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IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN AA LLAA EECCOOLLOOGGÍÍAA DDEELL PPAAIISSAAJJEE UUnn MMaarrccoo ddee IInntteeggrraacciióónn ppaarraa llooss LLeevvaannttaammiieennttooss EEccoollóóggiiccooss AANNDDRRÉÉSS EETTTTEERR Bogotá, 1991 Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter i PRESENTACIÓN Este documento fue originalmente preparado cuando empecé a dictar los cursos de ecología del paisaje en los programas de posgrado del Centro Interamericano de Fotointerpretación (CIAF) anexo al Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) en Bogotá, entre 1987 y 1990. El objetivo del documento era poner a diusposición de los participantes en mis cursos de unas Notas de Clase que recogieran el enfoque propuesto por los ecólogos dedicados a una visión más espacial e integrada. Asimismo buscaba aclararme las posibilidades de aportar desde una visión más ecosistémica a la planificación del uso del paisaje y de la conservación. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 1 Contenido 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 3 2. HISTORIA Y DESARROLLO ...................................................................................................... 5 2.1 GENERALIDADES .................................................................................................................. 5 2.2 LA ECOLOGÍA DEL PAISAJE Y LOS LEVANTAMIENTOS ECOLÓGICOS INTEGRADOS ..................................................................................................................................... 8 3. MARCO CONCEPTUAL GENERAL ........................................................................................ 10 3.1 TEORIA GENERAL DE SISTEMAS..................................................................................... 10 3.2 LOS SISTEMAS COMPLEJOS.............................................................................................. 14 4. ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL PAISAJE ....................................................... 15 4.1 ASPECTOS GENERALES ..................................................................................................... 15 4.2 ESTRUCTURA DE LOS PAISAJES (PATRONES ESPACIALES) .............................................. 21 4.2.1 PARCHES ....................................................................................................................... 26 4.2.2 CORREDORES ................................................................................................................. 29 4.2.3 MATRIZ ............................................................................................................................ 30 4.3 ECOTONOS: LÍMITES Y TRANSICIONES ENTRE UNIDADES DE PAISAJE ............... 31 4.4 FRAGMENTACIÓN ............................................................................................................. 32 4.5 PRINCIPIOS GENERALES EMERGENTES DE LOS PAISAJES ....................................... 34 4.6 NIVELES TRÓFICOS Y LA ESTRUCTURA ECOSISTÉMICA ......................................... 35 4.7 FUNCIÓN Y DINÁMICA DE LOS FLUJOS ......................................................................... 36 4.8 LAS ACTIVIDADES HUMANAS Y EL PAISAJE ............................................................... 43 4.9 LA TEMPORALIDAD Y EL CAMBIO EN LOS PAISAJES ................................................ 49 5. INDICADORES ECOLÓGICOS ................................................................................................ 56 6. BIODIVERSIDAD Y ECOLOGÍA DEL PAISAJE .................................................................. 58 7. LEYES ECOLÓGICAS Y PAISAJE .......................................................................................... 62 8. MANEJO ECOSISTÉMICO ....................................................................................................... 64 9. TIPOLOGÍA Y SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DEL PAISAJE ...................................... 65 10. METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO INTEGRADO DEL PAISAJE ........................... 68 10.1 GENERALIDADES ................................................................................................................ 68 10.2 FUENTES DE INFORMACIÓN ............................................................................................ 69 10.3 NIVELES DE ANÁLISIS ....................................................................................................... 70 10.4 METODOLOGÍA DE LEVANTAMIENTO .......................................................................... 73 Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 2 GENERALIDADES ......................................................................................................................... 73 PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................... 76 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ............................................................................................. 79 LAS LEYENDAS Y DIAGRAMAS ECOLÓGICOS.......................................................................... 81 MODELOS FUNCIONALES DEL PAISAJE .................................................................................. 83 11. EJEMPLOS DE APLICACIÓN .............................................................................................. 86 11.1 LEVANTAMIENTO ECOLÓGICO DEL AREA DE COLONIZACIÓN DE SAN JOSÉ DEL GUAVIARE (COLOMBIA) (VER FIG.39) ................................................................................. 86 11.2 LEVANTAMIENTO ECOLÓGICO DE BAOULE (MALI) (VER FIGURA 40) ...................... 86 11.3 ESTUDIO ECOLÓGICO DE LAS DEHESAS (ESPAÑA) (VER FIG.41) .............................. 87 12. REFERENCIAS ........................................................................................................................ 88 Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 3 1. INTRODUCCIÓN El presente escrito pretende servir como introducción conceptual y metodológica general a los levantamientos ecológicos o estudios eco-geográficos desde una perspectiva holística, basada en los aportes y avances desarrollados por la Teoría Ecológica del Paisaje. En la actualidad ha surgido una necesidad creciente de entender los ecosistemas y los procesos ecológicos de forma integrada, para poder así orientar y apoyar efectivamente los procesos de conservación y producción, en el marco de la Planificación Territorial y el Manejo Ecosistémico. Ante la creciente intervención y transformación de los ecosistemas silvestres por parte del hombre, la cual ha llegado a afectar significativamente los procesos ecológicos locales y regionales, e inclusive los planetarios globales, se hace urgente la planificación de las actividades humanas y el monitoreo de sus efectos, en sus contexto espacial y temporal. La Ecología del Paisaje (EP) busca aportar para este fin, un marco de integración a través de la aplicación de conceptos unificadores e interdisciplinarios, y de la incorporación de los avances tecnológicos disponibles para el estudio de los ecosistemas, como los Sensores Remotos y los Sistemas de Información Geográficos. La EP se ha venido consolidando durante los últimos 40 años en un marcocientífico interdisciplinario, que busca abordar la compleja relación de las sociedades humanas y sus espacios de vida, de manera que permita estudiar y entender los ecosistemas naturales y sus diversos grados de transformación antropogénica, cada día más extendidos. Tal como lo plantea Zonneveld (1982, 1995), la Ecología del Paisaje implica a la vez que un enfoque científico, también una actitud y un estado mental holístico hacia el conocimiento del Paisaje y los fenómenos ecosistémicos. Este hecho determina que siendo la Ecología del Paisaje en su esencia de carácter transdisciplinario 1 , lo fundamental se centra en la necesidad que los profesionales de las diferentes disciplinas conciban el PAISAJE como una entidad compleja pero coherente en su "totalidad", que no es cognoscible en función de los componentes aislados de su contexto global. En este sentido debe entenderse que uno de los objetivos centrales de este enfoque es que, partiendo de una formación disciplinar rigurosa, se pretende acceder a una visión de conjunto que permita contextualizar lo disciplinar, y al mismo tiempo servir como canal de comunicación para la construcción de una interdisciplinaridad real en la práctica. La ecología como ciencia centrada inicialmente de la biología, no ha escapado a la tendencia de la especialización disciplinaria, hablándose de Ecología animal, Ecología vegetal, incluso Eco- fisiología. Sin embargo la Ecología entendida como el estudio del nivel ecosistémico de la realidad, que implica sistemas complejos de interacción entre factores físicos, biológicos y antropogénicos en el 1 En el sentido de: Bateson 1993. Una Unidad Sagrada. Gedisa, Barcelona. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 4 espacio geográfico, requiere que se trascienda necesariamente esta visión disciplinar. Es por esto que la Ecología entendida como Ciencia Ambiental (Environmental Science) no puede concebirse sino como un marco científico de sistemas interdiciplinarios, más que como una ciencia en el sentido tradicional, donde se recogen numerosos conceptos y métodos de diferentes disciplinas. Igualmente debe entenderse que es la medida que el hombre es un actor, factor moldeador y transformador de los ecosistemas, no solamente por parte de los “científicos” sino de la población en general, la Ecología del Paisaje debe llegar incluir dentro de su noción de interdisciplinaridad los saberes que no están expresamente formalizados por la ciencia como institución. De hecho muchas veces se acerca más a la concepción unificada la visión de grupos indígenas o campesinos, que la de muchos científicos especializados. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 5 2. HISTORIA Y DESARROLLO 2.1 GENERALIDADES La Ecología podría definirse hoy en día, más que como una ciencia en sí, como un marco científico de síntesis que se dedica al estudio de los sistemas de la Tierra conformados por los organismos vivientes y el entorno inanimado con el cual interactúan directa o indirectamente. Teniendo en cuenta que los organismos incluyen también al hombre, los sistemas con los que debe tratar la Ecología, son amplios y cubren múltiples temáticas. Con base en estas consideraciones se conforma hoy en día como un campo de conocimiento transdisciplinar. Según Holling (1998), la Ecología es una “ciencia en transición”, en la que escuelas previamente separadas se están ligando a través de múltiples escalas de conocimiento (fisiología hasta paisaje). La “Ecología Biológica” se está combinando con las “ciencias ambientales”, y con las temáticas sociales y económicas. Llega en un momento en que las políticas y la acción requieren armonizar la interacción entre el hombre y la “naturaleza” a escalas poco trabajadas, desde lo regional a lo global. Adoptamos aquí la definición de Ecología, como: “el campo de conocimiento de la composición, estructura y funcionamiento de los ecosistemas”. El concepto de Ecología, fue acuñado y originalmente utilizado por el zoólogo alemán Haeckel en 1866, para referirse al estudio de un animal(es) y sus relaciones con el entorno que hoy formaría parte de lo que se conoce como Ecología Animal. La Ecología del Paisaje (Landscape Ecology) es una escuela reciente del pensamiento ecológico, que ha venido consolidándose a partir de los años 50 y 60's. Uno de los precursores y conceptualizadores de esta corriente del pensamiento ecológico fue el geógrafo alemán K. Troll, quién identificó la necesidad de llegar una visión integral de los ecosistemas, para poder realizar estudios apropiados que permitieran entender mejor el funcionamiento del paisaje como un todo. Fue sin embargo el naturalista A. von Humboldt (1810), el primero en utilizar el concepto de paisaje (Landschaft, en alemán) en un contexto científico, definiéndolo como "el carácter íntegro de una porción de la Tierra". Troll (1950) partió fundamentalmente de la premisa, que el paisaje es una entidad integrada (holística), en el sentido de ser más que la suma de unos componentes biofísicos y antrópicos interactuantes (clima, litología, suelo, vegetación, actividades humanas,...), debiendo por tal razón concebirse y estudiarse como tal. Para lograr este objetivo comprendió y asumió la conveniencia de complementar, los enfoques de los geógrafos y los de los biólogos contemporáneos por entonces llamados "ecólogos", de manera a poder formular una verdadera Ecociencia. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 6 La introducción de la dimensión geográfica, espacial, al concepto de ECOSISTEMA fue uno de los puntos de partida importantes para el logro de una mejor aplicación del enfoque ecosistémico propuesto por Tansley a comienzos de siglo. Fue así como en la práctica, la Ecología del Paisaje permitía combinar la aproximación horizontal del análisis espacial de los fenómenos naturales empleado por los geógrafos, con la aproximación vertical del análisis funcional de los biólogos, introduciendo de esta manera el concepto de ecótopo (Troll 1950), definido como la mínima unidad de territorio con funcionalidad ecológica. El concepto de paisaje siguió desarrollándose y generando poco a poco un cuerpo teórico más coherente gracias a los aportes de Hills (1960 1976), Neef (1967), Schmithüsen (1963), Leser (1978) Zonneveld (1979), Naveh y Lieberman (1984), Betrand (1968), entre otros. Los enfoques de análisis integrado del paisaje empezaron a ser aplicado en la CSIRO de Australia en 1958 con la introducción del "Land System Approach" (Christian 1958, Christian y Stewart 1968). Posteriormente en el Canadá a través del Lands Directorate se diseñó la "Ecological (Biophysical) Land Classification". También en Alemania (Buchwald 1968) y en el ITC de Holanda (Zonneveld 1960, 1972, 1979; Goosen 1967), y el CIAF (Botero y otros 1977), se elaboraron esquemas metodológicos que se han aplicado en numerosos estudios de caso. Aunque varios de estos intentos surgieron de manera semi-independiente y con diferentes alcances, sin embargo todos han ido en busca de lo mismo: una aproximación más integral al estudio del paisaje. A partir de los años 80 se han empezado a diferenciar tradiciones en el desarrollo de la Ecología del Paisaje: la europea anglosajona (Zonneveld, Leser, Naveh, Neef, entre otros) y la norteamericana (Risser, Forman, Turner, Wiens entre otros). A la fecha el trabajo más comprensivo que se ha desarrollado sobre la temática en cuestión, es el de Farina (1998), en el cual se realiza con éxito de realizar una fusión dela concepción ecosistémica europea y americana, mostrando las enormes posibilidades y alcances. Turner (1989) por su parte muestra como la historia de los estudios ecológicos provee las bases para el estudio de los patrones espaciales y los procesos a nivel Paisaje. Sin embargo, enfatiza que el énfasis se centraba en la descripción de los procesos que crean los patrones de distribución observados en la biota, mientras que los efectos explícitos que tienen los patrones espaciales en los procesos ecológicos no han sido convenientemente abordados. Plantea que la ecología del paisaje hace énfasis en el estudio de los procesos ecológicos relacionados con los patrones espaciales de configuración de los paisajes. Entre los principios básicos en los que se fundamenta la Ecología del Paisaje se incluyen los siguientes: Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 7 - El paisaje se considera como una entidad espacio-temporal integrada, cuya expresión morfológica y funcional se debe fundamentalmente a las relaciones que se dan entre sus componentes, y no a una suma de las cualidades de estos. - El hombre es uno de los factores formadores del Paisaje, en especial de los paisajes culturales o transformados. - Un diagnóstico ecológico integrado y una planificación prospectiva del uso de la tierra que garantice la conservación y el uso sostenido de los recursos, sólo pueden lograrse mediante un enfoque integral. - Si se mira en sentido histórico la evolución de la "visión ecológica" (cosmovisión) ha pasado por diferentes estadios a lo largo de la historia: Antropocéntrica - Algunas religiones y escuelas de pensamiento médico y antropólogos del siglo XX. Zoocéntrica/Fitocéntrica -Haeckel, Tansley, Clements, (Biólogos s. XX; Naturalistas s. XIX). Biocéntrica - Biólogos s. XX (Zoólogos, Botánicos) Naturocéntrica - Biólogos, Geógrafos Físicos Pedólogos s. XX Integral - Naturalistas s. XIX (Humboldt) - Ecología del paisaje s. XX (Geógrafos, biólogos, agrónomos) - Cosmovisiones orientales Los enfoques de estudio del paisaje (ecosistema) incluyen en términos generales varias corrientes: - Espacial descriptivo (cualitativo) Geógrafos - Funcional (cuantitativo) Biólogos, Geomorfólogos, Hidrólogos, Edafólogos, Agrónomos - La combinación de las dos anteriores Ecología del paisaje Entre las diferentes definiciones de ecosistema, que muestran en buena medida las diferencias de enfoque que recibe el tema se tienen las de: - Tansley: "El concepto de ecosistema no se refiere solamente al complejo de organismos vivos, sino también al complejo total de factores físicos que conforman lo que llamamos el ambiente o entorno". Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 8 - Odum:”Un ecosistema es cualquier unidad (funcional) que incluye a todos los organismos en un área dada, y que están interactuando con el ambiente físico, de manera que los flujos de energía lleven a una estructura trófica, diversidad biótica y ciclos materiales bien definidos, dentro de un sistema ecológico". - Lindeman: "Un ecosistema es cualquier sistema compuesto por procesos físicos, químicos y biológicos activos dentro de una unidad espacio-temporal". Originalmente el concepto de Sistema Ecológico (o Ecosistema), fue más aplicado a los sistemas naturales (o a los procesos y componentes naturales de un paisaje), conceptualización de la cual se marginaban los aspectos relacionados con el hombre y sus actividades. Con el surgimiento y la aplicación de la concepción holística y sistémica, se comprendió que esta visión era incompleta. Por otra parte cada día la extensión de los paisajes culturizados que han resultado de la transformación y la destrucción de los ecosistemas naturales por parte del hombre ha aumentado, de manera que el papel del hombre como factor formador del Paisaje adquiere mayor trascendencia en la configuración ecosistémica. Hoy en día alrededor de un 50 % de los ecosistemas terrestres del planeta están representados por "Paisajes Culturales" o ecosistemas transformados, en los cuales el hombre a través de la transformación de la cobertura vegetal principalmente, ha modificado sustancialmente su composición y los procesos ecológicos. En 1970, Egler introdujo el concepto del Ecosistema Total Humano (The Total Human Ecosystem), según el cual el Hombre y su entorno total forman una unidad en la naturaleza que como tal, debe estudiarse como una totalidad. 2.2 LA ECOLOGÍA DEL PAISAJE Y LOS LEVANTAMIENTOS ECOLÓGICOS INTEGRADOS Tradicionalmente los levantamientos llamados "integrados", regionales o rurales, se han realizado por medio del análisis separado de algunos de sus factores (suelos, vegetación, clima, demografía,...), encomendando cada tema a especialistas en los diferentes campos. En una fase posterior, y una vez adquiridos los diferentes informes, se realiza una adición más que una integración de la información, lo cual reduce sensiblemente las posibilidades de análisis y de síntesis global, y de esta manera el conocimiento real de un área. El mayor limitante de estas aproximaciones a los levantamientos rurales, es la falta de una visión de conjunto de los especialistas participantes debido a inexistencia de un marco teórico integrador. La progresión histórica general del desarrollo metodológico que han seguido los levantamientos (ecológicos) para la evaluación y el manejo de los paisajes, pueden esquematizarse como sigue: Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 9 Dentro de las últimas fases de desarrollo de los levantamientos ecológicos la Ecología del Paisaje ha venido jugando cada día un papel más significativo. La importancia de la Ecología del Paisaje reside precisamente en el hecho que aporta un marco de integración, que hace factible la visión de conjunto de los ecosistemas desde ángulos o disciplinas diversas. El papel de la Ecología del Paisaje en los levantamientos ecológicos y en la evaluación de tierras, puede resumirse en los siguientes aspectos: a) Aporta un marco conceptual, teórico-metodológico transdiciplinario. b) Permite una aproximación integral y sintética. c) Utiliza un enfoque metodológico basado en el trabajo interdisciplinario integrado de "especialistas con visión de conjunto". d) Su finalidad es una aproximación prospectiva al uso racional de los recursos naturales a través de la planificación de un uso sustentable del paisaje. Los objetivos de estudio y aplicación de la Ecología del Paisaje, no son los de formar "ecólogos" o "generalistas sabios" que dominen todos los temas, más si la de formar especialistas con un marco conceptual que haga posible alcanzar un enfoque homogéneo de integración. Se trata pues de desarrollar especialistas con una buena visión de conjunto, que mediante un enfoque integrador facilite entender el papel que cada uno debe jugar en el proceso del conocimiento amplio de los ecosistemas. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 10 3. MARCO CONCEPTUAL GENERAL 3.1 TEORIA GENERAL DE SISTEMAS La base epistemológica general de la Ecología del Paisaje (EP) está dada por la Teoría General de Sistemas (TGS) (von Bertalanffy 1968). La EP se basa en la concepción sistémica y holística de la realidad, en particular del paisaje. Este marco teórico considera que la realidad esta compuesta por unidades ordenadas en una estructura sistémica de jerarquías.El enfoque conceptual de visión global ha surgido como una respuesta a las aproximaciones atomistas ó cartesianas que han prevalecido en la ciencia moderna. Sin embargo, las aproximaciones de tipo holístico ya se habían dado durante las etapas tempranas del pensamiento científico (Grecia), pero era un enfoque holístico de tipo descriptivo y cualitativo. La reacción a este proceso de conocimiento, fue la consolidación de un enfoque de tipo empírico pero basado en un marco mecanicista. La respuesta y tendencia actual es la de volver a retomar el enfoque holístico pero fundamentado en el rigor científico y la validación teórico-práctica. Esto es, dicho de otra manera, pensar en términos de hechos y eventos, dentro del contexto de un(os) todo(s) (Lazlo 1972). Mientras que el enfoque cartesiano, de carácter reduccionista, centra su atención en encontrar los aspectos comunes entre los fenómenos con base en la composición y los componentes mismos, y algunas de las relaciones causales entre estos, la TGS propone estudiar y establecer los patrones comunes de organización (o estructura de relaciones) de los elementos componentes de una realidad (Von Bertalanffy 1968). De esta manera se llega a la concepción del paisaje como un complejo de sucesivos niveles de agregación de unidades supraorganísmicas (por encima de los organismos) que resultan de las relaciones recíprocas que se dan entre los factores formadores de los ecosistemas (Clima, litología, suelos, vegetación, fauna, actividades humanas,...). El axioma holístico retomado de Aristóteles por Smuts (1926) que dice que "el todo es más que la suma de sus partes", y que conceptualiza la organización jerárquica de la naturaleza, es uno de los presupuestos básicos de la TGS (Naveh y Lieberman 1984). Las reglas de la organización jerárquica se aplican a todas las estructuras complejas de carácter relativamente estable (o podría mejor decirse en equilibrio dinámico), partiendo desde los niveles sub-atómicos hasta los organísmicos y supraorganísmicos (biofísicos, sociales, ecológicos, planetarios y galácticos). El término jerarquía fue conceptualizado por Koestler (1968), como un sistema organizacional multinivelado, estratificado y con patrón de ramificaciones, que subdivide los sistemas en subsistemas, los cuales a su vez se Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 11 ramifican en subsistemas de orden inferior. Es decir una estructura que encapsula subestructuras; o si se plantea desde el punto de vista dinámico un proceso activado por subprocesos. El mismo autor concluye que no existen en realidad ni todos ni partes en sentido absoluto, sino por el contrario estructuras intermedias semiautónomas que componen niveles de complejidad creciente (Figura 1), las cuales tienen dos caras, la del "todo autónomo" que mira hacia sus partes componentes o subsistemas, y la de una parte componente de un nivel superior que mira hacia los niveles más complejos. A estas estructuras les dio el nombre de holones. (del griego "holos" = todo, total). Cada subsistema individual (un holon) dentro de un sistema complejo juega el rol de interfase o nivel de coordinación entre los niveles sistémicos inferiores y el superior. Figura 1. Esquema de una estructura jerárquica con diferentes niveles de integración de componentes El axioma holístico se fundamenta en el hecho que las características de la estructura de un nivel de jerarquía determinado emergen tanto de las interrelaciones entre sus componentes, como de las cualidades mismas de sus elementos constituyentes, y no de las segundas solamente, como presuponen muchos esquemas teóricos. Esto implica que una estructura determinada no es cognoscible a través del solo conocimiento de las cualidades de sus partes aisladas, sino que es fundamental conocer los procesos que las relacionan e integran, así como la estructura organizacional que conforman. De esto se desprende que lo fundamental es poder llegar a conocer cualitativa y cuantitativamente las relaciones entre los elementos que generan una estructura dada. a b c d e a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 c1 c2 d1 d2 d3 e1 e2 2° 3° 1° b1 b2 b3 a1 a2 a3 a4 d1 d2 d3 c1 c2 e1 e2 N IV E L E S D E I N T E G R A C IO N Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 12 En este sentido cobra vigencia la "ley de los niveles de integración" de Feibelman (1954), la cual puede se aplicada desde el punto de vista ecosistémico y se basa en las siguientes premisas: Cada nivel jerárquico organiza el nivel inferior, y genera una(s) cualidad(es) emergente(s). La complejidad de los niveles aumenta hacia "arriba", en la escala de mayor generalización (Figura 1). En cualquier nivel de organización un nivel superior depende del inmediatamente inferior. Para cualquier nivel jerárquico se cumple que su mecanismo (el cómo?) está expresado en el nivel inferior, y su propósito (el por qué?) en el superior. Entre más complejo el nivel, menor la población de instancias que lo componen (forma de pirámide generalización) (Figura 1). No es posible reducir un nivel superior a sus componentes del nivel inferior. El objeto de cualquier nivel ecosistémico debe estar contenido en sentido espacial (volumétrico) en el nivel superior. Cada objeto de cierto nivel es una parte estructural-funcional específica del nivel superior (Ley de inclusión espacial). Los anteriores planteamientos fueron sustentados por Weiss (1969), al demostrar el carácter esencial de invariabilidad de un sistema como unidad, en comparación con la fluctuabilidad de sus constituyentes: Vs << (V1 + V2 + V3 + V4 +... + Vn) El TODO es considerado más que la suma de sus PARTES en sentido cualitativo-estructural, más que en sentido cuantitativo sumativo (Naveh y Liberman 1984). Esto tiene como consecuencia el que "la información contenida en un sistema de determinado nivel es más que la suma de la información de sus componentes" (Weiss 1969). Is >> (I1 + I2 + I3 + I4 +... + In) Lo fundamental del tratamiento a nivel de sistemas, es que permite realizar el examen de las propiedades emergentes exhibidas por el conjunto de los elementos y sus interacciones, propiedades que no son deducibles a través del examen analítico de los componentes aislados. Con el propósito de poder interpretar y analizar las características emergentes de un sistema cualquiera, se requiere del conocimiento o la elaboración de un modelo del sistema(s) en cuestión, en el cual se ubiquen sus componentes y se establezca la estructura de organización que conforman, es decir Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 13 las relaciones que existen entre los componentes. En la Figura 2 se presenta un modelo ecsositémico global simplificado indicando los subsistemas mayores y sus conexiones. Figura 2. Modelo ecosistémico general simplificado. Dentro del contexto de la ecología del paisaje y del conocimiento de los ecosistemas o unidades de paisaje, las relaciones que son pertinentes ó de interés, son las relaciones o procesos ecológicos. Estos procesos están compuestos por aquellos procesos geomorfológicos, hidrológicos, pedológicos, biológicos, culturales y otros, que resultan de y se reflejan en la absorción, reflexión, asimilación, transformación y translocación de energía y materia en el espacio geográfico. Las relaciones ecológicasse dan primariamente entre los componentes del paisaje que llamamos factores formadores (o atributos) del paisaje, como son el clima, la litología, la hidrología, el suelo, la cobertura vegetal, la fauna, el hombre y sus actividades. Las interacciones que tienen lugar entre los factores formadores del paisaje, le confieren al paisaje una serie de propiedades emergentes, las cuales son características de acuerdo al estado y la combinación particular de las variables (factores formadores). Estas propiedades emergentes son típicas y específicas para cada paisaje, que se reflejan en: Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 14 - Las formas del relieve - Los patrones de drenaje - La fisonomía y estructura de la cobertura vegetal - La biomasa (perfiles): cantidad, calidad, estratificación - La productividad - La diversidad biológica - La estabilidad de los geoprocesos y bioprocesos, etc... Los Sistemas pueden ser de tres tipos diferentes en función de los flujos de materia, energía e información a los que estén sujetos con su entorno: Sistemas aislados: son aquellos que no presentan flujos o intercambios de materia y energía con su entorno (Se presentan en algunas condiciones especiales de laboratorio). Sistemas cerrados: se refiere a los sistemas que presentan intercambios de energía, más no de materia con su entorno (p.ej. el planeta Tierra, aunque en términos absolutos existe una pequeña entrada de materia poco significativa, a través de la caída de meteorito y polvo cósmico; también son comunes en experimentos de laboratorio). Sistemas abiertos: son aquellos en los cuales tiene lugar un intercambio tanto de materia como de energía con el entorno. Los sistemas vivos son casos particulares los sistemas abiertos en los cuales ocurre un intercambio activo de materia, energía e información con el entorno. Dentro de este tipo de sistemas se enmarcan todas las formas de organización de la vida, desde las unicelulares hasta las ecosistémicas. 3.2 LOS SISTEMAS COMPLEJOS Entre los llamados sistemas abiertos, en los que se da un intercambio activo de materia, energía e información con su entorno, se encuentran diferentes tipos según estén en una condición próxima o lejana del equilibrio termodinámico. De esta manera se definen sistemas en equilibrio, cercanos al equilibrio o lejanos al equilibrio. La diferencia entre uno y otro radica fundamentalmente en el flujo y la manipulación energética que ocurre en el sistema. En principio entre mayor y más complejo sea el flujo energético activo necesario para mantener a un sistema en un estado estable (de equilibrio dinámico), más alejado del equilibrio termodinámico se encuentra. De esta manera, los sistemas que se hallan en una condición lejana del equilibrio termodinámico son estructuras complejas y altamente dinámicas, cuyo comportamiento no puede comprenderse ni Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 15 predecirse en función de relaciones simples de causa-efecto. Estos son los llamados Sistemas Complejos, en los que intervienen multiplicidad de variables y no se ajustan a procesos de tipo lineal. Estos sistemas poseen comportamientos de autoregulación complejos, que los hacen altamente dinámicos. Esto determina que los procesos relativos a estos sistemas sean mayormente de tipo irreversible, mostrando una direccionalidad o progresión histórica/evolutiva en el tiempo, la cual viene a constituirse en la esencia de la transformación dinámica que está implícita en el concepto de evolución. Por excelencia los sistemas que pertenecen al conjunto de los sistemas complejos, son los sistemas que conforman los niveles de organización de la naturaleza que implican o se componen de elementos vivos, es decir los niveles de organización organísmicos y supraorganísmicos. En este sentido el paisaje es un Sistema Complejo de orden superior. 4. ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL PAISAJE 4.1 ASPECTOS GENERALES En general se han utilizado dos acepciones para el concepto de paisaje. La una se refiere a tipos de la imagen de un territorio desde el punto de vista escénico, ya sea percibida o pintada, en cuanto a su esencia. Una segunda es la de un territorio en sentido geográfico, que resulta de un conjunto de elementos espaciales ligados por relaciones de interdependencia (González-Bernaldez 1981). Las dos acepciones sin embargo, coinciden en la visión global de una porción de la superficie de la Tierra, que es lo que en última instancia busca el enfoque de la Ecología del Paisaje. De esta manera, un paisaje puede definirse como "una porción de la superficie terrestre con patrones de homogeneidad, consistente en un sistema complejo conformado por la actividad/interacción de las rocas, el agua, el aire, las plantas, los animales y el hombre, que por su fisonomía es una entidad reconocible y diferenciable de otras vecinas (adaptado de: Zonneveld 1979). Tradicionalmente la Ecología del Paisaje ha venido siendo aplicada casi exclusivamente a los paisajes terrestres, sin embargo, es evidente que también debe incluir y aplicarse a las interfases acuático-terrestres o anfibias, y a los ambientes acuáticos mismos. Pero, debe tenerse presente que siendo las cualidades del medio atmosférico y acuático muy diferentes, los principios ecológicos funcionales y estructurales son así mismo muy variables no pudiendo en muchos casos hacerse generalizaciones. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 16 Un paisaje siempre está compuesto por una serie de elementos espaciales (componentes estructural-funcionales) los cuales corresponden a porciones homogéneas de espacio geográfico equiparables a la noción de ecosistema. Los elementos de paisaje por su parte, son el resultado de la interacción de los factores formadores del paisaje (clima, geología, hidrología, suelos, vegetación, fauna, hombre) así como de su variabilidad a través del espacio geográfico, a lo largo del tiempo. En la Figura 3 se presenta un esquema que muestra los factores formadores del paisaje y la estructura de relaciones que los unen. Figura 3. Factores formadores del Paisaje y sus interrelaciones (Etter 1994, adaptado de Zonneveld 1979) La magnitud espacial y el grado de homogeneidad de los elementos de paisaje es función del nivel de jerarquía específico de análisis, el cual depende primordialmente del nivel de detalle con que se esté observando un paisaje determinado. En la Figura 4 se presenta un ejemplo esquemático del efecto del cambio de escala (cambio de nivel de detalle) en el análisis de un paisaje. CLIMA VEGETACIÓN (FLORA) SUELO HIDROLOGÍA LITOLOGÍA FAUNA RELIEVE HOMBRE PAISAJE GE OF OR M A COBERTURA DIVERSIDAD ECOSISTÉMICA DIVERSIDAD ESPECIES •Materia •Energía •Información t CLIMA VEGETACIÓN (FLORA) SUELO HIDROLOGÍA LITOLOGÍA FAUNA RELIEVE HOMBRE PAISAJE GE OF OR M A COBERTURA DIVERSIDAD ECOSISTÉMICA DIVERSIDAD ESPECIES •Materia •Energía •Información t Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 17 Figura 4. Visualización de patrones de heterogeneidad en función de la variación de escala espacial. Los elementos que conforman un paisaje pueden tener límites claros y abruptos, o bien de carácter más transicional y gradual. Generalmente en los paisajes naturales con poca intervención humana son más característicos los límites transicionales; la actividad humana tiene en generalpor resultado el incremento del número de límites abruptos en un paisaje. Además del concepto Paisaje normalmente se utilizan otra serie de conceptos de unidades geográficas que están relacionadas con el enfoque de la Ecología del Paisaje: Cuenca hidrográfica: Es definida como una porción de la superficie terrestre drenada por una corriente de agua y sus tributarios, que forman una unidad desde el punto de vista hidrológico funcional. Las cuencas forman parte de un paisaje o contienen varios paisajes según su superficie y ubicación, pudiendo sus límites divisorios de aguas coincidir o no coincidir con los de las unidadades de paisaje. Es siempre una unidad geográfica funcional. Región: Se define como una parte de la superficie terrestre con condiciones climáticas, fisiográficas, bióticas (y socioeconómicas) generales homogéneas, por ejemplo: (Región Andina, Región Llanera, Región Amazónica). Generalmente contiene una serie de paisajes o Biogeocenosis. El concepto de región también suele aplicarse en sentido “monotemático” como Región Económic, Región Climática,… Ecosistema: Es una unidad funcional y estructural de tipo ecológico (con componentes abióticos, bióticos y culturales), aplicable a cualquier nivel de escala espacial desde micro a macro. No tiene por lo tanto una dimensión espacial generalizable. (Odum 1971). Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 18 Biogeocenosis: Se define como una unidad homogénea que resulta de la combinación de fenómenos naturales no antropogénicos en un área específica de la Tierra (clima, suelo, vegetación,...). Puede entenderse como unidades o ecosistemas naturales (o potenciales). Para el objeto del conocimiento del paisaje con base en una dimensión integral, la ecología del paisaje concibe la aproximación al estudio de la superficie terrestre en función de tres aspectos generales (Forman y Godron 1986; Zonneveld 1979): 1. La Estructura: Este consiste en el estudio de las configuraciones espaciels de los ecosistemas o elementos componentes en cuanto a la composición y distribución de energía, materia y especies. 2. El Funcionamiento: El estudio de los tipos de interacción entre los factores formadores del paisaje y los elementos de paisaje, en cuanto a los tipos, las intensidades y las direcciones de los flujos de energía, materia y especies. 3. La Temporalidad: El estudio de los patrones de la dinámica de los cambios de la estructura y el funcionamiento en el tiempo. Cambios cíclicos y cambios unidireccionales. El estudio del paisaje por otra parte, se realiza teniendo en cuenta que una unidad de paisaje se caracteriza por cuatro aspectos de ella específicos: a) Presentan una agregación particular de tipo de ecosistema. b) Presentan flujos e interacciones particulares entre los ecosistemas que la conforman. c) Presentan patrones geomorfológico, climático, biológico y cultural característicos. d) Un régimen de perturbaciones típico (anantrópicos y antrópicos). De lo anterior se desprende que el desarrollo o la evolución de un paisaje depende básicamente del hecho que operen tres mecanismos en una región (área) de la superficie terrestre, (Forman y Godron, 1986): Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 19 i. Procesos geomorfológicos y climáticos particulares que actúen por períodos prolongados de tiempo. ii. Patrones de colonización de organismos. iii. Perturbaciones locales en ecosistemas específicos, durante lapsos de tiempo relativamente cortos. A manera de resumen puede decirse que los paisajes pueden ser definidos como una asociación característica de patrones estructurales, funcionales y temporales, que responden a unas circunstancias y condiciones específicas de tiempo y espacio en la interacción de los factores formadores. Estos patrones espacio-temporales y funcionales están presentes en las propiedades emergentes de los sistemas "PAISAJE". Al igual que todo sistema concreto los paisajes se componen, de dos grupos o partes fundamentales de estos patrones: los que son visibles y aquellos que no lo son. Estos han sido llamados originalmente por González-Bernáldez (1981), el Fenosistema y el Criptosistema. Esta consideración es muy importante para lo que concierne el estudio y el conocimiento del paisaje. a) El componente Fenosistémico: Es aquel conjunto de características que agrupan todos los patrones visibles del paisaje, los cuales están compuestos ante todo por aspectos fisionómicos o estructurales externos. b) El componente Criptosistémico: Es el que corresponde a las características y procesos del paisaje que no son visibles o subyacen a su expresión fenotípica, es decir, al componente fenosistémico. Las propiedades emergentes de un ecosistema se manifiestan o están implícitos, en gran medida en las características de su fenosistema (o fenotipo). Este fenotipo a su vez está compuesto por un "complejo de patrones de fenotipo", que resultan de la interacción espacio-temporal de los factores formadores del paisaje. Estos patrones de paisaje son repetitivos en la medida que exista una(s) condición(es) convergente(s) de interacción espacio-tiempo de los factores. En este sentido los patrones fenosistémicos (exteriores, visibles, observables) son una manifestación y reflejan partes, procesos o interacciones no visibles (interiores) que hemos llamado criptosistémicos. Así en la práctica los patrones fenosistémicos se presentan como indicadores de síntesis del paisaje. Análogamente, el fenotipo de un individuo, entendido como toda su expresión externa incluido su comportamiento, nos indica muchas cosas acerca de su sexo, vitalidad, personalidad, estado de salud, edad, etc... Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 20 Figura 5. El paisaje en sus componentes: Fenosistema y Criptosistema. Christian (1964) planteó que "es la integración de los factores formadores del paisaje, más que el parecido o las diferencias de algunas de sus características más patentes, lo que determina la similitud o diferencia entre diferentes sectores del paisaje". El análisis ecológico de un paisaje concebido dentro del marco de la Ecología del Paisaje, consiste en una primera instancia en la identificación y la delimitación de unidades de paisaje con base en las características de su expresión externa, es decir del Fenosistema en el sentido de González-Bernáldez (1981). La necesidad de una aproximación integral que facilite el estudio y la evaluación de las relaciones espaciales que se dan en el conjunto, se hace posible gracias a la detección y el análisis de la expresión sintética contenida en los patrones repetitivos, que a su vez nos permiten acumular experiencia y extrapolar situaciones y modelos. El Fenosistema de un paisaje se compone de dos partes principales: a) La Geoforma, la cual se refiere a todos los aspectos que tienen que ver con la morfología de la superficie terrestre como son: Relieve-volumen Forma y longitud de pendientes Tipo y densidad de disección del patrón de drenaje. OBSERVACION FENOSISTEMA H S R F V C CRIPTOSISTEMA Ge of or ma Cobertura - Macrorelieve - Pendientes - Patrón de Drenaje - Fisionomía CV - F. vida, fenología - Patrones culturales - ... - Geogénesis - Clima, paleoclima - Act. humanas, uso - Proc. geomorf. - Hidrología - Productividad - OBSERVACION FENOSISTEMA H S R F V C CRIPTOSISTEMA Ge of or ma Cobertura - Macrorelieve - Pendientes - Patrón de Drenaje - FisionomíaCV - F. vida, fenología - Patrones culturales - ... - Geogénesis - Clima, paleoclima - Act. humanas, uso - Proc. geomorf. - Hidrología - Productividad - Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 21 b) La Cobertura que se refiere a todos los aspectos que forman parte del recubrimiento de la superficie terrestre, ya sean de origen natural o cultural. Generalmente son de orígenes bióticos, o bien producidos por algún tipo de actividad biótica y/o antrópica. Estos incluyen: Fisonomía y composición de la cobertura vegetal expresada por las formas de vida dominantes y sus formas de asociación. Estratificación de biomasa Coberturas naturales no bióticas (hielo, agua, rocas...) Coberturas culturales (edificaciones, infraestructura...) Aunque la expresión fenotípica de cualquier sistema y así del paisaje, forma una unidad puesto que es la repuesta integral de partes y procesos interactuantes, se requiere sin embargo, que para su análisis se realice una "separación" de sus expresiones básicas: la cobertura y la geoforma. Esto se justifica ante todo porque sus características intrínsecas son diferentes y además, porque los aspectos dinámicos o de cambio de un paisaje no se expresan de igual manera en la geoforma que en la cobertura. La cobertura muestra de una manera diferente, más fácilmente y en escalas más sutiles, los procesos de cambio. Por su parte la geoforma puede almacenar mejor la información acerca de aspectos dinámicos de un área, que sean temporalmente más remotos. Figura 6. Presentación esquemática de los patrones emergentes básicos de los paisajes: Geoforma y Cobertura. 4.2 ESTRUCTURA DE LOS PAISAJES (Patrones espaciales) Para el análisis espacial del territorio, la TEP recoge muchos de los avances desarrollados en la geografía (Hugett, 1980), y abre explícitamente las puertas a la importancia de considerar los procesos espaciales como resultantes de la estructura y determinantes del funcionamiento del paisaje (Forman y Godron, 1986). En el análisis de la estructura espacial del paisaje, se buscan establecer los patrones espaciales de asociación de los ecosistemas, e identificar los condicionantes que los determinan. Adicionalmente se trata de poder llegar a relacionar los patrones estructurales actuales con la génesis Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 22 misma del paisaje. En este frente se debe apuntar a dilucidar los principios funcionales generales tanto físicos y biológicos como culturales, que rigen la conformación de dichos patrones espaciales. Las medidas de la heterogeneidad espacial de las expresiones que toma el paisaje en diferentes contextos, como la diversidad de ecosistemas por unidad de área, ó los contrastes entre ellos, es un campo de análisis importante. Entender las causas y los factores que la determinan, como la mosaicidad del substrato ó los patrones de perturbación (climática, geomorfológica, biótica, antropogénica,...), son fundamentales en la medida que permiten ligar la estructura y la función del paisaje. Como se ha planteado antes un paisaje visto como un todo, tiene propiedades emergentes que no poseen sus partes. Por esto no es posible concebir o analizar un paisaje únicamente como la suma tanto de una serie de atributos como tampoco de elementos de paisaje (bosques, cultivos, ríos...) o bien de factores interactuantes (clima, litología, hidrología, cobertura vegetal, etc...). Es de importancia vital para el proceso de conocimiento, establecer cual(es) es(son) el(los) patrón(es) de configuración de los elementos espaciales interactuantes, que conforman el sistema. Al hablar de los patrones de configuración se hace referencia a la estructura o patrones estructurales del paisaje. La importancia de establecer los modelos estructurales es que nos permite considerar además de los componentes del sistema también las relaciones (procesos) que los integran unos con otros, en sus diferentes niveles de agregación o jerarquía. En un paisaje o ecosistema, los patrones de configuración dependen en primera instancia de factores y procesos naturales (anantrópicos), y en una segunda de factores y procesos culturales (antrópicos). Estos últimos sin embargo, se están volviendo cada día más preponderantes, hasta el punto de llegar a "opacar" a aquellos de origen natural. Las características estructurales y funcionales de un paisaje están determinadas en su aspecto básico por tres propiedades generales (González-Bernáldez 1981) La estructura vectorial La estructura equipotencial La estructura celular, los cuales conforman los ejes de ordenamiento y configuración o generan los patrones naturales básicos. En el aspecto funcional estas propiedades tienen un efecto marcado en la distribución y en los flujos de materia, energía y organismos en los paisajes. (a) La propiedad vectorial: esta propiedad define en forma general las toposecuencias o asociaciones de relieve de las diferentes geoformas, las cuales determinan comportamientos o patrones repetitivos predecibles. Esto se asimila al concepto de catena que lleva implícitos patrones asociativos de topografía, suelos, vegetación y uso. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 23 Esta propiedad esta directamente ligada al tipo de sustrato y a su génesis (clima, litología, edad, geomorfología, hidrología...) (Fig. 7). Figura 7. Esquema de la propiedad vectorial. (b) La propiedad equipotencial: Esta propiedad se origina en las variaciones latitudinales y altitudinales, que determinan las condiciones climáticas generales y que a su vez generan las características de zonalidad. Las variaciones latitudinales dependen de la rotación y traslación de la Tierra y tienen dimensiones planetarias; las variaciones altitudinales se originan en las barreras orográficas que pueden acentuar o contrarrestar los patrones latitudinales (Fig. 8). Figura 8. Esquema de la propiedad equipotencial. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 24 (c) La propiedad celular: Una tercera propiedad es la que determina la discretividad espacial, y que por lo general crea los limites de tipo más abrupto en el paisaje. Esta propiedad se origina en las discontinuidades de los patrones de distribución del sustrato (litología, hidrología, suelos) debidos a intrusiones, deposiciones, drenaje, etc... Estos determinan las características de zonalidad e intrazonalidad. Otros factores que generan patrones de discretividad espacial son las actividades humanas por medio de las quemas, mecanización y fertilización recurrentes. Figura 9. Esquema de la propiedad celular. Las propiedades arriba descritas son los aspectos básicos que rigen los ejes del ordenamiento o configuración espacial de los elementos de paisaje en las diferentes áreas del planeta. Desde el punto de vista estructural-funcional general, en un paisaje cualquiera se pueden encontrar tres tipos de elementos espaciales. (Forman y Godron 1986): Elementos tipo Parche2 Elementos tipo Corredor Elementos tipo Matriz La forma de agrupación, heterogeneidad y grado de dominancia de los tres tipos de elementos son características para cada paisaje a la vez que le imprimen propiedades funcionales propias. Los patrones y su configuración están íntimamente relacionados con el concepto de heterogeneidad espacial tanto a nivel macro como micro.2 Traducido del inglés: Patch Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 25 Figura 10. Elementos Estructurales del Paisaje La heterogeneidad del paisaje varía no sólo en función de la escala sino también de los grados de heterogeneidad intrínsecos de cada paisaje, que pueden ser mayores o menores según el caso, siendo posible diferenciar paisajes: Muy heterogéneos Moderadamente heterogéneos Poco heterogéneos Así las formas de agrupación y las densidades de los elementos parche que corredor en la matriz, en un área definen patrones de configuración que pueden ser de tipo: Regular Agregado / concentrado Lineal Paralelo Asociado Por otra parte el tipo de discontinuidad entre los diferentes elementos de paisaje que conforman un área, definen paisajes que tienen estructuras de: Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 26 Bajo contraste Alto contraste Generalmente entre mayor sea el contraste entre elementos de paisaje mayor es el gradiente entre ellos y así mayores o más intensos los flujos. 4.2.1 PARCHES Los elementos de paisaje tipo parche se definen como una superficie no-lineal de tamaño variable que difiere fisionómicamente de sus alrededores, y que posee un grado de homogeneidad interno. Los Parches varían de acuerdo con su tamaño, forma, tipo, heterogeneidad y sus características de borde. Generalmente están inmersos en una matriz de características contrastantes en cuanto a fisonomía y composición. Las características y la dinámica evolutiva de un parche dependen básicamente de su origen o de los mecanismos causantes. En este sentido pueden reconocerse 5 tipos: i. Parches de perturbación: Resultan de la perturbación de un área pequeña dentro de una matriz. Pueden ser de origen natural o cultural, y se diferencian según sean de tipo eventual (aleatorios) o crónico (predecibles). Entre las perturbaciones de tipo crónico que dan origen a parches de perturbación más o menos estables se cuentan por ejemplo, las inundaciones recurrentes, el pastoreo, las quemas cíclicas etc. Figura 11. Patrones temporales de perturbación Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 27 ii. Parches remanentes: son aquellos que resultan de la perturbación extensa de una matriz, que deja una serie de "islas" no afectadas en su estado original. Las carácterísticas y el origen de este tipo de parche son opuestos a los de los parches de perturbación, por lo cual los diferencia un aspecto importante, que es la escala de la perturbación local que en los parches remanentes es más severa ya que solo deja islas de la matriz original. Estos parches, o islas, generalmente no son representativos del ecosistema original en su composición biológica y muchas veces no son unidades reproductivamente viables y autosuficientes lo cual crea un fenómeno de extinción de especies durante un lapso variable después de la perturbación hasta que se logra un nuevo equilibrio. Las especies que se extinguen en el área generalmente son aquellas de poblaciones poco numerosas que tienen requerimientos territoriales grandes. El período de ajuste para llegar a una nueva fase de equilibrio se caracteriza por una alta dinámica de especies, en cuanto a emigración, inmigración y desaparición. Los parches remanentes pueden ser causados tanto por perturbaciones azarosas como cínicas. Generalmente los de origen cínico tienden a disminuir la diversidad del área en mayor grado. iii. Parches de recursos ambientales: son parches que resultan de diferencias, generalmente debidas a las características y variaciones del sustrato en cuanto al material parental o a la hidrología. Son de carácter más estable que aquellos resultantes de perturbaciones. Los bordes o ecotonos de los parches hacia la matriz pueden ser abruptos o graduales a diferencia de otros parches en los que es más común que sean abruptos. Entre menos abrupto el cambio de parche a matriz mayor es el movimiento de especies. iv. Parches introducidos: están mayormente relacionados con la actividad humana, a través de la introducción de especies animales o vegetales durante las actividades agropecuarias, o de urbanización. Generalmente van acompañados de actividades crónicas para su mantenimiento, como perturbaciones culturales lo cual evita que pueda progresar una sucesión que homogenice el área. Un elemento del tipo parche está directamente afectado en su función según se presenten variaciones en sus propiedades en relación con: Tamaño de un parche: una de las carácterísticas más conspicuas de un parche es su tamaño. Su función y viabilidad están estrechamente relacionadas con su tamaño. La energía y nutrientes de un parche son proporcionales a su tamaño, sin embargo, estos no Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 28 están homogeneamente distribuidos en su interior, presentándose gradientes negativos o positivos del borde hacia el interior dependiendo del caso. Hacia el borde la biomasa tiende a ser menor pero la productividad neta mayor. Así el balance energético depende de la relación borde/superficie, la cual cambia de acuerdo con el tamaño. El tamaño de un parche tiene un efecto marcado sobre la diversidad biológica. Haciendo una adaptación de la Teoría de Biogeografía Insular, se puede decir que la diversidad varía de acuerdo con: Diversidad 3 (S)= F (+ heterogeneidad del habitat, - perturbaciones, + área, + edad, + heterogeneidad de la matriz, - aislamiento, - bordes abruptos). Este hecho obviamente tiene grandes implicaciones para el diseño de reservas naturales y en general para el manejo ecosistémico. Forma de un parche: este factor también tiene un efecto importante sobre la diversidad y la dinámica de un parche. De acuerdo con la forma que tenga un parche de una superficie dada, variara' la relación borde/superficie, lo cual tiene implicaciones marcadas sobre la composición y los gradientes energéticos que se crean hacia la matriz circundante. A este fenómeno se le conoce como "efecto de bordes". Las características del borde dependen además de las condiciones internas de un parche, de las condiciones externas como orientación, exposición, insolación, vientos, etc... Patrones de heterogeneidad: generalmente los elementos de paisaje conformados por parches no son individuales sino que varían además de su forma y tamaño, por su número y el tipo de configuración. Esto depende de los patrones de sustrato y/o de los patrones de perturbación. La ubicación y las distancias entre uno y otro implican diferencias en composición y dinámica. En general un parche grande es más diverso que la suma de varios parches pequeños del mismo tipo porque: Todos tienen especies típicas de borde Todos tienen especies típicas de interior Sólo superficies suficientemente grandes contienen especies sensitivas de interior. (3) + relación positiva; - relación negativa Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 29 4.2.2 CORREDORES Los corredores son un segundo tipo de elemento estructural- funcional de un paisaje, definidos como una franja angosta y alargada, de forma y dirección variable que atraviesa una matriz y difiere de ella. Las propiedades generales delos corredores en un paisaje son de unir o bien separar elementos dentro de una matriz geográfica. En general muestran condiciones fisionómicas y de composición bien diferenciables de la matriz circundante. Pueden ser de origen natural o cultural, sin embargo, tienden a ser más conspicuos en paisajes culturales. Los corredores naturales están directamente relacionados ya sea con redes de drenaje, con las vías de migración animal, o bien con condiciones particulares del sustrato por diferencias litológicas (fallas o contactos) o hidrológicas. Los corredores culturales por su parte están determinados principalmente por aspectos relacionados a la infraestructura y a las actividades de transporte o de límites de propiedad, o á reas de manejo. Las funciones ecosistémicas de los corredores pueden ser muy variables pero están mayormente relacionadas con el flujo materia, especies y energía a través del paisaje. La forma como cumpla esta función depende de: homogeneidad y regularidad del corredor Número de nodos o bifurcaciones y rupturas en el corredor Tipo y característica de la red de la que forme parte De acuerdo con las anteriores características un corredor juega el papel de: Barrera física separando otros elementos Conectando elementos entre sí. Aislando un(os) elementos, creando islas biológicas. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 30 Figura 12. Representación esquemática de diferentes tipos de corredores. 4.2.3 MATRIZ De los tres elementos estructurales básicos que componen un paisaje, parches, corredores y matrices, este último es el más extenso y el más interconectado, adquiriendo así un papel dominante en el funcionamiento de un paisaje. Se define pues como matriz de un paisaje, aquel tipo de elemento del paisaje que ocupa la mayor área relativa. El papel y la extensión de la matriz dependen mucho del tipo particular de paisaje. En general podemos encontrar desde paisajes donde domina claramente un elemento matricial con unos pocos parches y corredores diseminados, hasta aquellos compuestos casi enteramente por parches formando un mosaico muy complejo. La mayoría de los paisajes sin embargo, se ubican hacia el medio de estos dos extremos. Los criterios necesarios a tener en cuenta para identificar la matriz de un paisaje serían pues: a. Extensión areal relativa: la matriz debe ser el elemento más extenso. b. Grado de conectividad: la matriz es el elemento más conectado (menos fraccionado) del paisaje. c. Control de la dinámica del paisaje: la matriz ejerce un grado de control mayor que cualquier otro elemento sobre la dinámica de un paisaje. Un concepto muy relacionado con la conectividad es el grado de porosidad de una matriz. La porosidad es la medida de la densidad de parches presentes en un tipo de paisaje (Figura 13). Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 31 Figura 13. Porosidad y conectividad en las matrices (Forman y Godron 1986). 4.3 ECOTONOS: LÍMITES Y TRANSICIONES ENTRE UNIDADES DE PAISAJE En la base de la espacialidad de las relaciones ecológicas está la premisa, que un ecosistema ó unidad de paisaje no está autocontenida, y que por lo tanto no es independiente de las adyacentes y aún de aquellas espacialmente distantes. En este contexto se distinguen los procesos topológicos (relativos al sitio) de los procesos corológicos (horizontales que trascienden el lugar) (Neef, 1967; Zonneveld, 1979). El significado y la importancia funcional de los procesos corológicos, viene recientemenete siendo desarrollado por la Teoría de Ecotonos (Hansen & Di Castri, 1992; Risser, 1993), que estudia la estructura y los procesos que tienen lugar en las franjas de transición/tensión ecológica que se ubican entre diferentes ecosistemas. Se sabe que las características externas de los ecotonos como la estructura de la cobertura vegetal, el gradiente topográfico, etc..., reflejan aspectos importantes acerca del tipo y la intensidad de los flujos de materia, energía e información implícitos en los procesos espaciales. Tradicionalmente los estudios ecosistémicos han buscado evadir el ruido o impurezas generados por lo que se conoce como el "efecto de borde". Sin embargo, a la luz de los planteamientos actuales es necesario revisar estos enfoques, ya que muchos de los procesos ecológicos más relevantes parecen ubicarse en estas áreas de tensión ecológica. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 32 4.4 FRAGMENTACIÓN 4 Aunque el principal efecto mediato de la fragmentación es la alteración de los patrones espaciales (estructura horizontal) de la cobertura vegetal, los cambios causados tanto en términos físicos como biogeográficos pueden llegar a ser grandes, y rebasar la mediatez espacial y temporal. Un proceso de fragmentación ecoistémica tiene como resultado un paisaje compuesto por relictos de la(s) cobertura(s) vegetales originales, rodeados de una matriz agrícola o de otro tipo de intervención. Produce alteraciones en los flujos de radiación, agua y nutrientes, y en la movilidad de las especies. Las consecuencias sobre la biota dependen de: el tiempo de aislamiento del fragmento la distancia hacia otros fragmentos el tipo y grado de conexión entre fragmentos 4 Adaptado de: Saunders, Hobbs and Margules 1991. Biological consequences of ecosystem fragmentation. Conservation Biology 5(1): 18-32. Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 33 el tamaño del fragmento la forma del fragmento la posición del fragmento en el terreno Los procesos de conservación de un número cada día mayor de ecosistemas silvestres y de sus biotas, dependen de la posibilidad de poder mantener pequeñas áreas relictuales que se encuentran en la forma de fragmentos aislados, con una función ecosistémica ya muy disminuida frente a la situación original (regulación hidrológica, regulación de procesos erosivos y procesos biológicos). Una de las dificultades que se enfrenta en el contexto del manejo de áreas fragmentadas reside en el hecho que son “hechos dados”, durante cuyo desarrollo histórico raramente se han considerado aspectos relativos a la planificación de la conservación (Saunders et al. 1991). En muy pocos casos es posible diseñar una red de reservas a medida que se van dando los procesos de fragmentación de los ecosistemas silvestres. Entre los aspectos de un escenario de paisaje ya fragmentado sobre los que es posible actuar se tienen, por ejemplo: Tamaño de los fragmentos: entre menor el tamaño mayor es la influencia de la matriz circundante. Entre mayor el fragmento mayor la probabilidad de encontrar hábitats diversos en el; sin embargo dependiendo de la situación un número mayor de fragmentos puede tener una mayor diversidad de hábitats que uno grande. Entre mayor el tamaño del fragmento mayor el tamaño de las poblaciones que puede sustentar. Forma del fragmento: esta es una variable que es importante especialmente para fragmentos pequeños; a partir de cierto tamaño la forma se vuelve de importancia secundaria. Posición de los fragmentos en el terreno: tiene impacto sobre la característica intrínseca misma del estado inicial; afecta los procesos posteriores a los eventos de la fragmentación dependiendo de su función como fuente o receptor en términos hidrológicos por ejemplo. Conectividad/Gradode Aislamiento de los fragmentos: la viabilidad y los servicios ambientales que puede proveer un fragmento dependen no solo de su tamaño y forma, sino en gran medida de su conexión con otros fragmentos para conformar una red. El manejo de ecosistemas fragmentados requiere que se tengan en cuenta dos aspectos, de los cuales por lo general solo se tiene en cuenta el primero: Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 34 Manejo del sistema biofísico natural (dinámica interna de los fragmentos) Manejo de las influencias externas (dinámica del uso de las áreas circundantes) Mediante este enfoque se busca la posibilidad de integrar efectivamente las actividades productivas/extractivas y los asentamientos, con la conservación. 4.5 PRINCIPIOS GENERALES EMERGENTES DE LOS PAISAJES5 Principio de Estructura y Función: La heterogeneidad espacial o la fragmentación del paisaje tiende a hacer disminuir la abundancia de especies raras de interior(1), a tiempo que incrementa la abundancia de especies de borde y de otras especies que requieren de dos o más elementos (o unidades) de paisaje, y aumenta el potencial del total de especies coexistentes. Principio de la Diversidad Biológica: La expansión y la contracción de la distribución de especies entre elementos de paisaje diferentes, está controlada por la heterogeneidad (diversidad) del paisaje, a tiempo que tiene ella misma efecto en la heterogeneidad misma del paisaje. Principio del flujo de las especies: La tasa (o rata) de redistribución de nutrientes minerales entre diferentes elementos del paisaje se incrementa con el nivel de perturbación en esos elementos de paisaje. Principio del flujo energético: Los flujos de energía calórica y de biomasa a través de los límites de los elementos de paisaje (parches, corredores, matriz) se incrementan con el aumento en la heterogeneidad del paisaje. Principio de cambio del paisaje: En ausencia de perturbaciones, la estructura horizontal del paisaje tiende a homogenizarse. Perturbaciones moderadas aumentan rápidamente la heterogeneidad, mientras que perturbaciones severas pueden incrementar o disminuir la heterogeneidad. En ausencia de perturbaciones la heterogeneidad vertical de las unidades de paisaje, tienden por su parte a aumentar. Principio de la estabilidad de un paisaje: La estabilidad (ó capacidad de control homeostático ó resilencia) de un paisaje es alta en tres condiciones: 5 Adaptado a partir de Forman y Godron (1986) Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 35 Por estabilidad física del sistema (paisajes caracterizados por ausencia de biomasa, ej. Desierto) Por una rápida capacidad de recuperación de las perturbaciones (paisajes con presencia de baja cantidad de biomasa, rej. comunidades herbáceas) Por una mayor resistencia a las perturbaciones (paisajes generalmente con alta presencia de biomasa, ej. comunidades forestales) 4.6 NIVELES TRÓFICOS Y LA ESTRUCTURA ECOSISTÉMICA Uno de los primeros enfoques en el análisis estructural- funcional de los ecosistemas fue el ligado al concepto de Cadena Trófica. Este es un concepto teórico desarrollado por Lindeman (1942), para agrupar organismos según su relación y proximidad trófica con la fuente primaria de energía, independientemente de su tamaño y de su localización, de manera a poder establecer los flujos energéticos en un ecosistema. Dentro de este esquema se consideran: Productores, Consumidores (herbívoros, carnívoros, omnívoros) y Descomponedores. A pesar de su importancia para el desarrollo del pensamiento ecológico este concepto tiene limitaciones de aplicación, ya que se presentan casos en los cuales un organismo pertenece a más de un nivel trófico simultáneamente (especialmente a nivel de Consumidores), lo cual imposibilita utilizar este concepto como variable de estado de muchos sistemas naturales. Dentro del contexto de la Ecología del Paisaje el concepto presenta algunos problemas para su aplicación, por cuanto no esta' claramente ligado a las variables espaciales. Sin embargo, este concepto ha permitido elaborar modelos para establecer propiedades importantes del flujo de energía a través de los ecosistemas. Se ha podido constatar que durante el paso de la energía de un nivel trófico al siguiente solo se conserva del orden de una décima parte de la energía que entra. (figura 9) Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 36 Figura 14. Niveles de la cadena trófica. Entre la propiedades emergentes y las posibilidades de estratificación y análisis del paisaje revisten especial importancia los aspectos relativos a la Biomasa (cantidad y calidad) y la productividad de los productores primarios, es decir la Cobertura vegetal, por ser es una de las propiedades importantes de indicación y útiles para la caracterización de los ecosistemas. 4.7 FUNCIÓN Y DINÁMICA DE LOS FLUJOS Todos lo tipos de unidades estructurales antes mencionados, son a su vez unidades funcionales del paisaje, es decir sistemas ecológicos de diferentes niveles jerárquicos. En términos generales la función de una unidad de paisaje es la de: Captar, Asimilar, Transformar, Almacenar y Transferir MATERIA Y ENERGÍA En términos de White et al (1985) diríamos que los ecosistemas (o paisajes) son unidades con ciclos biogeoquímicos que han evolucionado (y evolucionan) para capturar, concentrar y acumular energía. Como resultado de estas acciones, se generan los procesos ecológicos. Los procesos ecológicos son todos aquellos que actúan en un paisaje imprimiéndole una dinámica propia, así' como unas fases de desarrollo ligadas a sus características estructurales. Estos procesos tienen por consecuencia en la perspectiva temporal y espacial, la redistribución de materia y energía en el paisaje y la generación de cambios en su estructura. Los procesos ecológicos que conciernen el estudio del paisaje son de múltiple origen y están activos a diferentes escalas de jerarquía a y en diferentes dimensiones de su dinámica, conciernen los siguientes: Introducción a la Ecología del Paisaje Andrés Etter 37 - Procesos climáticos: precipitación, evaporación, acción eólica... - Procesos geomorfológicos: meteorización, erosión, sedimentación, tectonismo, etc... - Procesos hidrológicos: disolución, suspensión, transporte. - Procesos Pedológicos:Lixiviación, podsolización, ferralitización, salinización, gleizción,... - Procesos bióticos (de origen animal/vegetal): migración, predación, reproducción, fotosíntesis,...producción de biomasa. - Procesos culturales: fertilización, mecanización, mercadeo, producción, transporte, quemas, deforestación, reforestación,... Los procesos pueden ser de origen más o menos natural dependiendo del tipo y grado de la intervención humana en el paisaje. Así podemos encontrar toda una gama de paisajes desde aquellos donde predominan los procesos naturales, hasta aquellos donde dominan los procesos de tipo cultural. En general las actividades humanas además de crear procesos nuevos, tienen como consecuencia el activar o acentuar, o bien el retardar o desactivar los procesos naturales operantes, cambiando su intensidad, dirección y dinámica. El efecto de los procesos ecológicos es el de inducir flujos de materia y energía hacia y a través
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