O uso de modelos de raciocínio qualitativo para investigar a teoria e a dinâmica de metapopulações

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2011É preciso entender melhor a dinâmica de populações, diante da aceleração e da intensificação das mudanças em paisagens naturais. Um conjunto de modelos qualitativos foi desenvolvido nos softwares Garp 3 (www.garp3.org) e DynaLearn (www.dynalearn.eu) com o objetivo de sintetizar e formalizar o conhecimento sobre a biologia das populações resumido pela teoria de Metapopulações. A modelagem qualitativa é considerada uma ferramenta para a integração e exploração do conhecimento conceitual de sistemas ecológicos e também da dinâmica de populações. Três abordagens foram modeladas para explicar o comportamento de metapopulações: 1) o conceito clássico desenvolvido por Levins; 2) a proposta de Pulliam sobre metapopulações do tipo fonte-sumidouro; e 3) o modelo integrado de conservação, que teve como base as idéias de Ilkka Hanski. Esses modelos resumem o desenvolvimento de idéias incorporadas à base da teoria de metapopulações e são úteis para comparar hipóteses e pressupostos envolvidos nos diferentes pontos de vista sobre esse tema. Os modelos têm por objetivo responder: ‘Como funcionam os principais processos ecológicos capazes de explicar a estrutura e a dinâmica de metapopulações?´. Para que uma população seja considerada metapopulação, a existência de um balanço entre as forças migratórias e de extinção deve estar presente, assim como a influência da permeabilidade da matriz e da qualidade de habitat, as quais afetam a comunicação entre os fragmentos de população. Este estudo também investigou, com o apoio de modelos baseados em raciocínio qualitativo, o impacto do uso de modelos conceituais no entendimento das relações de causalidade relacionados à biologia de populações, metapopulações e outras questões relacionadas à biologia da conservação. Os resultados mostram que os modelos qualitativos são ferramentas valiosas para explorar a dinâmica de metapopulações e promover o melhor entendimento sobre cenários de maior complexidade nos quais se aplicam diferentes restrições sobre flutuações populacionais no tempo e no espaço. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTA better understanding on population dynamics is needed in face of the accelerating changes and modification on natural landscapes. A set of qualitative models were developed in Garp3 (www.garp3.org) and DynaLearn (www.dynalearn.eu) to capture and formalize knowledge about population biology summarized by the Metapopulation theory. Qualitative Reasoning modeling has been considered as a tool for integration and exploration of conceptual knowledge in ecological systems and population dynamics. Three types of approaches to explain metapopulation behavior were modeled: 1) the classical concept developed by Levins; 2) Pulliam’s view on source and sink populations; and 3) an integrated model of conservation, based on I. Hanski ideas. These models summarize the development of ideas incorporated to the basis of metapopulation theory and are useful for comparing hypotheses and assumptions involved in different viewpoints. These models aim to answer the question: “How the main ecological processes can explain metapopulation structure and dynamics?” The most fundamental message from taking a metapopulation perspective is that it can be recognized as a result of the balance between emigration and extinction forces, considering the influence of conservation and landscape ecology elements, like the matrix permeability and patch quality, that affect the communication between the fragments of population. This study also investigated the impact of conceptual modeling on the understanding of the causality relations related to population biology, metapopulation and conservation issues. The results show that qualitative models are a valuable tool for exploring metapopulation dynamics providing better understanding of complex scenarios dealing with constraints on population fluctuations over time and space

Uso de modelos para avaliar a influência da matriz de paisagens fragmentadas sobre aves do Cerrado e da Mata Atlântica

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Ecologia, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2012.CAPÍTULO 1: Resumo A maximização do potencial de conservação de médio a pequenos fragmentos florestais é tônica para a manutenção das espécies da Mata Atlântica, onde manchas de habitat são relativamente pequenas e as populações que as habitam são suscetíveis à extinção local. Uma estratégia para fazer isso é por meio da restauração da matriz da paisagem com da implantação de sistemas agroflorestais. Foi construído um modelo para identificar as regiões em que a restauração da matriz tem maior efeito sobre a conectividade funcional para aves florestais endêmicas. As hipóteses testadas são de que (1) a eficácia da restauração da matriz é afetada pelo grau de isolamento da paisagem, e que (2) em graus intermediários de isolamento a eficiência de restauração para a conectividade é máxima. Modelamos a conectividade funcional usando o Índice Integral de Conectividade de quatro espécies de aves endêmicas (Chiroxiphia caudata, Sclerurus scansor, Xiphorhynchus fuscus e Pyriglena leucoptera) em três tipos de matrizes em paisagens da Mata Atlântica. Foram ajustados modelos aditivos generalizados mistos para analisar a influência do isolamento sobre a conversão da matriz. Além disso, foi testado se métrica de isolamento seria o melhor preditor da eficácia da restauração de matriz. A primeira hipótese foi corroborada pelo modelo mas, por outro lado, a segunda hipótese foi confirmada por apenas um único cenário de um total 12. Geralmente a eficácia da restauração está negativamente associada ao isolamento, de modo que uma maior eficácia é encontrada em paisagem em que manchas têm mario área e estão mais próximas umas das outras. Apesar disso, houve uma grande variação na resposta, aspecto que dificultou a generalização dos resultados. A média do índice de proximidade foi melhor preditor da eficiência de restauração do que a média do vizinho mais próximo. O modelo pode ser utilizado para tomadores de decisões e gestores definirem áreas prioritárias para a restauração agroflorestal. _____________________________________________________________________________________________CAPÍTULO 2: Resumo Compreender como os diferentes tipos de manejo da matriz de paisagem afetam organismos que habitam manchas de habitat natural é crucial para a conservação biológica. Tal fato se dá uma vez que a maior parte da biodiversidade terrestre habita sistemas agrícolas ou fragmentos de habitat inseridos em uma matriz agrícola. Considerando que a maior parte dessas paisagens agrícolas é composta por sistemas intensivos, ou que correm risco de sofrer intensificação agrícola, uma questão relevante para o manejo é: como a intensificação da matriz agrícola afeta a dinâmica populacional de pássaros habitando fragmentos florestais inseridos nesta matriz? O presente capítulo descreve um modelo qualitativo baseado em Teoria Qualitativa dos Processos e implementado através do software Garp3 para responder esta questão. O modelo descreve uma paisagem composta por um fragmento fonte resistente à extinção e um fragmento alvo no qual eventos populacionais estocásticos podem ocorrer. Se a permeabilidade da matriz exceder um dado limiar espécie específico, propágulos provenientes da fonte alcançam o fragmento alvo. A intensificação agrícola afeta a estrutura espacial da matriz e reduz a permeabilidade da mesma para as aves florestais, reduzindo assim o efeito resgate. Além disso, assume-se que algumas espécies podem usar a matriz como um habitat complementar para a alimentação e que o manejo da matriz pode afetar a base de recursos para essas espécies. Os resultados da simulação sugerem que, se a intensificação da agricultura continuar a ocorrer no domínio Mata Atlântica, as populações de espécies sensíveis que habitam pequenas manchas florestais (situação em que se encontra a maioria das populações que habitam remanescentes florestais) serão altamente suscetíveis à extinção local sem futuros eventos de recolonização. _____________________________________________________________________________________________CAPÍTULO 3: Resumo Uma parte significativa da biodiversidade terrestre do mundo utiliza manchas de habitat naturais inseridas em uma matriz agrícola. Neste capítulo, é apresentado um modelo de raciocínio qualitativo para comparar os impactos da agricultura intensiva e do manejo tradicional em comunidades de aves que habitam um mosaico de savana-floresta na ecorregião do Cerrado brasileiro, através da exploração não-numérica e representação explícita do conhecimento das relações causais. As espécies foram agrupadas com base em seu uso distinto do mosaico floresta-savana: especialistas florestais, generalistas florestais e não-florestais. O modelo qualitativo foi desenvolvido utilizando o programa Garp3. Nossos resultados sugerem que a agricultura intensiva leva ao declínio das aves florestais especialistas e espécies não-florestais, enquanto generalistas florestais se mantêm estáveis. Por outro lado, o manejo tradicional pode levar a uma diminuição ou a manutenção das espécies não-florestais e manutenção de ambos os grupos florestais. A substituição do manejo tradicional pela agricultura intensiva pode afetar negativamente as aves do Cerrado

Teaching/Learning Physics: Integrating Research into Practice

The GIREP-MPTL International conference on Teaching/Learning Physics: Integrating Research into Practice [GIREP-MPTL 2014] was held from 7 to 12 July 2014 at the University of Palermo, Italy. The conference has been organised by the Groupe International de Recherche sur l’Enseignement de la Physique [GIREP] and the Multimedia in Physics Teaching and Learning [MPTL] group and it has been sponsored by the International Commission on Physics Education [ICPE] – Commission 14 of the International Union for Pure and Applied Physics [IUPAP], the European Physical Society – Physics Education Division [EPS-PED], the Latin American Physics Education Network [LAPEN] and the Società Italiana di Fisica [SIF]. The theme of the conference, Teaching/Learning Physics: Integrating Research into Practice, underlines aspects of great relevance in contemporary science education. In fact, during the last few years, evidence based Physics Education Research provided results concerning the ways and strategies to improve student conceptual understanding, interest in Physics, epistemological awareness and insights for the construction of a scientific citizenship. However, Physics teaching practice seems resistant to adopting adapting these findings to their own situation and new research based curricula find difficulty in affirming and spread, both at school and university levels. The conference offered an opportunity for in-depth discussions of this apparently wide-spread tension in order to find ways to do better. The purpose of the GIREP-MPTL 2014 was to bring together people working in physics education research and in physics education at schools from all over the world to allow them to share research results and exchange their experience. About 300 teachers, educators, and researchers, from all continents and 45 countries have attended the Conference contributing with 177 oral presentations, 15 workshops, 11 symposia, and around 60 poster presentations, together with 11 keynote addresses (general talks). After the conference, 147 papers have been submitted for the GIREP-MPTL 2014 International Conference proceedings. Each paper has been reviewed by at least two reviewers, from countries that are different to those of the authors and on the basis of criteria described on the Conference web site. Papers were subsequently revised by authors according to reviewers’ comments and the accepted papers are reported in this book, divided in 8 Sections on the basis of the keywords suggested by authors. The other book section (actually, the first one) contains the papers that six of the keynote talkers sent for publication in this Proceedings Book. We would like to thank all the authors that contributed with their papers to the realization of this book and all the referees that with their criticism helped authors to improve the quality of the papers

Riverine Ecosystem Management: Science for Governing Towards a Sustainable Future

This open access book surveys the frontier of scientific river research and provides examples to guide management towards a sustainable future of riverine ecosystems. Principal structures and functions of the biogeosphere of rivers are explained; key threats are identified, and effective solutions for restoration and mitigation are provided. Rivers are among the most threatened ecosystems of the world. They increasingly suffer from pollution, water abstraction, river channelisation and damming. Fundamental knowledge of ecosystem structure and function is necessary to understand how human acitivities interfere with natural processes and which interventions are feasible to rectify this. Modern water legislation strives for sustainable water resource management and protection of important habitats and species. However, decision makers would benefit from more profound understanding of ecosystem degradation processes and of innovative methodologies and tools for efficient mitigation and restoration. The book provides best-practice examples of sustainable river management from on-site studies, European-wide analyses and case studies from other parts of the world. This book will be of interest to researchers in the field of aquatic ecology, river system functioning, conservation and restoration, to postgraduate students, to institutions involved in water management, and to water related industries