional de las especies. Las actividades consideradas como impacto humano se extienden con diferente intensidad a través del paisaje. Con base en los 2 resultados, se concluye que ambas especies deberían listarse en la NOM-059 con la categoría Sujeta a protección especial. A pesar de eso, se discute la manera por la cual el manejo que las comunidades humanas llevan a cabo con P. chichipe y P. chende podría ayudar en la conservación de estas especies. ABSTRACT Polaskia is a taxon of special interest in the comprehension of synergies between management and conservation of columnar cacti. First, the genus has only two species, P. chende and P. chichipe. Second, both species have been recognized as useful plants, mainly because of their fruits. Actually,both species are immersed in an incipient process of domestication and they can be found on wild, managed in situ and cultivated populations (the last management method is just valid for P. chichipe). Third, they are dominant elements in the ecosystems that inhabit. Fourth, they are quasi-endemic species of the Tehuacán-Cuicatlán Valley (TCV). ¿How the status of conservation criteria could be applied in the species under such a complex management? The aim of this work was to evaluate the status of conservation of P. chende and P. chichipe. In order to achieve the aim, the habitat and distribution of both species were analyzed, as well as the population density, the canopy volume (population structure) and the human impact on wild and managed in situ populations of a locality where both species coexist. Two secondary hypotheses were tested in the process: 1) Dissimilar geographic distribution among the species is a consequence of the divergence on their environmental affinities. 2) Traditional management contributes to maintain the population structure just as it could be find on wildness for both species. Geographic Information Systems and Species Distribution Models (SDM) were used to determine the habitat and the distribution area. Then, an analysis of niche conservatism was performed. The population density, the canopy volume and the human impact were evaluated over both wild and managed populations. Finally, a category of risk was assigned for every species according to the criteria of Official Mexican Standard NOM-059-SEMARNAT-2010. Historical records showed that P. chichipe maintains a narrower distribution than P. chende, however the latter had a lower density in the study locality which seems to be a common pattern for these species in the TCV. Although the environmental affinities were similar among the species, the analysis of niche conservatism showed that the SDM overlap moderately, so it was 3 considered that an incipient divergence exists between the niches of the species. The population density and canopy volume were similar between the populations, but not among species, which indicates that agroforestry management does not affect the population structure of species. Activities considered as human impact are spread with different intensity across the landscape. It was concluded that both species should be listed in the NOM-059 as Subject to special protection. In spite of that, it is discussed how the management that human communities carry out on P. chichipe and P. chende could help in the conservation of these species. 4 INTRODUCCIÓN Contexto. Conservación y manejo La conservación de la biodiversidad es quizá uno de los temas que mayor auge han tenido dentro de las ciencias biológicas en las últimas tres décadas. La extinción acelerada de especies y el discurso de la crisis ambiental son los temas que subyacen en el surgimiento y desarrollo de la biología de la conservación como disciplina científica (Soulé, 1985). Una de las líneas de investigación de dicha disciplina consiste en evaluar el estado de conservación en el que se encuentran las especies (Sánchez et al., 2007). Como parte de esta evaluación, es de gran utilidad realizar una revisión histórica del conocimiento que se posee de la especie para identificar posibles factores que influirían en su susceptibilidad a la extinción (Sánchez et al., 2007). Entre los aspectos a considerar, están las interacciones bióticas, su distribución geográfica, su densidad poblacional y las presiones antropogénicas a las que están sometidas sus poblaciones (Sánchez et al., 2007). Si bien es cierto que las actividades humanas extractivas han causado la disminución del tamaño poblacional de numerosas especies en todo el mundo y en algunos casos las han llevado al límite de la extinción (v. gr. el caso de la totoaba y la vaquita marina en Taylor et al., 2015), sería falaz generalizarlo para todos los taxa. Por el contrario, algunas especies, que han estado sometidas a un manejo tradicional (conjunto de prácticas de apropiación y aprovechamiento) por siglos o milenios, han mantenido o incluso incrementado la abundancia de los fenotipos preferidos por la gente (v. gr. el caso de quelites o cactáceas columnares en Casas et al., 1997; Casas et al., 2007). Así, el aprovechamiento de los recursos puede contribuir o ser perjudicial en el ámbito de la conservación biológica. Analizar el impacto que tiene el aprovechamiento de una especie en sus poblaciones, y por ende el estado de conservación, es muy complejo. Es una labor transdisciplinaria en la que resulta pertinente fusionar conocimientos de etnobiología, macroecología, ecología y biología de la conservación (Soulé, 1985; Sarkar, 2005). Este trabajo, además de realizar una evaluación del estado de conservación de dos especies endémicas, pretende explorar el impacto del manejo in situ sobre sus densidades poblacionales. En los próximos párrafos se expondrá en qué consisten los procesos de evaluación del estado de conservación; cuál es el conocimiento actual de las 5 cactáceas en riesgo; qué taxa serán los evaluados; qué son el manejo in situ y los sistemas agroforestales; cómo éstos últimos impactan en la conservación y, finalmente, se hablará del modelado de nicho ecológico como herramienta para predecir la distribución geográfica de las especies. Este último tema es de interés puesto que la distribución de las especies es uno de los criterios que se evalúan. Las evaluaciones del estado de conservación Aunque sería ideal contar con información del estado de conservación de todas las especies, en la práctica no es posible. Generalmente se le da prioridad a evaluar aquellos taxa que se consideren vulnerables a una pronta extinción por causa de las actividades humanas (Meffe et al., 2006). Consecuentemente, el resultado final del conjunto de las evaluaciones es un listado de especies catalogadas bajo algún grado de riesgo. La Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN), que es la institución a nivel internacional con mayor reconocimiento en cuanto a listados de especies en riesgo se trata, ha trabajado por años para establecer los criterios que deberían de ser evaluados para poder categorizar a las especies. En un principio, las categorizaciones fueron asignadas de acuerdo al criterio de los expertos, pero, a partir de la década de los noventas, se realizaron talleres que buscaron establecer criterios con mayor objetividad y validez para el mayor número de taxa (Mace et al., 1992). La última versión que lanzó la UICN (UICN, 2012) considera cinco criterios cuantitativos, los cuales se basan en el tamaño poblacional, las fluctuaciones poblacionales que ha experimentado en un tiempo determinado y la distribución geográfica de la especie medida con la extensión de presencia (EOO, definida como el área contenida dentro de los límites imaginarios continuos más cortos que pueden dibujarse para abarcar todos los sitios de presencia del taxón, ya sea usando los registros conocidos, inferidos o proyectados, excluyendo los casos atípicos) o el área de ocupación (AOO, definida como una métrica escalada que representa el área de hábitat adecuado actualmente ocupado por la especie) (IUCN Standards and Petitions Subcommittee, 2017). El cumplimiento de tan sólo uno de los criterios, con sus especificaciones correspondientes, es suficiente para asignarle una categoría de riesgo a una especie. Las categorías de riesgo que reconoce la UICN son: 1) Extinto (EX); 2) Extinto en estado silvestre (EW); 3) En peligro crítico (CR); 4) En peligro (EN); 5) Vulnerable (VU); 6) Casi 6 amenazado (NT); 7) Preocupación menor (LC); 8) Datos insuficientes (DD) y 9) No evaluado. La tercera, la cuarta y la quinta son las categorías para especies amenazadas y corresponden a las especies que deberían de recibir mayoratención para evitar su extinción. Según datos de UICN, se ha evaluado el estado de conservación en tan sólo 5% de las especies descritas (IUCN, 2017). Lo anterior devela nuestra ignorancia en el tema y representa uno de los mayores retos para los próximos biólogos de la conservación. Por su parte, México ha desarrollado sus propios criterios y categorías de forma independiente, aunque basándose en los criterios internacionales. El primer instrumento que enlistó especies en riesgo fue la NOM-059-ECOL-1994; no obstante, ésta presentó muchas críticas debido a la falta de objetividad al momento de la elaboración del listado (Tambutii et al., 2001). En el 2001 se promulgó la NOM-059-SEMARNAT-2001, la cual incorporó el Método de Evaluación de Riesgo de Extinción de Especies Silvestres (abreviado como MER), el cual indicaba los criterios a evaluar si de deseaba asignar una categoría de riesgo oficial de acuerdo a la norma. En el 2010, se realizó una actualización que incorporó el MER-Plantas, éste fue pensado exclusivamente para evaluar la flora (NOM-059-SEMARTNAT-2010, de ahora en adelante NOM-059; Diario Oficial de la Federación, 2010). Actualmente, se encuentra abierto el proceso para renovar el listado de las especies en riesgo (Diario Oficial de la Federación, 2018). Los criterios que se evalúan en la NOM-059 son cuatro: A) amplitud de la distribución del taxón; B) Estado del hábitat donde se desarrolla la especie; C) Vulnerabilidad biológica intrínseca y D) Impacto de la actividad humana. Las categorías que reconoce la NOM-059 son: 1) Probablemente extinta en el medio silvestre (E); 2) En peligro de extinción (P); 3) Amenazada (A) y 4) Sujetas a protección especial (Pr). A diferencia de los lineamientos de la UICN, el MER realiza una valoración cualitativa asignando un valor a cada criterio y la suma de todos ellos define la categoría de riesgo. No existe un consenso sobre cuáles lineamientos son los mejores para la categorización de las especies. Debido a las diferencias de normativas, dinámicas sociales y conocimiento sobre la biodiversidad entre las naciones y entre los taxa, sería difícil, si no imposible, establecer un método mundial de valorización para las especies (Soberón y Medellín, 2007). Se puede decir que nunca habrá un método único para todas las especies. Al final, le corresponde al investigador 7 discernir qué sistema utilizar dependiendo la información a la que pueda acceder y del taxón que esté siendo evaluado (Soberón y Medellín, 2007). Además del grado aparente de amenaza, otros elementos suelen considerarse en la selección del taxón a evaluar. El acceso a información sobre el taxón; su relevancia ecosistémica y antropológica, ya sea cultural o económica; así como la formación e intereses de la persona que realice la evaluación, son quizá los factores que deben de tomarse en cuenta para la elección de los taxa que se evalúan. Las cactáceas son una familia cuyas especies suelen satisfacer más de uno de estos criterios. Cactáceas en riesgo. Grupo prioritario de conservación. En México, la familia Cactaceae es la séptima más diversa, con 677 de las 23,300 especies de plantas vasculares nativas que se distribuyen en el país (Rzedowski, 2006; Villaseñor, 2016). Esta familia mantiene un amplio número de endemismos, con cerca de 80% de sus especies distribuidas exclusivamente dentro de los límites del territorio nacional (Guzmán et al., 2003). A pesar de que sus miembros son parte representativa de la flora y cultura de país, casi un tercio de ellos han sido clasificados en algún grado de riesgo. De lo anterior se deriva que la eventual extinción de alguna de estas especies implicaría un deterioro a la identidad de la nación. De acuerdo a la UICN, de las 1477 especies de cactáceas evaluadas en el mundo, 415 han sido clasificadas en alguna categoría de riesgo (99 en peligro crítico, 177 en peligro, 139 vulnerables), lo que la convierte en el quinto grupo taxonómico con mayor número de especies enlistadas con algún grado de amenaza (Goettsch et al., 2015; UICN, 2017). La Convencion sobre el comercio internacional de especies amenazadas de fauna y flora silvestres (CITES) agrupa a la mayoría de las especies de cactáceas en el Apéndice II. Por su parte, en la normatividad mexicana (NOM- 059) se enlistan 276 taxa del grupo de las cactáceas, de los cuales 32 se catalogan como en Peligro, 87 Amenazados y 157 bajo Protección especial. Los riesgos y amenazas que generalmente se le atribuyen a esta familia son las actividades relacionadas con la ganadería y la agricultura, la extracción ilegal para fines comerciales, coleccionismo inconsciente, así como los fenómenos asociados al cambio climático, ya que, en su mayoría, muestran requerimientos de hábitat muy específicos (Hernández y Godínez, 1994; Téllez-Valdés y Dávila-Aranda, 2003; Ayala, 2007; Goettsch et al., 2015). Sin embargo, se ha 8 observado que algunas especies de cactáceas pueden tener una respuesta positiva ante un disturbio antropogénico de nivel bajo a moderado (llamándolas plantas ruderales). En contraste, un disturbio crónico intenso en el ecosistema tiende a disminuir drásticamente la densidad de la especie (Martorell y Peters, 2005, 2009; Martorell y Garcillán, 2012). En un escenario en donde no contamos con los recursos económicos ni humanos suficientes para evaluar el efecto de la presión de las actividades humanas sobre las comunidades vegetales, es necesario fijar prioridades (Sarkar, 2005). Existen múltiples elementos para ponderar la importancia de las especies (v.gr. valor ecológico, económico y/o cultural; Sarkar, 2005). Los miembros de la tribu Echinocereeae (antes Pachycereeae; Hunt, 2013), comúnmente conocidos como cactus columnares, son un taxón que podría ser reconocido como prioritario ya que, además de ser un grupo que llama la atención de los humanos, en él se reconocen valores de importancia tanto ecológica como cultural. Algunos de ellos llegan a ser elementos dominantes de los ecosistemas, mientras que de otros se conoce muy poco. Tenemos, por ejemplo, el caso del saguaro (Carnegiea gigantea) en el desierto de Sonora, cuya imagen es relacionada con México en el extranjero, no obstante, sus densidades han fluctuado drásticamente en el último siglo (Conver et al., 2017); o bien el viejito (Cephalocereus senilis), cuya distribución sólo se conoce para la región árida de Hidalgo, así como algunas localidades de Veracruz (Guzmán et al., 2003). Otro ejemplo es el de Stenocereus martinezii cuya extensión de presencia es menor a 5,000 km 2 y enfrenta una reducción de ésta superficie debido a la expansión de campos de cultivo y actividades ganaderas (Terrazas et al., 2013). Las tres especies antes mencionadas han sido catalogadas bajo alguna categoría de riesgo según la NOM-059, no obstante, aún quedan otras especies de este grupo que no se han evaluado bajo los criterios de la normatividad mexicana. El género Polaskia (Cactaceae: Echinocereeae) es cuasi endémico del Valle de Tehuacán- Cuicatlán (VTC; Arias et al., 2012) del cual se conoce lo suficiente para considerarlo un taxón idóneo y prioritario para su evaluación. Las únicas dos especies de este género son P. chichipe (Gosselin) Backeb. y P. chende (Rol-. Goss.) Gibson & Horak. Ambas especies se encuentran distribuidas en pocas poblaciones agregadas a escala regional; especialmente, P. chende es poco abundante en el valle. Las zonas donde se distribuyen estas cactaceas han sido ocupadas desde hace varios milenios, por lo que la relación entre planta y humano es histórica (MacNeish y 9 Eubanks, 2000). De hecho, ambas especies presentan rasgos morfológicos que sugieren un proceso incipiente de domesticación (Cruz y Casas, 2002; Otero-Arnaiz et al., 2003; Carmona y Casas, 2005). El manejo in situ en los sistemas agroforestales (SAF) donde se distribuye Polaskia hasido clave en la diferenciación morfológica de estas especies y muy probablemente en su conservación. Entender cuál es el impacto del manejo in situ y el efecto de los SAF en las densidades poblacionales de Polaskia podría ser de utilidad para la elaboración de planes de aprovechamiento de los recursos en los bosques de estas cactáceas columnares, así como para su conservación. Sistemas agroforestales y el manejo de Polaskia El término agroforestería se ha definido desde la década de los 70’s del siglo pasado (Nair, 1993; Krishnamurthy y Ávila, 1999). Sin embargo, la mayoría de las definiciones coinciden en que la agroforestería es una forma de manejo de la tierra en la que se mantienen o incluyen, particularmente y de manera deliberada, árboles o especies leñosas en tierras de cultivo y, además, pueden o no sostenerse actividades ganaderas (Agroforestry Systems, 1982; Nair, 1993; Krishnamurthy y Ávila, 1999). Las prácticas de la agroforestería buscan incrementar la productividad de los componentes agrícolas y forestales, a la par que se fortalezca al sistema en la mitigación de los impactos ambientales (Verchot et al., 2007; Moreno-Calles et al., 2013). El conjunto organizado de dichas prácticas sobre los elementos del ecosistema en un espacio geográfico se ha denominado sistema agroforestal (Nair, 1993; Krishnamurthy y Ávila, 1999). Más allá de ser sólo formas de aprovechamiento de los recursos, los SAF son una expresión de la memoria biocultural de la especie humana (Toledo y Barrera-Bassols, 2008). Los SAF han sido propuestos en las últimas décadas como una alternativa para el desarrollo social y económico en zonas rurales ante la crisis ambiental (Verchot et al., 2007; Zomer et al., 2009; Moreno-Calles et al., 2013). Estos sistemas están ampliamente distribuidos en el planeta y muestran características específicas de especies, intensidad de manejo y extensión, dependiendo de la región donde se encuentren. El grueso de la producción agroforestal se ubica en las zonas tropicales rurales, pero es practicada en un amplio intervalo de entornos ambientales, siendo las zonas áridas donde menor conocimiento se tiene sobre su aportación a la mitigación del deterioro ambiental y el cambio climático (Zomer et al., 2009). De donde más información se ha obtenido es de las regiones áridas de África (Buck, 1980), mientras que los estudios en 10 América son aún escasos (Moreno-Calles y Casas, 2008; Moreno-Calles et al., 2012 Krishnamurthy et al., 2019). En México el estudio de los SAF es incipiente, pero se han catalogado en al menos seis tipos de sistemas de acuerdo al tipo de manejo que se practica en ellos y al tipo de vegetación (Moreno-Calles et al., 2014). Moreno-Calles y colaboradores (2014) los clasifican en: 1) sistemas de descanso largo; 2) agrobosques; 3) sistemas de humedales, 4) sistemas de zonas áridas y semiáridas; 5) terrazas y semiterrazas y 6) huertos. Algunos de los SAF en México son el Kuojtakiloyan de la Sierra Norte de Puebla (Toledo, 2016), los agrobosques de piña en el occidente de México (Rosales-Adame et al., 2016), las terrazas de Tlaxcala (González-Jácome, 2016), los oasis de la península de Baja California (Cariño et al., 2016) o las milpas en los bosques de cactáceas columnares del VTC (Vallejo et al., 2016). El VTC es una zona de gran relevancia para el entendimiento del desarrollo de la agricultura en el continente americano y los SAF en zonas áridas (Moreno-Calles et al., 2013; Vallejo-Ramos, 2015). En la región, se han encontrado algunos de los restos arqueológicos más antiguos del continente que evidencian la actividad agrícola de las civilizaciones precolombinas (MacNeish, 1967; MacNeish y Eubanks, 2000). El fomento y la propagación de plantas útiles (principalmente pastos y leguminosas, aunque también pudieron ser cactáceas columnares) mediante el uso de sistemas hídricos de origen antrópico, como lo son los pozos, canales y presas, podría remontarse hasta 7,900 años A.P. (Neely y Castellon, 2014), por lo que la modificación de las comunidades vegetales cercanas a los asentamientos humanos pudo verse influenciada desde aquellos años. Los SAF de algunas regiones del VTC pueden mantener entre 50 y 90% de las especies nativas presentes en la comunidad vegetal antes de los aclareos de la vegetación, lo que sugiere un considerable potencial para conservar la biodiversidad y alta capacidad de resiliencia del ecosistema (Blanckaer et al., 2007; Moreno-Calles y Casas, 2008). Las especies mantenidas por los campesinos representan un valor social, cultural, estético y existencial (Moreno-Calles et al., 2012). Particularmente en los SAF derivados de chichiperas (sensu Valiente-Banuet et al., 2000, quienes las definen como asociaciones vegetales con predominancia de cactáceas columnares de Polaskia) se han encontrado 131 especies de plantas, de las cuales 45% son útiles y 11.45% son protegidas, fomentadas o cultivadas (Moreno-Calles y Casas, 2010). Entre las especies que se 11 toleran por los campesinos durante los aclareos de las chichiperas se encuentran P. chichipe, P. chende, Opuntia pilifera, Agave salmiana, Myrtillocactus schenkii, Mimosa sp., Prosopis laevigata, Stenocereus stellatus, S. pruinosus, Schinus molle, Ipomoea arborescens, I. murucoides, Leucaena lanceolata, Byrsonima crassifolia (Farfán-Heredia, 2006). Generalmente los organismos que se mantienen en pie, o que muestran mayor tolerancia y protección por parte de los campesinos, son aquellos en estadios adultos y juveniles que representan algún valor para los campesinos (Farfán-Heredia, 2006). Comúnmente, se dice que las prácticas de manejo realizadas por los campesinos han mantenido las poblaciones desde tiempos precolombinos. Como ejemplo, están las estrategias de cultivo practicadas por diversos pueblos en la región tropical de México (Toledo et al., 2003). Sin embargo, en zonas áridas, específicamente en el caso de las cactáceas columnares, son pocos los estudios que lo respaldan. Uno de los trabajos pioneros en este rubro fue el de Farfán-Heredia (2006), quien realizó una comparación de la dinámica poblacional de P. chichipe en un área manejada y otra silvestre. Dicho estudio reveló que las poblaciones de ambas zonas mantienen una dinámica de crecimiento poblacional similar, lo cual se le atribuye a las prácticas de manejo que los campesinos realizan en sus tierras (Farfán-Heredia, 2006). Existen otros trabajos que reportan los efectos del manejo de ambas especies de Polaskia que sugieren que las semillas de las poblaciones manejadas germinan mejor en escenarios con alta disponibilidad hídrica, mientras que en el otro extremo están las semillas de las poblaciones silvestres con mayor capacidad germinativa en condiciones más áridas, con una tolerancia al estrés hídrico de -1.0 MPa y temperaturas promedio del suelo cercanas a los 50°C (Guillén et al., 2015; Ordóñez-Salanueva, 2016). Por otra parte, se ha documentado que las poblaciones silvestres producen en promedio mayor cantidad de frutos y semillas (Farfán-Heredia, 2006), mientras que los organismos tolerados en sistemas manejados producen frutos que resaltan los aspectos preferidos para el consumo por los campesinos (Cruz y Casas, 2002; Carmona y Casas, 2005). Todo lo anterior es evidencia de la selección artificial a la que están sometidas las poblaciones de Polaskia en el VTC y son indicios de procesos de domesticación incipiente como lo han reportado varios autores para otras especies de cactáceas columnares de la región (Arellano y Casas, 2003; Carmona y Casas, 2005; Casas et al., 2005; Rodríguez-Arévalo et al., 2006; Parra et al., 2008; Blancas et al., 2009; Parra et al., 2010). 12 Desde una perspectiva empírica, los campesinos mencionan que existe deterioro en las poblaciones de chichiperas manejadas in situ debido a diversos factores como el envejecimientode los organismos tolerados, los cambios en los patrones de precipitación, plagas, ganado, erosión de los suelos y, provocado por lo anterior, el poco éxito de establecimiento de nuevos organismos (Farfán-Heredia, 2006). Adicionalmente, se ha reportado la pérdida de cobertura vegetal al interior de los SAF de chichiperas debido a cambios en las prácticas de manejo e intensificación agrícola incentivada por programas gubernamentales (Moreno-Calles et al., 2012). La pérdida de normas y costumbres de manejo tradicional es otro elemento que podría acarrear consecuencias negativas para la resiliencia en las chichiperas, tal como se ha reportado en otras comunidades (Gómez-Baggethum et al., 2013; Ruíz-Mallén y Corbera, 2013). La extracción en pequeñas cantidades, pero frecuente de recursos forestales no maderables puede modificar el ecosistema (Ticktin, 2004), sólo que, a diferencia de los cambios abruptos como la deforestación, la modificación puede ser imperceptible a simple vista y hacerse visible sólo hasta que el sistema ha perdido varias especies que se encontraban originalmente. La perturbación del ecosistema causada por actividades humanas de baja intensidad, pero constantes y recurrentes, ha sido llamado disturbio antropogénico crónico (DAC; Martorell y Peters, 2005). Algunas especies pueden favorecerse por el disturbio mientras que otras disminuyen en su densidad poblacional. En el VTC se ha estudiado la respuesta de cactáceas globosas al DAC (Martorell y Peters, 2005, 2009; Ureta y Martorell, 2009, Valverde et al., 2009), aunque también existe un estudio sobre el impacto del DAC sobre la diversidad de diferentes comunidades de cactáceas columnares (Arias et al., 2014). Conocer cuál es la relación entre el DAC y las intensidades de manejo en los SAF, así como cuál es la respuesta de las poblaciones de ambas especies de Polaskia ante estos dos factores, podría ser una primera aproximación en el entendimiento de la extracción sustentable de recursos en chichiperas. Para conocer las dinámicas espacio-temporales que se desarrollan en las chichiperas, sería útil, en primera instancia, ubicar los sitios donde se encuentran estas asociaciones vegetales. El conocimiento que se tiene sobre la distribución de ambas especies de Polaskia yace en los registros de presencia obtenidos de campo, herbarios y estudios florísticos. En la actualidad existen herramientas que permiten estimar de forma más precisa la distribución de una especie a 13 partir de sus registros. Una de estas herramientas son los modelos de distribución de especies (MDE), de los cuales se hablará en la siguiente sección. Modelado de distribución de especies. Los modelos de distribución de especies (MDE) tienen su fundamento en la teoría de nicho. Si se conocen las variables bióticas (B) y ambientales (A) que permiten el establecimiento y permanencia de una especie, así como el espacio geográfico al que puede tener acceso dadas sus capacidades de dispersión y movilidad (M), entonces, en teoría, se podría conocer su distribución geográfica (Soberón y Peterson, 2005). Esta triada de factores ha sido descrita como el diagrama BAM (Soberón y Peterson, 2005). Las relaciones bióticas son poco conocidas para la mayoría de las especies y son difíciles de incorporar a un modelo de distribución. Por ello, generalmente, sólo se trabaja con las variables biofísicas que involucra el factor ambiental (Soberón, 2007). Además, a escalas gruesas, son las variables ambientales las que delimitan la distribución de una especie (Pearson y Terence, 2003). Por lo anterior, la mayoría de los modelos de distribución se basa específicamente en el nicho Grinnelliano (Soberón, 2007). El área de distribución de una especie se puede definir operacionalmente como el conjunto de píxeles representativos de un espacio geográfico delimitado por las formas actuales o potenciales en que pueda detectarse la presencia de una especie (Soberón, 2007). Tomando en cuenta el concepto de nicho Grinnelliano y agregando la variable de movilidad natural de la especie, se pude identificar una área de distribución potencial, la cual definiré aquí, para fines prácticos de este trabajo, como la extensión geográfica que teóricamente podría alcanzar la especie dado que: i) Existen las condiciones ambientales idóneas para su establecimiento y desarrollo y ii) mantiene su movilidad dentro de la región donde históricamente se han recopilado registros de presencia. La anterior definición podría bien considerarse como un subconjunto del nicho fundamental de la especie (Soberón et al., 2017) y es útil para estudiar modelos de distribución potencial (MDP) de ambas especies de Polaskia puesto que no se incluyen las interacciones bióticas y se limita a conocer la distribución dentro del VTC, única región donde se ha registrado de forma silvestre. Las condiciones ambientales idóneas se obtienen de los valores que tolera la especie para diferentes variables ambientales (Guisan y Zimmermann, 2000; Guisan y Thuiller, 2005). Estos intervalos de tolerancia se pueden inferir a partir de las observaciones de presencia donde se 14 distribuyen naturalmente los organismos de una especie (Guisan y Zimmermann, 2000; Guisan y Thuiller, 2005). A cada punto en el espacio geográfico le correspondería un punto en el espacio ambiental; aunque lo inverso no siempre es cierto (Soberón et al., 2017). A esta expresión se le conoce como la Dualidad de Hutchinson y es un principio básico en el desarrollo de los modelos de distribución (Colwell y Rangel, 2009). Conociendo el espacio ambiental que ocupa la especie, se puede reproyectar el espacio a una extensión geográfica representada digitalmente por píxeles. Existen diversos programas computacionales para realizar dicha tarea (Elith et al., 2006). Maxent es el software más utilizado actualmente para trabajar los MDP (Elith et al., 2006). Es un software gratuito, sólo requiere datos de presencia, es sencillo de usar, puede trabajar con variables categóricas o continuas y es menos susceptible a errores de los datos (Varela et al., 2014). Maxent usa el método de máxima entropía (Phillips et al., 2004). Este programa considera que la estimación más precisa de una distribución desconocida es aquella más cercana a la uniformidad, ya que está sujeta a los valores bioclimáticos en donde la especie ha sido observada (Elith et al., 2011). Si bien no existe un método estandarizado para ajustar los modelos de distribución, sí hay ciertos aspectos metodológicos a los cuales se les debe brindar mayor atención para generar modelos lo suficientemente buenos para resolver una pregunta de investigación. Algunos de ellos son: la calidad de los datos de presencia, el espacio geográfico y la resolución espacial, las variables ambientales, los ajustes para la calibración del modelo y la validación del modelo (Guisan y Zimmermann, 2000; Guisan y Thuiller, 2005). Los modelos pueden ser desarrollados para diferentes propósitos, como lo son el control de especies invasoras (Yiwen et al., 2016), el control de vectores transmisores de enfermedades (Li et al., 2017), investigación sobre cambio climático (Téllez-Valdés y Dávila-Aranda, 2003), estudios sobre conservadurismo de nicho (también llamado conservatismo de nicho; Warren et al., 2008), o bien, combinación de las anteriores (Capinha et al., 2013). El estudio del conservadurismo de nicho (la tendencia a ocupar nichos más semejantes que lo esperado por azar en especies cercanamente emparentadas; Wiens y Graham, 2005; Rödder y Engler, 2011), resulta de utilidad en el ámbito de la conservación ya que si dos o más especies comparten un espacio ambiental similar y coexisten geográficamente, entonces se podrían identificar sitios prioritarios para su conservación de manera más eficiente. Si existe conservadurismo de nicho, el costo y la 15 eficienciade conservación sería menor, por lo tanto el riesgo de extinción disminuiría; lo contrario si no existe conservadurismo de nicho. En el caso de P. chichipe y P. chende, se han hecho algunos MDP. Téllez-Valdés y Dávila-Aranda (2003) encontraron una posible reducción del área de distribución de ambas especies ante escenarios hipotéticos de cambio climático. Montes-Leyva et al. (2017) propusieron áreas de conservación de flora útil para el VTC usando MDP; incluyendo a P. chichipe. En el presente trabajo de investigación, se harán MDP específicos para cada una de las especies. Se explorará el conservadurismo de nicho como herramienta en el ámbito de la conservación. JUSTIFICACIÓN Aunque Polaskia chichipe y P. chende son nativas del VTC, en donde se haya una reserva de la biósfera, existen estimaciones y reportes que sugieren que podrían enfrentar algún grado de amenaza. Por ejemplo, ambas especies muestran una reducción de su distribución geográfica ante escenarios hipotéticos de cambio climático (Téllez-Valdés y Dávila-Aranda, 2003) y, aunado a lo anterior, se ha observado un aumento en la pérdida de cobertura vegetal en las áreas que habitan (Moreno-Calles et al., 2012). Tales fenómenos mermarían sus poblaciones a un ritmo que podría pasar desapercibido dado su largo ciclo biológico. La conservación de las poblaciones de Polaskia es de suma importancia. En primer lugar, se trata de dos especies que forman parte de los recursos alimentarios para las comunidades humanas del área (Cruz y Casas, 2002; Otero-Arnaiz et al., 2003; Carmona y Casas, 2005); en segundo lugar, para algunas de sus poblaciones se ha documentado que están bajo un proceso incipiente de domesticación (Cruz y Casas, 2002; Otero-Arnaiz et al., 2003; Carmona y Casas, 2005); en tercer lugar, son especies clave para el entendimiento de los sistemas agroforestales en zonas áridas (Moreno-Calles y Casas 2008, 2010; Moreno-Calles et al., 2012, 2013, 2014) y, en cuarto lugar, no se conoce alguna evaluación de su estado de conservación ni han sido incluidas dentro de alguna categoría de riesgo en la normatividad mexicana (NOM-059-SEMARNAT- 2010), mientras que internacionalmente sólo están incluidas en el Apéndice II del CITES y catalogadas como de Preocupación menor por la UICN. 16 Considerando lo anterior, es indispensable generar información con un enfoque integral que considere tanto variables ambientales como antropológicas, de tal modo que dichos estudios sirvan como base a los tomadores de decisiones para que se puedan elaborar planes de manejo adecuados que coadyuven a la conservación de ambas especies y la comunidad asociada a ellas. HIPÓTESIS La pregunta planteada en este trabajo es ¿cuál es el estado de conservación de P. chichipe y P. chende? Dado que la respuesta se limita a asignar una categoría de riesgo de extinción, no hay cabida para formular una hipótesis a priori. Sin embargo, en el proceso de evaluación, surgen dos hipótesis secundarias: La primera es en torno a la distribución de las especies. A pesar de que existen algunas poblaciones de ambas especies que coinciden geográficamente, P. chende se distribuye más al sureste y P. chichipe más al noroeste del VTC. La diferencia en la distribución geográfica de las especies probablemente representa una divergencia de las afinidades ambientales, o en otras palabras, por una divergencia en el espacio ambiental del nicho. Si esto es así, cabría esperar que los modelos de su distribución potencial, elaborados con variables ambientales, traslaparan poco o nada. La segunda hipótesis es enfocada a conocer el impacto del manejo in situ de ambas especies; lo cual, puede ser medido a través de su densidad poblacional. El manejo silvícola llevado a cabo por las comunidades humanas de la región contribuye a la conservación de P. chichipe y P. chende ya que mantiene estable la dinámica de la población. Si esto es así, cabría esperar que las densidades poblacionales de ambas especies y su volumen de copa fueran iguales o incluso mayores en zonas bajo manejo in situ que en zonas silvestres. 17 OBJETIVOS Objetivo general Evaluar el estado de conservación de P. chichipe y P. chende en el Valle de Tehuacán- Cuicatlán. Objetivos particulares Identificar características del hábitat de P. chichipe y P. chende. Identificar la distribución geográfica de P. chichipe y P. chende en el VTC. Determinar el grado de traslape de las distribuciones de P. chichipe y P. chende mediante MDP. Estimar la densidad poblacional y el biovolumen de P. chichipe y P. chende tanto en zonas silvestres como en zonas manejadas in situ. Determinar el disturbio antropogénico crónico en las poblaciones silvestres y bajo manejo in situ de P. chichipe y P. chende. MATERIALES Y MÉTODO El género Polaskia Polaskia es un miembro de la familia Cactaceae endémico de México, el cual incluye sólo dos especies: P. chichipe y P. chende (Arias et al., 2012). Ambas especies se distribuyen en los estados de Oaxaca y Puebla principalmente en el Valle de Tehuacán-Cuicatlán (VTC). Se han denominado “chichiperas” a las asociaciones vegetales de las que P. chichipe y P. chende son parte debido a que constituyen elementos dominantes del paisaje (Valiente-Banuet et al., 2000). Estas asociaciones están marcadamente restringidas a zonas que presentan suelos con afloramientos de basalto y entre altitudes que van de los 1600 a los 2300 m s.n.m. (Valiente- Banuet et al., 2000). Los individuos de Polaskia se caracterizan por ser columnares, de hasta ocho metros de alto, con tallos bien definidos verde grisáceos, costillados con numerosas ramificaciones desde la parte media (Arias et al., 2012). A nivel específico mantienen semejanzas de caracteres 18 morfológicos (Fig. 1). Las principales características que se usan para su identificación en campo son el número y altura de las costillas, el tamaño de la flor o el fruto, el tipo de brácteas de la flor, el grosor y la tonalidad del tallo (P. chichipe mantiene una tonalidad más opaca que P. chende). Un desglose de la taxonomía y descripción de las especies puede hallarse en el Anexo II. Fig. 1 Vista superior de una rama (1), flor (2) y fruto (3) de P. chende y P. chichipe. La mayoría de los individuos de P. chichipe y P. chende alcanzan su floración en invierno y principios de primavera, mientras que la fructificación es durante la primavera (Cruz y Casas, 2002; Otero–Arnaiz et al., 2003). La antesis y producción de néctar de ambas especies está directamente relacionada con la estacionalidad. Gudiño et al. (2011) mostraron que las variaciones de temperatura y luz a lo largo del día pueden ser claves para la antesis de Polaskia, por lo que una disminución en las temperaturas invernales y precipitaciones, tal como algunos P. chende P. chichipe 1 2 3 19 escenarios de cambio climático sugieren, podrían afectar los eventos de polinización, su reproducción y por lo tanto su distribución geográfica (Téllez-Valdés y Dávila-Aranda, 2003). Los frutos de ambas cactáceas son consumidos frescos, en agua o mermeladas. Asimismo, por su tamaño son usadas como cercas vivas y sus tallos sirven como fuente de combustible y forraje (los dos últimos para el caso de P. chichipe), principalmente para ganado caprino (Casas et al., 2001; Lira et al., 2009). Sitio de estudio El Valle de Tehuacán-Cuicatlán (VTC; Fig. 2) es el desierto más meridional de Norteamérica. Se encuentra al sureste del estado de Puebla y al noroeste del estado de Oaxaca. Si bien no existe un consenso en la delimitación exacta del VTC, comúnmente se han usado las cadenas montañosas que lo bordean como límites de su extensión (Villaseñor et al., 1990). El este y noroeste del VTC está demarcado por la sierra de Zongolica, la cual forma parte de la Sierra MadreOriental cuya geografía es la principal causa de la aridez del VTC ya que provoca el efecto de sombra orográfica impidiendo el paso de los vientos aliseos cargados de humedad proveniente del Golfo de México (Villaseñor et al., 1990). Al sur delimita con la Sierra Mixteca la cual también forma parte de la Sierra Madre Oriental y el Eje Volcánico Transversal (Villaseñor et al., 1990). A pesar de ser un valle, el relieve del área es muy complejo. El intervalo altitudinal va de los 500 a los 3200 m s.n.m., aunque cerca de 70% de área se ubica entre los 1500 y los 2400 m. El clima es predominantemente árido y semiárido con lluvias en verano, si bien el clima es ligeramente más húmedo al sureste del VTC. La temperatura media anual ronda los 18 y 22 °C; mientras que la precipitación promedio anual fluctúa entre 400-500 mm (Villaseñor et al., 1990; Valiente- Banuet et al., 2000; Dávila et al., 2002). En el VTC, cuya extensión abarca alrededor de 10 000 km 2 , se han registrado 57 especies de musgos (Delgadillo y Zander, 1984), 2,621 especies de la flora vascular y 207 taxa endémicos de plantas vasculares (Dávila et al., 2002; Méndez-Larios et al., 2004). Ningún otro desierto de Norteamérica cuenta con tal diversidad florística en tan poca extensión geográfica (Dávila et al., 2002; Méndez-Larios et al., 2004). Rzedowski (2006) la clasificó como provincia florística del Valle Tehuacán-Cuicatlán en la región xerofítica mexicana. 20 Fig. 2 Valle de Tehuacán Cuicatlán. La extensión del Valle (línea sólida negra) fue determinada con base en Dávila et al. (2002) y Méndez-Larios et al. (2004). Dentro de la provincia florística, 1605 especies fueron identificadas como plantas útiles (Casas et al., 2001; Lira et al., 2009). Ocho grupos étnicos radican en el área (INEGI, 2005). De hecho, en ella se hallan registros antropológicos sobre los primeros indicios de la agricultura en América, por lo que se ha propuesto que el VTC fue un centro de cultivo activo de varias plantas, como el maíz y las calabazas, desde aproximadamente hace 8,000 años (MacNeish y Eubanks, 2000; Neely y Castellon, 2014). Tal riqueza biocultural del VTC, ha generado que la región fuera declarada como Reserva de la Biosfera de Tehuacán-Cuicatlán (Diario Oficial de la Federación, 1998; Rzedowski, 2006) e incluso fuera categorizada como Patrimonio Mixto de la Humanidad por la UNESCO (UNESCO, 2018). 21 Actualmente, las actividades de subsistencia son la agricultura de riego y de temporal, la crianza de ganado caprino y bovino en sistemas de libre pastoreo y la recolección de productos forestales en sistemas manejados (agroforestales) y silvestres (Dávila et al., 2002). Frecuentemente, los productos obtenidos son comercializados a escala local y en ocasiones, cuando la producción es insuficiente, se importan productos de otras regiones aledañas (Torres, 2004; Moreno-Calles y Casas, 2010; Vallejo-Ramos, 2015). Para la evaluación del impacto antropogénico, en este estudio se usó el caso de la localidad de San Luis Atolotitlán, Municipio de Caltepec, Puebla (Fig. 3). La región se seleccionó porque 1) coexisten poblaciones de P. chende y P. chichipe, lo que, en términos económicos y temporales, resulta conveniente; 2) Se reconocen poblaciones silvestres y bajo manejo in situ de las especies, lo cual es ideal para el diseño de muestreo; 3) El pastoreo libre de cabras y ovejas se ha practicado desde hace décadas. Estos animales suelen alimentarse de varias plantas, incluyendo cactaceas y 4) Otros investigadores han realizado trabajos en la comunidad por lo que se facilita el trato con los pobladores. Fig. 3 Perspectiva de la zona de estudio. La imagen ha sido rotada para una mejor visualización, por lo que norte corresponde a la parte superior izquierda de la imagen. De manera general, las chichiperas bajo manejo se encuentran en las zonas cercanas al camino y con poca pendiente; las chichiperas silvestres se encuentran en zonas alejadas del camino y/o con mucha pendiente. Imagen de sombra tomada de Google. Imágenes ©2018 CNES/Airbus, DigitalGlobe. Hacia San Luis Atolotitlán Hacia Caltepec 22 San Luis Atolotitlán es una comunidad pequeña de origen náhuatl, aunque actualmente todos los pobladores son mestizos y el idioma común es el castellano. Según el censo de población y vivienda (INEGI, 2010), alrededor de 941 personas la habitan. Las principales actividades económicas que se practican son la agricultura de maíz y frijol, además de la crianza de ganado caprino y ovino. En la localidad pueden encontrarse 11 tipos de asociaciones vegetales; las chichiperas pueden encontrarse como sistemas manejados y zonas silvestres (Torres, 2004). Una descripción detallada de la comunidad puede encontrase en Torres (2004). Base de datos de presencias: Para identificar la distribución de las especies, es preciso conocer los registros de presencia resguardados en inventarios biológicos. Los datos de presencias se recopilaron de la Infraestructura Mundial de Información sobre Biodiversidad (GBIF por sus siglas en inglés), la Red Mexicana de Información sobre Biodiversidad (REMIB), así como de ejemplares depositados en el Herbario Nacional MEXU. Sólo se consideraron registros que contaran con un respaldo en alguna colección o bien, observaciones de las cuales se reportaba la identificación in situ por un experto. Es frecuente encontrar registros para los cuales la georreferencia se determinó a partir de la localidad dónde se colectó el material. La precisión de la georreferencia dependerá de quién haga la medición y en todos los casos presentará un error de georreferenciación con respecto al punto original de colecta. En los casos en los que se identificó que dos o más presencias provenían del mismo ejemplar y éste sólo contaba con información de la localidad, se eligió el dato de presencia cuyas coordenadas hubieran sido medidas con mayor precisión y que contara con mayor información. Así, por ejemplo, se prefirió un dato estimado a partir de una carta geográfica con escala 1: 50 000 a una de 1: 250 000; o bien, de preferencia un dato medido a partir de un software en contraparte a un dato medido a mano en una carta de 1: 50 000. Inicialmente se conformó una base de datos de 58 registros para P. chende y de 96 registros para P. chichipe. Esta base puede descargarse dirigiéndose a la siguiente liga digital https://www.dropbox.com/sh/tdogofkid8ok99m/AAAb4bi-oDbslnQ5oUSNgdQfa?dl=0, o bien, puede ser solicitada al autor de este trabajo. En el caso de P. chichipe se excluyeron dos registros a pesar de contar con todos los elementos de selección ya que se ubicaban geográficamente a más de 70 km del VTC por lo que se consideraron errados en el registro original o como registros 23 atípicos. Si bien pudieron descargarse varios registros a través de la plataforma GBIF, aproximadamente la mitad fueron descartados por no cumplir con los requisitos establecidos previamente o bien por ser duplicados de otros registros. Para reducir el agrupamiento espacial de los registros, se mantuvo sólo un registro por cada km 2 . Este tamaño fue elegido debido a que las capas ambientales para estimar la distribución potencial tuvieron 30 arc seg de resolución. El número de registros para evaluar tanto las características del hábitat, la distribución conocida y la distribución potencial de ambas especies, después del filtrado espacial, fue de 41 para P. chende y 58 para P. chichipe. Características del hábitat: El hábitat puede caracterizarse por medio de las especies que coexisten espacialmente junto con Polaskia y por medio de las variables scenopoéticas (que ponen el escenario ambiental; sensu Hutchinson, 1978) que existen en el espacio geográfico. Las primeras han sido descritas antes, principalmente en referencia a la comunidad vegetal denominada chichipera (Valiente-Banuetet al., 2000). Mientras que de las segundas no se hallaron reportes. Por ello, se identificaron los valores para 34 variables de los sitios donde se han observado las especies. Con el software QGIS (QGIS Development Team, 2015) se realizó una extracción de capas raster de clima, suelo, nubosidad y relieve con los registros geográficos de las especies. La resolución de las capas fue de 30 arc seg, lo que equivale aproximadamente a 900 m. Se valoraron 19 variables climáticas (Cuervo-Robayo et al., 2014), nueve de propiedades del suelo (Cruz-Cárdenas et al., 2014), tres de nubosidad obtenidas con percepción remota (Wilson y Jetz, 2016) y tres topográficas (GTOPO web; Cruz-Cárdenas et al., 2012). Las variables se resumen el Cuadro 1. Características de la distribución geográfica conocida y potencial: La distribución conocida se estimó a partir de la extensión de presencia (EOO) y el área de ocupación (AOO; retícula de 2x2 km según los estándares de IUCN Standards and Petitions Subcommittee, 2017), las cuales se calcularon con GeoCAT (Geospatial Conservation Assessment Tool), una herramienta desarrollada en conjunto por el Real Jardín Botánico de Kew, el Museo de Historia Natural de Reino Unido y la empresa Vizzuality (Bachman et al., 2011). GeoCAT ha sido usada en otras ocasiones para evaluar la distribución de diferentes especies (Leopardi et al. 2012; Trias-Blasi y Suksathan, 2013; Alvarado-Cárdenas et al., 2017). 24 La distribución potencial de las especies se estimó mediante la elaboración de MDP. Para la calibración de los MDP, inicialmente se valoraron las 34 variables del Cuadro 1. Sin embargo, el número de variables se redujo a 23 pues se encontró que algunas de ellas se correlacionaban (Anexo III). El análisis de correlación se realizó con el programa R (R core team, 2017). Se identificaron las variables que estuvieran asociadas en 90% o más. La 23 variables se seleccionaron de acuerdo a los siguientes criterios: 1) Se dio prioridad a seleccionar las variables que midieran la dispersión de los valores de temperatura y precipitación antes que los promedios anuales, esto debido a que, téoricamente, son una medida que indica la variación ambiental que soportan las especies. 2) Se prefirió la selección de capas de temperaturas mínimas sobre las máximas debido a que las cactáceas son más susceptibles a las heladas que a las altas temperaturas. 3) Se le dio prioridad a las variables mensuales sobre las trimestrales, debido a que brindan más información sobre las características ambientales y al estrés climático al que están sometidos las cactáceas en un menor periodo de tiempo. Cuadro 1 Variables usadas para la descripción del hábitat. El asterisco indica las variables usadas en la calibración de los modelos para ambas especies. Clasificación Variable unidad Símbolo Clima Temperatura promedio anual °C Bio01 Oscilación diurna de temperatura °C Bio02* Isotermalidad °C Bio03* Estacionalidad de la temperatura coeficiente de variación en % Bio04* Temperatura máxima promedio de la semana más cálida °C Bio05 Temperatura mínima promedio de la semana más fría °C Bio06* Oscilación anual de temperatura °C Bio07* Temperatura promedio del trimestre más lluvioso °C Bio08 Temperatura promedio del trimestre más seco °C Bio09 Temperatura promedio del trimestre más cálido °C Bio10 25 Temperatura promedio del trimestre más frío °C Bio11 Precipitación anual mm Bio12 Precipitación de la semana más lluviosa mm Bio13* Precipitación de la semana más seca mm Bio14 Estacionalidad de la precipitación coeficiente de variación en % Bio15* Precipitación del trimestre más lluvioso mm Bio16* Precipitación del trimestre más seco mm Bio17 Precipitación del trimestre más cálido mm Bio18* Precipitación del trimestre más frío mm Bio19* Suelo Materia orgánica % Mexmo Conductividad eléctrica dS m -1 Mexce* Relación de absorción de sodio % Mexras* pH MexpH* Carbono orgánico kg m -2 Mexco* Potasio cmol L -1 MexK* Sodio cmol L -1 MexNa* Magnesio cmol L -1 MexMg* Calcio cmol L -1 MexCa* Nubosidad Nubosidad anual media % de días nublados Nma* Variabilidad intra anual % de días nublados Nintra* Variabilidad inter anual % de días nublados Ninter* Relieve Altitud m Alti Pendiente grados Pendi* Orientación grados Ori* Los MDP se realizaron mediante el programa MaxEnt (Phillips et al., 2004). Primero se identificó el modelo que mejor se ajustara a los datos de cada especie (modelo calibrado) y 26 posteriormente se compararon dichos modelos para conocer su grado de traslape. El área de calibración (M) fue un rectángulo con coordenadas extremas 17° 17’ y 18° 57’ N, -97° 57’ y -96° 36’ O. Este recuadro abarca el VTC (Fig. 2) y fue definida con base en las cuadriculas usadas en otros estudios (Villaseñor et al., 1990; Dávila et al., 2002, Montes-Leyva et al., 2017). No se consideró que existieran limitantes de dispersión dentro de los límites de la M ya que estas especies son dispersadas por aves y murciélagos (Rojas Martínez et al., 2012). Selección de un modelo calibrado: Generar un modelo con los ajustes que MaxEnt tiene predeterminados, no es lo más adecuado para todas las especies. Por ello, es recomendable calibrar el modelo específicamente para la especie objetivo. Se probaron cinco valores para el multiplicador de regularización: 1, 2, 3, 4 y 5. Los valores del multiplicador de regularización controlan el ajuste del modelo. Mientras mayor sea el valor, menor será el sobreajuste y visceversa. Los valores mencionadosfueron elegidos arbitrariamente, pero con base en otros estudios que han probado valores similares (Radosavljevic y Anderson, 2014; Yiwen et al., 2016). Otros ajustes realizados fueron el tipo de remuestreo (bootstrap y random seed, manteniendo 75% de los registros para el calibrado y 25% para la validación del modelo), con 1500 iteraciones, no clamping y no extrapolate. Los dos últimos son debido a que no se realizará ninguna proyección a otro espacio geográfico y con ello se considera una postura precavida que se limita a modelar sólo con los valores ambientales recuperados de los registros de presencia (Owens et al., 2013). Se realizaron cinco réplicas para cada valor de regularización. Con el ajuste anterior, se obtuvieron 25 modelos para cada especie, los cuales se compararon mediante el criterio de información Akaike corregido (AICc) con ENMtools (Warren et al., 2010) usando las salidas raw de MaxEnt. A partir de lo anterior, se seleccionó el modelo con el valor más pequeño. Con el valor de regularización seleccionado, y los mismos ajustes mencionados arriba, se generaron 10 réplicas y su mediana fue considerada el modelo final, al cual se le llamará en adelante el modelo calibrado. Se evaluó cada réplica mediante el AUC (área bajo la curva) de la curva ROC (Receiver Operating Characteristic), la prueba de ROC parcial con la herramienta NicheToolBox (Osorio et al., 2018; proporción de omisión 0.05, 50% de puntos aleatorios y 100 iteraciones) y una prueba binomial usando el umbral de corte 10 percentil de las presencias de entrenamiento (Phillips et al., 2006; Alvarado-Cárdenas et al., 2017). 27 Traslape de nicho: Para conocer el traslape entre las distribuciones de las especies, se realizó una prueba de traslape de nicho, usando ENMtools, con los modelos calibrados de cada especie (Warren et al., 2010). Los valores de la medida D de Schoener y la I de Hellinger se usaron para estimar la similitud de nicho tal como lo sugieren Warren et al. (2008). Un valor igual a 1 indicaría que los modelos son idénticos, mientras que un valor igual a 0 indicaría que los modelos son totalmente diferentes. Además, para descartar que el traslape de los modelos se debiera al azar, se realizaron 100 modelos para cada especie con una muestra mezclada de losregistros y se obtuvieron las medidas D de Schoener y la I de Hellinger para cada uno de estos 100 modelos. Los valores de D e I de los modelos calibrados se compararon con la distribución obtenida de los valores de D e I de los 100 modelos y con ello se estimó la significancia estadística. Este método es descrito a mayor detalle por Warren et al. (2008, 2010). Características de la densidad y el biovolumen poblacional : Para estimar la densidad poblacional se realizaron 19 transectos de 100 x 2 m en la localidad de estudio y se registró la presencia de los individuos (número de individuos en 200 m 2 ). Posteriormente se promediaron las densidades de los transectos por especie y el resultado se transformó a individuos por hectárea. Las densidades de cada especie se reportaron para las poblaciones silvestres y las que están bajo manejo in situ. Con los datos obtenidos de los transectos, en el conjunto de las poblaciones silvestres y manejadas, se infirió su densidad en el AOO. Estimar la talla de los organismos puede ser útil en los casos en que las especies presentan algún manejo o incluso en estudios de dinámica poblacional. Si bien la altura y el número de ramas son medidas útiles para las especies monopódicas, en especies arborescentes (candelabriformes: con una gran cantidad de ramas) como en los géneros Pachycereus, Polaskia o Escontria, las medidas mencionadas resultan inadecuadas. Por ejemplo, para especies con alto grado de ramificación la altura no es representativa de la talla del organismo mientras que el conteo de ramas o la medición de la longitud total acumulada pueden ser costosos, tardados, confusos e inexactos. Por lo anterior, se han propuesto otros métodos más sencillos para estimar la talla de cactaceas arborescetes, tal es el caso de la cobertura (Jiménez-Sierra et al., 2009) o el volumen de copa (de ahora en adelante biovolumen; Petit, 2001). 28 Dado que el presente trabajo estaba limitado a un año de trabajo en campo, se optó por usar el biovolumen como medida de la talla de la planta. Para sustentar la anterior decisión, se realizó un análisis de correlación entre el biovolumen y el número de ramas para una muestra de individuos de cada especie. La altura se midió con un estadal (marca Geosurv de 5 m) el cual se colocó cerca de la base del tronco y se tomó la medida de mayor altura. El diámetro se obtuvo de dos medidas horizontales y ortogonales entre sí de la copa (flexómetro marca Lufkin de 10 m). Con las medidas anteriores se obtuvo el biovolumen asumiendo que las plantas se asemejan a la forma de un cono (Fig. 4). Para comparar el biovolumen de las plantas entre zonas manejadas y zonas silvestres, se realizó una prueba de Mann Withney usando los promedios de biovolumen por transectos de 200 m 2 para cada especie. Fig. 4 Toma de datos para la estimación del volumen de la copa. En la formula V es el biovolumen; h es la altura y r es el radio de la copa. Impacto de la actividad humana: Para medir la intensidad de diferentes actividades humanas en zonas silvestres y de manejo in situ, se utilizó el método desarrollado por Martorell y Peters (2005, 2009). Este método cuantifica el disturbio antropogénico crónico (DAC) por medio de características del entorno que se agrupan en actividades humanas, crianza de ganado y degradación del suelo (Cuadro 2). Se 𝑉 = ℎ𝜋𝑟2 3 29 consideraron 10 características de las 15 originales ya que fueron las que se lograron medir en campo. Las variables fueron registradas en 34 transectos de 50 m tanto en poblaciones silvestres como en poblaciones bajo manejo in situ. Los datos obtenidos fueron estandarizados y sometidos a un análisis de componentes principales (ACP) con el fin de buscar condensar la variabilidad de los datos de disturbio en una única variable que sintetizara la intensidad del disturbio causado por el humano. Cuadro 2 Variables para cuantificar el DAC Agente Símbolo Descripción Actividades Humanas FUEL Fracción de plantas cortadas con machete sobre un transecto de 50 x 1 m TRAN Número de senderos humanos que cruzan el transecto de 50 m dividido por 50 (senderos por metro) TRAS Cubierta de los senderos usados por la gente estimado con el método de línea de intercepto en un transecto de 50 m PROX Reciproco de la distancia al asentamiento más cercano (km); para distancias > 1 km, PROX = 1 Crianza de Ganado BROW Frecuencia de plantas con evidencia de ramoneo sobre un transecto de 50 x 1 m LTRA Número de senderos para ganado que cruzan el transecto de 50 m dividido por 50 (senderos por metro) CATT Frecuencia de estiércol de bovinos y equinos en 10 cuadrantes de 1 x 1 m ubicados aleatoriamente GOAT Frecuencia de estiércol de caprinos y ovinos en 10 cuadrantes de 1 x 1 m ubicados al azar COMP Compactación del suelo causada por el ganado medida como un cociente de la velocidad de infiltración de agua en un sendero de ganado y suelo sin evidencia de pisoteo Degradación del suelo EROS Cubierta superficial de suelo erosionado medida como la fracción de 20 puntos ubicados aleatoriamente que ocurren sobre áreas altamente erosionadas (roca desnuda) Estado de conservación Se evaluó el estado de conservación con los criterios establecidos en el Método de Evaluación de Riesgo de Extinción de Plantas en México (MER-Plantas) de la NOM-059 y considerando algunos de los criterios de la UICN (IUCN Standards and Petitions Subcommittee, 2017). La información presentada en las secciones anteriores fue la base para realizar la categorización de las especies. La evaluación completa según la NOM-059 puede consultarse en el Anexo IV. 30 RESULTADOS Características del hábitat: Un resumen de las características del ambiente en el que se encuentran las poblaciones se muestra en la Figura 5. Grosso modo, se observa que los registros que se conocen de P. chende muestran una mayor amplitud ambiental, aunque para la mayoría de las variables no se observaron diferencias significativas entre las medias. Esto se deduce al comparar las desviaciones estándar de las variables ambientales, ya que se sobreponen en la mayoría de los casos. Estos resultados muestran que P. chichipe mantiene un intervalo de afinidades ambientales mucho más estrecho que P. chende. Con respecto a la precipitación, P. chende se encuentra en zonas con mayores captaciones de lluvia, mientras que P. chichipe habita en lugares ligeramente más secos. Sobre la altitud, P. chende se encuentra desde los 612 hasta los 2608 m s.n.m, pero P. chichipe sólo se ha registrado entre los 1178 y los 2281 m s.n.m. Las variables de suelo y nubosidad son similares en ambas especies. Se encuentran en suelos de escasos nutrientes y con un pH cercano a neutro. Los cielos son nublados entre 40 y 50 % de los días al año. En el caso de la orientación, no existen suficiente evidencia para rechazar una distribución circular uniforme (Pueba de Rayleigh p = 0.38 para P. chende y p = 0.52 para P. chichipe), por lo que se infiere que no existen diferencias en esta variable, al menos a escala regional. Fig. 5 Resumen gráfico de las características ambientales del hábitat de P. chichipe y P. chende. Se muestra la comparación entre las dos especies para cada una de las 34 variables. Los puntos negros indican valores atípicos (más allá de 1.5 por el rango intercuartil). 31 Fig. 5. Continuación 32 Fig. 5. Continuación 33 Fig. 5. Continuación Características de la distribución geográfica conocida y potencial: Las estimaciones de AOO y EOO se muestran en el Cuadro 3, en donde se observa que P. chende tiene una distribución más amplia que P. chichipe. Ésta última se concentra mayoritariamente en la región central del VTC, donde predomina un clima árido, mientras que P. chende es más abundante en la región sureste del VTC, donde el clima
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