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Spatial strategies to optimize restoration efforts based on landscape ecology theory

By Leandro Reverberi Tambosi

Abstract

Os efeitos deletérios da perda e fragmentação de habitat são considerados a maior ameaça à manutenção da biodiversidade do planeta. Uma das maneiras de evitar a perda de espécies em paisagens fragmentadas é a restauração ecológica, que propicia tanto o aumento da quantidade quanto a melhoria da qualidade do habitat remanescente. Além de influenciar a persistência de espécies, as condições da paisagem são reconhecidas como importantes para o sucesso das ações de restauração. Entretanto, as diretrizes para incorporação das características da paisagem no planejamento da restauração são ainda ambíguas, não facilitando o processo de tomada de decisão. O presente trabalho teve como objetivo contribuir para o avanço do uso de análises espacialmente explícitas da estrutura da paisagem para o planejamento de ações de restauração. Para isso, foram elaboradas propostas metodológicas embasadas no atual conhecimento da ecologia de paisagens e foram realizadas simulações para comparar os potenciais benefícios para a biodiversidade resultantes de diferentes estratégias para seleção de áreas para restauração. A primeira proposta, apresentada no capítulo 2, utiliza análises de paisagens em múltiplas escalas, baseadas na teoria dos grafos, para estimar a resiliência das paisagens, entendida neste trabalho como a capacidade das paisagens de reverterem extinções locais por processos de migração. Em seguida, as paisagens com condições ideais para restauração são classificadas segundo sua importância como corredores biológicos e gargalos de conectividade. Essa proposta metodológica é aplicada no caso da Mata Atlântica (capítulo 3), a fim de estabelecer diferentes níveis de prioridade para restauração no conjunto deste bioma. No quarto capítulo, é apresentada uma segunda proposta metodológica, também baseada em análises de conectividade com o uso da teoria dos grafos, mas desta vez voltada para a identificação de áreas prioritárias para restauração em escala local. Essa proposta permite ainda a comparação de prioridades entre áreas situadas em paisagens com diferentes condições de cobertura e conectividade de habitat. Por fim, no quinto capítulo, foi realizado um conjunto de simulações de restauração para comparar os efeitos das características da paisagem (e.g. a cobertura e configuração florestal), das espécies (e.g. a capacidade de dispersão) e da estratégia de restauração (e.g. o tamanho das áreas restauradas e a ordem temporal da restauração) no aumento da disponibilidade de habitat em três paisagens reais da Mata Atlântica. Os resultados desta tese permitiram estabelecer prioridades de restauração tanto em escala regional quanto em escala local, reduzindo as áreas a serem visitadas em campo e possibilitando a otimização dos esforços de restauração. Também foi possível concluir que a adoção de estratégias espaciais para a seleção de áreas para restauração deve ser feita considerando tanto as características das espécies quanto as características das paisagens e a forma de implementação da restauração. Na ausência de informações detalhadas sobre a capacidade de dispersão das espécies, abordagens baseadas em múltiplas capacidades de dispersão são recomendadas. O embasamento teórico da ecologia de paisagens e as ferramentas atuais de tratamento e integração de dados espacializados permitem a definição das melhores estratégias de restauração a partir de simulações em computador, reduzindo substancialmente os custos da restauração e aumentando a sua eficácia para a conservação das espécies em paisagens fragmentadasThe deleterious effects of habitat loss and fragmentation are considered the main threats to biodiversity. To avoid species loss due to these deleterious effects, there is an urgent need to conduct restoration actions to increase the quantity and quality of the remaining habitat. Besides influencing species persistence, the landscape structure also influences the results of restoration actions. However, guidelines to adopt a landscape approach during restoration planning are not always consistent, nor easy to apply. The objective of this study was to contribute to advances in the use of spatially explicit landscape analysis during restoration planning. To achieve this goal we developed methodological frameworks based on landscape ecology theory to set priority areas for restoration. We also adopted a simulation approach to analyze the potential benefits of different restoration strategies for biodiversity conservation. The methodological proposal presented in chapter 2 consists in multi-scale landscape analyses, based on graph theory, to estimate landscape resilience. We considered landscape resilience as the capacity to revert local species extinctions through recolonization processes. Then, those landscapes considered ideal targets to restoration actions were classified according to their importance as corridors or bottlenecks for biological flow. In chapter 3, the methodological proposal presented in chapter 2 was applied to the Atlantic Forest Biome to set restoration priorities. Chapter 4 consists in a methodological proposal, also based on graph theory, to set restoration priorities in local scale. This methodological proposal also allows the comparison of local restoration priority between landscapes with different amount and configuration of habitat cover. Finally, in the fith chapter we adopted a simulation approach to analyze the improvement of habitat availability, in three Atlantic Forest landscapes, due to different restoration strategies considering: (i) different species dispersal capabilities, (ii) initial habitat amount in the landscape, (iii) the dynamics of landscapes during restoration implementation, i.e., the changes in habitat availability as new areas were restored, and (iv) size of restored areas. The results of this study allowed us to establish local and regional restoration priorities, thus reducing field visits and optimizing restoration efforts. It was also possible to conclude that spatial strategies to set restoration priorities should be conceived based on species dispersal capacities, landscape structure and also considering the strategies to implement restoration actions. If data on species dispersal characteristics is not available, a multi species approach to set restoration priorities is also recommended. The theoretical background of landscape ecology and the available tools to manage spatial data allow identifying the best restoration strategies, reducing the costs and optimizing the benefits to conserve biodiversity in fragmented landscape

Topics: Teoria dos grafos, Conectividade funcional, Conservação da biodiversidade, Disponibilidade de habitat, Planejamento da restauração, Restoration planning, Habitat availability, Graph theory, Functional connectivity, Biodiversity conservation
Publisher: 'Universidade de Sao Paulo, Agencia USP de Gestao da Informacao Academica (AGUIA)'
Year: 2014
DOI identifier: 10.11606/T.41.2014.tde-29052014-112453
OAI identifier: oai:teses.usp.br:tde-29052014-112453
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