m5 territorio y socioeconomía - upm.es. forestal/departamentos/ud_ecologia/materia... · n de...

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M5 M5 TerritorioTerritorio y y SocioeconomSocioeconomííaa

La La EcologEcologííaa del del PaisajePaisajey y susu utilidadutilidad parapara

la la restauracirestauracióónn de de EcosistemasEcosistemas

RamRamóón Elenan Elena--RossellRossellóó, Santiago , Santiago SauraSaura y y ValentValentíínn GGóómezmez--SanzSanz

UPMUPM--ETSI Montes, ETSI Montes, ForestalForestal y y MedioMedio NaturalNatural

LandscapeLandscape EcologyEcology & & EcosystemEcosystem RestaurationRestaurationBasic Concepts Basic Concepts andand definitionsdefinitions

–– HumansHumans, , landslands, , landscapeslandscapes: : artisticartistic scientificscientific..–– SocioSocio--economicseconomics, , ecologyecology, socio, socio--ecologyecology–– ScaleScale, , graingrain, , extentextent, , integrationintegration levellevel,,–– LandscapeLandscape factorsfactors–– LandscapeLandscape typestypes

LandscapeLandscape structurestructure–– LandscapeLandscape elementselements–– CompositionComposition–– ConfigurationConfiguration–– StructuralStructural modellingmodelling: : FragstatsFragstats PatchPatch AnalistAnalist

LandscapeLandscape functionsfunctions–– InnerInner FunctionsFunctions: : NaturalnessNaturalness, , forestforest connectivityconnectivity–– OuterOuter FunctionsFunctions: : WildfireWildfire vulnerabilityvulnerability–– FunctionalFunctional modellingmodelling: : ConeforConefor

LandscapeLandscape dynamicsdynamics–– StructuralStructural changeschanges–– FunctionalFunctional changeschanges..–– DynamicDynamic modelmodel: SISPARES, : SISPARES, MarkovMarkov chainschains

LandscapeLandscape assessmentassessment & & monitoringmonitoring–– FutureFuture projectionsprojections andand diagnosisdiagnosis–– SimulationSimulation modelling:Prognosismodelling:Prognosis

EcologicalEcological evaluationevaluation ofof ecosystemecosystem restaurationrestauration at at LandscapeLandscape scalescale

indexindex

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M5 M5 La La EcologEcologííaa del del PaisajePaisajey y susu utilidadutilidad parapara


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ElementosElementos y y estructuraestructura del del paisajepaisaje

RamRamóón Elenan Elena--RossellRossellóó y y ValentValentíínn GGóómezmez--SanzSanz

UPMUPM--ETSI Montes, ETSI Montes, ForestalForestal y y MedioMedio NaturalNatural

M5 M5 La La EcologEcologííaa del del PaisajePaisajey y susu utilidadutilidad parapara


Elementos y estructura del paisajeElementos y estructura del paisaje

ELEMENTOS Y ESTRUCTURA DEL PAISAJEELEMENTOS Y ESTRUCTURA DEL PAISAJE

1.1. El Espacio y la EcologEl Espacio y la Ecologíía a

2.2. El Paisaje EcolEl Paisaje Ecolóógicogico

3.3. Los elementos del Paisaje.Los elementos del Paisaje.

4.4. CaracterizaciCaracterizacióón de teselas.n de teselas.

5.5. EvaluaciEvaluacióón de la estructura del Paisaje.n de la estructura del Paisaje.


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M5 EcologM5 Ecologíía del Paisajea del Paisaje

““landscapelandscape conceptconcept providedprovided spatialspatial dimensiondimension toto thethe ecologyecology””Forman and Godron, 1986

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1. El espacio y la Ecolog1. El espacio y la Ecologíía.a.

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¿Qué es el espacio desde un punto de

vista ecológico y cómo se puede

abordar entonces el análisis espacial?

““El espacio puede ser considerado como la El espacio puede ser considerado como la úúltima frontera de ltima frontera de la teorla teoríía ecola ecolóógicagica””

KareivaKareiva, 1994, 1994


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1. El espacio y la 1. El espacio y la EcologiaEcologia..

EcosistemasEcosistemas: sistemas que asumen la homogeneidad de su biotopo dando lugar a modelos reducidos a un punto territorial

La EcologEcologíía del Paisajea del Paisaje analiza las causas y consecuencias de la heterogeneidad espacial a lo largo de diferentes escalas, es decir, la interacción entre los patrones espaciales y los procesos ecológicos.

El PaisajePaisaje incorpora las trascendentes discontinuidades entre ecosistemas.

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““Estudio de las relaciones biofEstudio de las relaciones biofíísicas que gobiernan las sicas que gobiernan las diferentes diferentes unidades espacialesunidades espaciales de un territoriode un territorio””

TrollTroll, 1950, 1950

La EcologLa Ecologíía del Paisaje:a del Paisaje:

““Ofrece nuevos conceptos, teorOfrece nuevos conceptos, teoríías y mas y méétodos que esttodos que estáán n revelando la importancia del diserevelando la importancia del diseñño espacial sobre la o espacial sobre la

dindináámica de los ecosistemas en interaccimica de los ecosistemas en interaccióónn””

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Aspectos que distinguen la Ecología del Paisaje de otras subdisciplinas dentro de la Ecología:

1º. La Ecología del Paisaje trata explícitamente la importancia de la configuración espacial para los procesos ecológicos (no sólo cuanto hay de un particular componente, sino como este se relaciona espacialmente).

2º. La Ecología del Paisaje frecuentemente se enfoca en una extensión espacial mucho más amplia que aquella tradicionalmente estudiada en Ecología.

““La diferencia entre la EcologLa diferencia entre la Ecologíía del Paisaje y la Ecologa del Paisaje y la Ecologíía a tradicional esttradicional estáá en considerar el patren considerar el patróón espacialn espacial””

Turner & Gardner, 1990Turner & Gardner, 1990



1.1. El Espacio y la EcologEl Espacio y la Ecologíía del Paisajea del Paisaje






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2. El Paisaje Ecol2. El Paisaje Ecolóógico.gico.

Paisaje EcolPaisaje Ecolóógico = Sistema de Ecosistemasgico = Sistema de Ecosistemas..

Un Paisaje es ecológicamente reconocido por tres características principales:

ESTRUCTURAESTRUCTURA. Relaciones espaciales entre los distintos ecosistemas o elementos presentes.

FUNCIFUNCIÓÓNN. Interacciones entre elementos espaciales.

CAMBIOCAMBIO. Alteración en la estructura y función del sistema ecológico paisaje a lo largo del tiempo.

USOS HUMANOS.

CaracterCaracteríísticassticas ecolecolóógicasgicas de un de un PaisajePaisaje

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Riqueza Riqueza

DiversidadDiversidad

ConectividadConectividad

ResilienciaResiliencia

TeseladoTeselado

EstabilidadEstabilidad

SostenibilidadSostenibilidad

NaturalidadNaturalidad

FragilidadFragilidad

VALORESESTRUCTURALES

VALORESFUNCIONALES

VALORESDINÁMICOS

VALORESDE MANEJO

ProductividadProductividad

FragmentaciFragmentacióónn

2. El Paisaje Ecol2. El Paisaje Ecolóógico.gico.ValoracionesValoraciones ecolecolóógicasgicas de un de un PaisajePaisaje

MultiproducciMultiproduccióónn

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Riqueza Riqueza

DiversidadDiversidad TeseladoTeseladoVALORES

ESTRUCTURALES

RiquezaRiquezaNúmero de clases de elementos ecológicos en una unidad de paisaje de referencia.DiversidadDiversidadMedida de la variedad de elementos ecológicos y la uniformidad de su distribución, referida a una unidad de paisaje. TeseladoTeseladoConformación espacial de elementos ecológicos en una unidad de paisaje.


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NaturalidadNaturalidadCualidad de una unidad de paisaje de ser natural, de ser resultado de procesos no participados por el hombre.

ConectividadConectividadGrado de conexión entre una unidad de paisaje y un proceso ecológico (por ejemplo, movimiento de animales a través de los diferentes elementos del paisaje).

FragmentaciFragmentacióónnDescribe un proceso gradual dominado por la ruptura de uniones funcionales entre elementos de similar clase en una unidad de paisaje dada.

ConectividadConectividad

NaturalidadNaturalidad

FragmentaciFragmentacióónnVALORES

FUNCIONALES



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ResilienciaResilienciaHabilidad de un paisaje para retornar al estado anterior antes de ser cambiado.

FragilidadFragilidadProbabilidad de pérdida de biodivesidad cuando una unidad de paisaje sufre una perturbación (la biodiversiad es sensible a cambios estructurales).

EstabilidadEstabilidadCondición de “equilibrio” de un paisaje, resultado de tendencia general en el tiempo con fluctuaciones más o menos amplias.

VALORESDINÁMICOS

ResilienciaResilienciaEstabilidadEstabilidad

FragilidadFragilidad



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ProductividadProductividadCapacidad de un paisaje para acumular biomasa.

SostenibilidadSostenibilidadCondición de preservación de la eficacia renovable de una unidad de paisaje para aportar beneficios a las generaciones presentes y futuras.Es una condición de manejo en la que el efecto de las actividades humanas no amenace la integridad de los sistemas ecológicos que suponen el contexto para estas actividades.

SostenibilidadSostenibilidadVALORESDE MANEJO ProductividadProductividad



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1. Estructura y Dinámica de la heterogeneidad espacial del Paisaje.

2. Influencias recíprocas entre el patrón espacial del paisaje y los procesos bióticos y abióticos.

3. Interacciones y cambios a lo largo de paisajes heterogéneos.

4. Manejo de la heterogeneidad espacial.

Objetivos principales de estudio de la EcologObjetivos principales de estudio de la Ecologíía del a del PaisajePaisaje. . Risser et al. 1984










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3. Los elementos del Paisaje.3. Los elementos del Paisaje.

Un paisaje tiene una ESTRUCTURA: Es un sistema compuesto por diferentes Elementos organizados de acuerdo con un Patrón Espacial determinado. Forman and Godron, 1986

ELEMENTOS DEL PAISAJE.ELEMENTOS DEL PAISAJE.Componentes del sistema paisaje que reflejan el comportamiento espacio-temporal de materia, energía y organismos vivos.

PATRPATRÓÓN ESPACIALN ESPACIAL.Número, tamaño y grado de interrelación espacial de los elementos del paisaje que posibilita la interpretación de procesos ecológicos.


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Es la menor unidad ecológica con condiciones homogéneas respecto de un fenómeno, proceso o carácter (substrato, suelos, agua, clima, vegetación, fauna,…).

Ámbito ecológico que reúne las condiciones de nicho ecológico para diferentes especies (HÁBITAT) -puede ser sinónimo de ECOTOPO-.

Puede considerarse que funcionan como un Ecosistema particular.

ELEMENTO DEL PAISAJE.ELEMENTO DEL PAISAJE.Bastian & Schreiber, 2001

Clasificación:

a) De acuerdo con su dimensión espacial.

b) De acuerdo con su función.



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2.a. ELEMENTOS DEL PAISAJE en función de su dimensión espacial.

ELEMENTO PUNTUAL. ELEMENTO PUNTUAL. Casa, fuente, árbol, pozo, ...



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emas 2.a. ELEMENTOS DEL PAISAJE en función de su dimensión

espacial.


ELEMENTO LINEAL. ELEMENTO LINEAL. Río, seto, carretera, …



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2.a. ELEMENTOS DEL PAISAJE en función de su dimensión espacial.


ELEMENTO LINEAL. ELEMENTO LINEAL. Río, seto, carretera, …

ELEMENTO SUPERFICIAL . ELEMENTO SUPERFICIAL . Campo de cultivo, bosque, pastizal, urbe …


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2.b. ELEMENTOS DEL PAISAJE en base a su función (Forman and Godron, 1986).

Tipos de TESELAS de acuerdo con su forma y extensión.

-- MATRIZMATRIZ (matrix). El tipo de tesela mas extenso y conectado que juega un papel dominante en el funcionamiento del paisaje.

Papel (función) = teselas, pero con mayor grado de incidencia.

Su carácter espacialmente dominante condiciona la evaluación e interpretación del paisaje – debido a su amplia extensión, puede distorsionar los valores de ciertos índices de evaluación- .


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2.b. ELEMENTOS DEL PAISAJE en base a su función (Forman and Godron, 1986).

-- CORREDORCORREDOR (corridor). Superficie alargada y estrecha (lineal) que difiere de la matriz circundante

Frecuentemente se organizan en REDES, con un papel trascendente en el comportamiento de los flujos de materia, energía y seres vivos.

Forman (1995) les atribuye las siguientes funciones principales:

- Hábitat- Conductor- Filtro o barrera- Fuente- Sumidero


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Tesela

Matriz

Corredor

Puntual(casa)

Líneal(camino)

Area(cultivo)


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Flujos Bióticos

AnimalesPlantas

Microorganismos

FlujosGeoquímicos

GasesPartículasLíquidos


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IdentificaciIdentificacióón de los ELEMENTOS DEL PAISAJE.n de los ELEMENTOS DEL PAISAJE.

Deben ser definidos de acuerdo con la tipología ecológica del fenómeno, proceso o característica a estudiar y evaluar a escala paisaje.

→ Posible definición desde dos puntos de vista:Funcional: Heterogeneidad definida en base al

proceso o fenómeno ecológico de interés.Antropocéntrico: Heterogeneidad del Paisaje

identificada primariamente por el resultado de las actividades humanas.


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2. Al ser elementos muy variables en tamaño, forma y edad, pudiendo además tener diferentes historiales de perturbaciones, tienen que ser identificados tras un proceso de selección de la escala de aproximación adecuada (grano y extensión).

“...the choice of categories to include in a pattern analysis is critical.” (Turner et al. 2001)

IdentificaciIdentificacióón de los ELEMENTOS DEL PAISAJE.n de los ELEMENTOS DEL PAISAJE.


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Término con un uso algo diversificado y equívoco

Acepción mas común: número, tamaño y grado de distribución espacial de los elementos del paisaje, elementos que permiten interpretar los procesos ecológicos.

En esta acepción, patrón del paisaje es sinónimo de distribución espacial de las teselas, matriz y corredores, o plasmación física de lo que se define como Estructura del paisaje

El PATREl PATRÓÓN DEL PAISAJE N DEL PAISAJE (pattern)

Propiedades ecológicas del patrón del paisajeFragmentaciónHeterogeneidad o DiversidadConectividad Fragilidad


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Propiedades ecológicas del patrón del paisaje.FragmentaciFragmentacióón.n.

Resulta de un proceso de disminución sucesiva del tamaño de los elementos lineales y superficiales del paisaje

Conlleva la ruptura de uniones espaciales-funcionales entre elementos de similar clase en una unidad de paisaje dada.

Condiciona:

- El tamaño de las teselas.

- La forma de las teselas – bordes y su configuración -.

- El grado de aislamiento (conectividad) de las teselas.


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Propiedades ecológicas del patrón del paisaje.Heterogeneidad o diversidad.Heterogeneidad o diversidad.

Un paisaje se presenta, en primer lugar, como un conjunto de elementos más o menos fragmentados o conectados (MOSAICO), que se reconoce especialmente heterogéneo (Burel y Baudry, 2002)

Tiene dos componentes:

- La diversidad de elementos paisajísticos

- La complejidad de sus relaciones espaciales.


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Hace referencia al grado de conexión entre elementos del patrón del paisaje.

Tipos:

a) Conectividad espacial. Grado de adyacencia espacial (proximidad o alejamiento) entre elementos del paisaje.

b) Conectividad funcional. Grado de interacción ecológica entre los elementos del pasaje. Depende de los procesos u organismos de interés.

Propiedades ecológicas del patrón del paisaje.Conectividad.Conectividad.


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Alta conectividad: Teselas de gran tamaño, con una forma más irregular, bordes largos y presencia de corredores.

Baja conectividad: Teselas pequeñas, aisladas, con bordes cortos, sin corredores (limitados movimientos de individuos y materiales entre ellas).


Propiedades ecológicas del patrón del paisaje.Conectividad.Conectividad.

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emas Propiedades ecológicas del patrón del paisaje.

Fragilidad.Fragilidad.

Probabilidad de pérdida de biodivesidad cuando una unidad de paisaje sufre una perturbación (la biodiversiad es sensible a cambios estructurales).

Depende de:- Estabilidad del sistema.- Resiliencia del sistema.










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4. Caracterizaci4. Caracterizacióón de teselas.n de teselas.

TeselaTesela: elemento del paisaje con una clara dimensión superficial, que presenta homogeneidad respecto del proceso, variable o carácter ecológico de estudio.

Criterios de identificación.Funcional: superficies que muestran un

comportamiento diferencial respecto de los procesos o fenómenos ecológicos de interés.

Antropocéntrico: Superficies que responden a distintos usos del suelo por parte del hombre.


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MMéétodos de delimitacitodos de delimitacióón de teselas.n de teselas.

Método “manual”

– Información geográfica base (mapas, fotos,…) → Datos tipo Vector.

FOTOGRAFÍAAÉREA

TESELAS


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Método “manual”– Datos tipo Vector.

Cada elemento del paisaje es explícitamente representado como puntos, líneas o polígonos.

– Pros: Archivos pequeños, permite añadir topología (por ejemplo, relaciones espaciales explícitas entre objetos conectados o adyacentes).

– Contras: Estructura de datos compleja, mayor tiempo para su creación y manejo; su manipulación requiere de algoritmos más o menos complejos.


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Métodos “automáticos”.

– Información geográfica en formato raster.

Variabilidad espacial recogida en una cuadrícula de celdas (pixels= individuales, caracterizadas por un número continuo (por ejemplo, altitud en metros) o discreto (que informa sobre una cualidad, por ejemplo, tipo de uso del suelo)

–Pros: Estructura de datos simple; facilidad para representar variables continuas (por ejemplo, altitud); el filtrado o la modelización matemática es relativamente sencilla.

–Contras: Grandes archivos, no permite topología, los objetos están generalizados (limitados por el tamaño de la celda)


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Métodos “automáticos”.– Datos tipo Raster.

Métodos de definición espacial de teselas:

• Agregación simple

• Detección de los bordes de las teselas

• División sucesiva de la extensión del paisaje

• Agregación espacialmente restringida


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11 teselas

3 teselas

Regla de los 4 vecinos

Regla de los 8 vecinos



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• La definición de teselas se realiza informáticamentemediante la detección de variaciones bruscas en los valores de una variable de interés: uso, cubierta, etc…

• Para ello se utiliza una ventana que se va moviendo por la extensión del paisaje.

• Se detecta la localización de la variación brusca por:

* Método de la varianza local

* Método de la tasa local de cambio

Métodos de Detección de bordes teselares



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Retícula raster con valores de la variable original

Retícula raster de varianzas de la variable en las ventanas


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Cuadrícula de máxima varianza

Borde de tesela

Métodos de Detección de bordes teselares.Método de la varianza local


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Métodos de División Sucesiva de la extensión del paisaje • Partición de la extensión del paisaje en todos los posibles pares de grupos teselares

• Comparación de varianzas de los grupos teselaressurgidos en las particiones, mediante test F.

• Selección de la partición que maximiza la varianza entre teselas

• Reiteración del proceso en cada una de las dos teselas definidas

• Elaboración de dendrograma descendente




Cuadrícula de máxima varianza

Borde de tesela

Métodos de Detección de bordes teselares.Método de la varianza local

3. Caracterizaci3. Caracterizacióón de teselas.n de teselas.MMéétodos de delimitacitodos de delimitacióón de teselas.n de teselas.

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Retícula raster de la pendiente de la regresión de la variable respecto de la X e Y en las ventanas

Retícula raster con valores de la variable original

X

Y

Métodos de Detección de bordes teselares.Método de la tasa local de cambio


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Cuadrícula de máxima pendiente

Borde de tesela

Retícula raster de la pendiente de la regresión de la variable respecto de la X e Y en las ventanas

Métodos de Detección de bordes teselares.Método de la tasa local de cambio


M. O

. I.

Res

taur

aci

M. O

. I.

Res

taur

aci óó

n de

Eco

sist

emas

n de

Eco

sist

emas

Métodos de División Sucesiva de la extensión del paisaje

3. Caracterizaci3. Caracterizacióón de teselas.n de teselas.MMéétodos de delimitacitodos de delimitacióón de teselasn de teselas..

M. O

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. I.

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Eco

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Métodos de Agrupación Espacialmente Restringida.

• Agrupación de unidades territoriales de manera jerárquica y automática.

• “Cluster” multivariable mediante el uso de algoritmos de semejanza entre unidades territoriales con la condición de adyacencia espacial

• Elaboración de dendrograma ascendente


M. O

. I.

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M. O

. I.

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Métodos de Agrupación Espacialmente Restringida.


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DescripciDescripcióón espacial bn espacial báásica.sica.

Área: tamaño de la tesela en unidades cartográficas (m2 y ha). Puede subdividirse en:

- Borde: superficie perimetral de amortiguación (buffer).

- Área nuclear interior (core area): área desafectada del efecto borde.

Perímetro: medida lineal que rodea la tesela.

Complejidad de la forma: ratio perímetro/área.

4. Caracterizaci4. Caracterizacióón de teselas.n de teselas.M

. O. I

. Res

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M. O

. I.

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M. O

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La ESTRUCTURA y el patrón espacial del paisaje pueden ser descritos a partir de la composición y de la configuraciónForman and Godron, 1986

COMPOSICICOMPOSICIÓÓNNVariedad y abundancia relativa de los elementos del paisaje.

CONFIGURACICONFIGURACIÓÓNNCaracterísticas espaciales y distribución de los elementos de un paisaje.


5. Evaluaci5. Evaluacióón de la Estructura del Paisaje.n de la Estructura del Paisaje.

M. O

. I.

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M5M5--S1 EcologS1 Ecologíía del Paisajea del Paisaje

Evaluación → ÍÍndices del paisajendices del paisaje: algoritmos que cuantifican la características espaciales específicas de los elementos del paisaje (teselas y patrón espacial),

Niveles de aplicación:1º) ÍÍndices a nivel teselandices a nivel tesela individual.2º) ÍÍndices a nivel clase/tipo de teselandices a nivel clase/tipo de tesela, que incluye el conjunto de teselas similares respecto de un criterio de clasificación.3º) ÍÍndices a nivel paisajendices a nivel paisaje, en donde se integran todas las clases que se encuentran presentes en la totalidad del paisaje estudiado.

Evaluación → ÍÍndices del paisajendices del paisaje: algoritmos que cuantifican la características espaciales específicas de los elementos del paisaje (teselas y patrón espacial),

Niveles de aplicación:1º) ÍÍndices a nivel teselandices a nivel tesela individual.2º) ÍÍndices a nivel clase/tipo de teselandices a nivel clase/tipo de tesela, que incluye el conjunto de teselas similares respecto de un criterio de clasificación.3º) ÍÍndices a nivel paisajendices a nivel paisaje, en donde se integran todas las clases que se encuentran presentes en la totalidad del paisaje estudiado.


M. O

. I.

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M. O

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Eco

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M5M5--S1 EcologS1 Ecologíía del Paisajea del Paisaje

Niveles de aplicación2º) ÍÍndices a nivel de clase de tesela.ndices a nivel de clase de tesela.

Valores relativos a todas las teselas que pertenecen a la misma clase.

La integración puede hacerse por media simple o ponderada con distintos criterios.

Representan la cantidad y distribución espacial de un tipo de teselas y pueden ser interpretados como índices de fragmentación.

Aporta información sobre la extensión y fragmentación de cada clase de teselas en el paisaje.


Niveles de aplicación2º) ÍÍndices a nivel paisaje.ndices a nivel paisaje.

Integran la totalidad de las teselas de todas las clases presentes en la extensión completa del paisaje.

Están derivados de los atributos a nivel de tesela, por lo que están altamente correlados y pueden aportar información redundante.

Cuantifican, en primera instancia, el patrón del paisaje. Representan el patrón espacial del mosaico paisajístico completo y pueden ser interpretados como índices de heterogeneidad del paisaje dado que cuantifican la estructura global del paisaje.

M. O

. I.

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M. O

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Eco

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Categorías principales de Índices de Paisaje.A) ÍÍndices de Composicindices de Composicióón.n.

Cuantifican aspectos asociados a la variedad y abundancia de los tipos de teselas dentro del paisaje, pero sin considerar características espaciales de las teselas dentro del mosaico.

Son sólo aplicables a nivel del paisaje.

B) ÍÍndices de Configuracindices de Configuracióón Espacial.n Espacial.Son más difíciles de definir y hacen referencia a las

características y relaciones espaciales, emplazamiento o localización de las teselas dentro de su clase o en el total del paisaje.

Aplicables tanto a nivel de tesela como a nivel de clase de tesela o paisaje.M

. O. I

. Res

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M. O

. I.

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Eco

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A) ÍÍndices de Composicindices de Composicióón.n.

Principales medidas de composición:

1. Riqueza.

2. Abundancia relativa de cada clase de tesela.

3. Diversidad.

4. Uniformidad (o dominancia).

M. O

. I.

Res

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aci

M. O

. I.

Res

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n de

Eco

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emas

n de

Eco

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1. Riqueza.Riqueza de teselas –patch richness- (m). Número de distintos tipos de teselas presentes en un paisaje

2. Abundancia relativa de cada clase de tesela.Proporción (pi). Es el porcentaje de presencia del tipo de tesela “i” respecto del total de teselas.

donde: ni es el número de teselas de la clase “i” y m es el número total de clases de teselas (riqueza)

∑=

= m

ii

ii

n

np

1

M. O

. I.

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M. O

. I.

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Eco

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3. Diversidad

Grado de variedad de los tipos teselares en el paisaje.

[ ]∑=

⋅−=m

iii ppSHDI

1)ln(

∑=

−=m

iipMSIDI

1

2ln

- Índice de Diversidad de Shannon -Shannon’sDiversity Index- (SHDI).

- Índice modificado de Diversidad de Simpson –Modified Simpson’s Diversity Index (MSIDI)

M. O

. I.

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. I.

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4. Uniformidad (o dominancia)

Abundancia relativa de los distintos tipos teselares en el paisaje.

[ ]m

ppSHEI

m

iii

ln

)ln(1∑=

⋅−=

m

pMSIEI

m

ii

ln

ln1

2∑=

−=

- Índice de Uniformidad de Shannon –Shannon’s Evenness Index- (SHEI).

- Índice modificado de Uniformidad de Simpson –Modified Simpson’s Evenness Index- (MSIEI)

M. O

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B) ÍÍndices de Configuracindices de Configuracióón espacial.n espacial.

Principales aspectos de configuración a ser evaluados:

a) Subdivisión (distribución de tamaños y densidad de teselas).

b) Complejidad de formas teselares.

c) Bordes y Área nuclear.

d) Contraste teselar.

e) Dispersión (aislamiento / proximidad) de teselas.

f) Contagio y entremezcla.

g) Conectividad.

5. 5. EvaluaciEvaluacióónn de la Estructurade la Estructura

M. O

. I.

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Grado en el cual las clases de teselas parecen divididas en teselas separadas, independientemente del tamaño, forma, localización relativa y relaciones espaciales entre ellas.

Índices:número de teselas –number of patches- (NP),tamaño de las teselasdensidad de teselas – Patch density- (PD):

número de teselas por unidad de superficie.

M. O

. I.

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. I.

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A nivel clase de tesela o paisaje pueden ser integrados a partir de estadísticos descriptivos:

- Valores de tendencia central: media, mediana, moda,...

- Valores de dispersión (heterogeneidad interna): varianza, rango,...

→ permite evaluar el grado de fragmentación de cada clase de tesela –muchas teselas pequeñas, alta subdivisión; pocas teselas y grandes, baja subdivisión-.

M. O

. I.

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Medidas más explícitas de subdivisión pueden ser extraídas de la distribución acumulada de tañamos de las teselas (Jaeger, 2000) o de las frecuencias de las distintas categorías de tamaño de teselas

PR

16.014.012.010.08.06.04.02.0

Freq

uenc

y

20

10

0

StdMe

N =

Tamaño teselar

Frec

uenc

ia

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b) Complejidad de las formas teselares

Aspecto relacionado con la geometría de las teselas (si tienden a ser simples y compactas o irregulares y tortuosas) → Grado de irregularidad geométrica de las teselas.

Medida más común de complejidad de forma → ratio perímetro/área:

Índice de forma del paisaje –Landscape Shape Index- (LSI), a menudo estandarizado a una forma Euclidea simple .

aeLSI

⋅⋅=

π2 aeLSI ⋅

=25.0

(círculo) (cuadrado)

M. O

. I.

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. I.

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b) Complejidad de las formas teselaresOtra posibilidad:

Dimensión Fractal –Fractal Dimension- (FD)

Expresión para un mapa (O’Neill at al., 1988):

donde S es la pendiente de regresión entre log (a) y log (e/4) –a es el área teselar y e su perímetro)..

SFD ⋅= 2

La dimensión fractal crece con la complejidad del paisaje

M. O

. I.

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. I.

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b) Complejidad de las formas teselares

“Dimensión Fractal del paisaje”

Log(Area Teselar)

Log(

Perím

etro

/4)

S = tg α

FD = 2S

α

Recta de Regresión

M. O

. I.

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. I.

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b) Complejidad de las formas teselaresA nivel clase de tesela o paisaje, LSI y FD pueden ser integrados a partir de estadísticos descriptivos:

Ratio medio perímetro-area –Mean perimeter-area ratio- (MPAR)

Índice medio de forma –Mean Shape Index-(MSI)

Dimensión fractal teselar media –Mean Patch Fractal Dimension- (MPFD)

M. O

. I.

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. I.

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c) Bordes y Áreas nucleares.

Área teselar = Área nuclear + Borde.

Área nuclear:- representa el área interior de las teselas libre de la influencia del efecto de borde.- integra el tamaño teselar, la forma y el efecto de borde.

Borde: es definido en función de la relevancia para el fenómeno o proceso de estudio, y puede ser fijo o ajustado a cada tipo individual de contraste entre teselas.

Índices: similares a los de subdivisiónM. O

. I.

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. I.

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B) ÍÍndices de Configuracindices de Configuracióón espacialn espacial

c) Bordes y Áreas nucleares

Índices:Longitud total de bordes teselares –Total Edge- (TE)Densidad de bordes teselares –Edge Density- (ED)Área total de zonas nucleares –Total Core Area- (TCA).Porcentaje de área nuclear –Core Area Pecent-

(CLAND).Número de áreas nucleares –Number of Core Areas-

(NCA)Densidad de áreas nucleares –Core Area Density-

(CAD).Área media de la zona nuclear –Mean Core Area- (MCA).

M. O

. I.

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. I.

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d) Contraste teselar.Es la diferencia relativa entre tipos de teselas, respecto a la variable segregadora.

Depende de la definición de contraste que se establezca.

Bosque/Cultivo IntensivoBosque/Urbano

4

Bosque/PastizalBosque/Cultivo Extensivo

3

Bosque/MatorralBosque/Dehesa

2

Bosque/Galería Fluvial1

M. O

. I.

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. I.

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d) Contraste teselar.

Índices:

Densidad de bordes ponderada por tipo de contraste entre teselas

Valor medio ponderado por la longitud de bordes del valor de contraste entre la tesela de estudio y las teselas vecinas.

M. O

. I.

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e) Dispersión de teselas.Tendencia de las teselas de una clase a estar relativamente aisladas, contiguas o regularmente distribuidas con respecto a las otras de igual o similar categoría.

Índices más frecuentes:

Distancia media al vecino más próximo de las distintas teselas de una clase –Mean Nearest-neighbor distance-(MNN)

Variabilidad relativa de MNN, por ejemplo, varianza de la media (varianza mayor que la media, teselas agrupadas; varianza menor que la media, teselas distribuidas más o menos uniformemente).

M. O

. I.

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. I.

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e) Dispersión de teselas.

Distancia media a la tesela más próxima de la misma clase (MNN):

∑=

=)(

1 )(

kn

i

ij

knd

MNN

donde: dij es la distancia al vecino más próximo j desde la tesela i, siendo ambas del mismo tipo k; n(k) es el número de teselas de la clase k.

Este índice puede ser promediado sobre todas las clases de teselas y obtener un índice medio de dispersión del paisaje.M

. O. I

. Res

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M. O

. I.

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f) Contagio y entremezcla.El contagio hace referencia a la tendencia de los tipos de teselas a estas espacialmente agregados. Ignora las teselas “per se” y evalúa la extensión en la cual están agrupadas las celdas de igual clase.

La entremezcla se refiere al grado de mezcla entre teselas de diferentes tipos, estando basada enteramente en la adyacencia entre teselas.

Se caracteriza normalmente mediante:• Matriz de adyacencias entre los distintos tipos teselares• Índice general de contagio

M. O

. I.

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aci

M. O

. I.

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Adyacencia.

donde: pi es la proporción del tipo de tesela i en el paisaje, gij la proporción de frontera entre las teselas de tipo i y la de tipo j

Matriz de adyacencias: sus elementos reflejan las proporciones de frontera entre los distintos tipos teselares.

∑=

⋅=

M

jij

ijiij

g

gpa

1

M. O

. I.

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aci

M. O

. I.

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Matriz de adyacencias.

C B MC 0 59 81B 28 0 10M 72 41 9

M. O

. I.

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M. O

. I.

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Índice general de contagio –Interspersion and yuxtaposition index- (IJI)

donde: aij es la adyacencia entre las teselas de tipo i y la de tipo j; m es la riqueza teselar

Este índice toma valores próximos a 1,0 para la agrupación máxima entre teselas de la misma clase y tiende a 0,0 en la máxima entremezcla.

∑ ∑= = ⎥

⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

⋅

⋅+=

m

i

m

j

ijij

maa

IJI1 1 )ln(2

)ln(1

M. O

. I.

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M. O

. I.

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g) Conectividad.

De forma general, se refiere al grado de unión o conexión funcional entre teselas respecto del fenómeno o proceso ecológico de interés.

Unión funcional: relación entre teselas que forman parte de un mismo sistema de flujos de materia, energía y/o seres vivos. Niveles de estudio:

g.1) Conectividad entre teselas.

g.2) Conectividad general del paisaje.

M. O

. I.

Res

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aci

M. O

. I.

Res

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Eco

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Puede evaluarse por: Contacto directo, adyacencia estricta o contagio.Proximidad por presencia a distancia inferior a un

valor umbralProbabilidad de conexión o función de distancia

decrecienteDistancia modificada por la resistencia a la

conexión (camino de menor coste entre teselas).

M. O

. I.

Res

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aci

M. O

. I.

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Eco

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Contacto directo, adyacencia estricta o contagio →longitud de la frontera entre dos teselas diferentes

eijti

tj



eij es la longitud del contacto entre las teselas i j; M

. O. I

. Res

taur

aci

M. O

. I.

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Proximidad por presencia a distancia inferior a un valor umbral →longitud de los bordes (zona buffer) entre teselas.

dijti

dutj

du → distancia umbral de proximidad a la tesela i; dij → longitud de frontera considerando zona buffer entre las teselas i y j.



M. O

. I.

Res

taur

aci

M. O

. I.

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Eco

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Probabilidad de conexión o función de distancia decreciente →probabilidad de conexión para una distancia dada dij

dijti

tj



cij = EXP[-k*dij] es la probabilidad de conexión entre las teselas i j; M

. O. I

. Res

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aci

M. O

. I.

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Distancia modificada por la resistencia a la conexión, o función de la distancia ponderada por la resistencia.

wkti

tj

dij = ∑ k[wk*rk]donde cada celda k es parte del recorrido o camino de mínimo coste desde la tesela i a j, con una amplitud de celda w y resistencia r. Los valores de r se deben definir para cada tipo de tesela y para el proceso o especie de interés en el estudio.




M. O

. I.

Res

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aci

M. O

. I.

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A partir de la conectividad de cada pareja de teselas se puede calcular la conectividad general del paisaje.

Índices:Índice de ConectanciaUmbral de PercolaciónÍndice de Cohesión TeselarLongitud de Correlación o Índice de Transitabilidad



M. O

. I.

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aci

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. I.

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Conectancia de un paisaje: proporción de conexiones que hay funcionalmente establecidas respecto de la totalidad de conexiones posibles.

Índice de Conectancia

donde se otorga un valor cij para cada posible conexión de modo que si la conexión es funcional cij alcanza un valor igual a 1, y si no es funcional cij alcanza el valor 0, y N es el número de conexiones en las que i<j.



Índice de Conectancia

2)1( −⋅=

∑NN

cC ij

M. O

. I.

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aci

M. O

. I.

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Teoría de la Percolación de un paisaje (Stauffer 1985) → La conectividad del paisaje puede ser evaluada a partir de la densidad teselarPara un tipo de teselas “i” de probabilidad de aparición pi, se cumple que:

1) Hay un valor pc , valor umbral, para el que ese grupo de teselas conecta todo el paisaje.2) En caso de paisajes aleatorios infinitamente grandes- Si se usa la regla de la adyacencia directa de cuatro vecinos, el valor umbral es pc=0,59.- Si se usa la regla de adyacencia de las diagonales, pc=1-0,59 = 0,41.


g.2) Conectividad general del paisaje.Umbral de Percolación

M. O

. I.

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aci

M. O

. I.

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Umbral de Percolación

P = 0,1P = 0,2P = 0,3P = 0,4P = 0,5Pc = 0,59

M. O

. I.

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aci

M. O

. I.

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A partir de la Teoría de la Percolación, se define la cohesión teselar mediante la expresión:

donde e es la longitud de los perímetros teselares, A es el área teselar, y N es el número de pixeles del mapa.

Este índice tiende a 1 cuando p = pc= 0,59


g.2) Conectividad general del paisaje.Cohesión teselar

N

Aee

PC1

1

)(

)(1

−

⋅−

= ∑∑

M. O

. I.

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M. O

. I.

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e es la longitud de los bordes teselares(perímetros) = 13,

A es el área teselar = 5

N es el número de pixeles del mapa = 650



Cohesión teselar

M. O

. I.

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. I.

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Distancia promedio que se debería recorrer en un paisaje sin salir de un tipo de tesela desde un punto de partida aleatorio moviéndose en una dirección aleatoria, es decir, es la transitabilidad esperada del mapa (Keitt et al., 1997).



Longitud de correlación

En el caso de mapas raster en los que las teselas se definen por la agrupación de pixeles, la Longitud de Correlación es:

donde: Ri es el radio efectivo de un grupo i que es medido por la media de la distancia Euclídea desde cada celda hasta el centro geométrico del cluster; Ai es el área del grupo medida mediante la proporción del mapa ocupada por el cluster i.

∑ ⋅= i ii ARCL

M. O

. I.

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A modo de conclusión.• Medidas primarias en un paisaje: tipo de tesela, área, longitud de perímetro y tipo de tesela vecina.• La mayor parte de los índices del paisaje están correlacionados, ya que derivan de las medidas primarias. Riitters et al., (1995) recomiendan la selección y uso de un número reducido de índices que pueden reflejar la mayor variabilidad.• La decisión sobre cuales usar depende de las hipótesis inicialmente fijadas y del objetivo principal del estudio.• En base a ello, es imprescindible la interpretación del paisaje en relación al fenómeno o proceso ecológico de interés → Atributos de: Fragmentación, Heterogenidad (diversidad), Conectividad y Fragilidad.


M. O

. I.

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