Conservação da Biodiversidade - 2013

Perda e Fragmentação de

habitat

e biodiversidade

Jean Paul Metzger

IB-USP

• Segundo Cerqueira et al. (2003), a

fragmentação é um processo

exclusivamente induzido pelo Homem?

Porque?

FRAGMENTAÇÃO : ruptura na continuidade

Perda de habitat SEM fragmentação

Perda de habitat COM fragmentação

Perda de habitat e fragmentação

Quantidade de habitat

Tamanho dos fragmentos

Conectividade dos fragmentos

Isolamento entre os

fragmentos

Número de fragmentos

Borda habitat/não-habitat

Redução na

área do

fragmento

Isolamento

EXTINÇÃO

Fragmentação

> Extinção local

< recolonização

ESTRUTURAL FUNCIONAL

Limiar de fragmentação

Habitat loss

Lenore Fahrig 2003. Effects of Habitat Fragmentation on Biodiversity

Annual Review of Ecology and Systematics

PERDA DE HABITAT FRAGMENTAÇÃO

Segundo Fahrig (2003) :

Limiar de fragmentação

1984 1998

Alta Floresta

Carlinda

0 15 30

km

Mata Atlântica

Ribeiro et al. (2009)

12-16% de

florestas

remanescentes

Species-Area Relationship (Arrhenius 1921):

S = c Az where: S: richness

A: area

c and z constants

Arrhenius, O. 1921. Species and area. J. of Ecology 9: 95-99.

AREA

RIC

HN

ES

S

90% habitat loss

50% species extinction

Extinction debt

Atlantic Forest Extinction

(Brooks & Balmford 1996, Nature)

Onde conservar?

A

C B

E

D

F

G

2. Onde conservar?

A

C B

E

D

F

G

• Biogeografia de ilhas

• Conceituação

• Aplicação

Bases para a conservação

I – MODELOS DE ILHAS E DE REDE

II – MODELOS DE MOSAICOS

• Ecologia de paisagens

• Conceituação

• Aplicação

• Teoria de metapopulações

• Conceituação

• Aplicação

A teoria da biogeografia das ilhas

(MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island

biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton)

Esta teoria estava baseada em três observações:

1. Comunidades insulares são mais pobres em espécies do que as

comunidades continentais equivalentes (Sc > S1);

2. Esta riqueza aumenta com o tamanho da ilha;

3. Esta riqueza diminui com o aumento do isolamento da ilha.

S2

S3 S1

S4

Sc

(S1 > S2) (S3 > S4)

(S1 > S3)

(S2 > S4)

A teoria da biogeografia das ilhas

(MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island

biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton)

Esta teoria estava baseada também numa premissa:

1. As ilhas não funcionam como um sistema fechado:

S2

S3 S1

S4

Sc

(S1 > S2) (S3 > S4)

(S1 > S3)

(S2 > S4)

A teoria da biogeografia das ilhas

(MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island

biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton)

Existe um equilíbrio dinâmico entre extinção e colonização

Se

Taxa d

e co

lon

izaçã

o

(esp

écie

s /

tem

po

)

Taxa d

e ex

tin

ção

(e

spéc

ies

/ te

mp

o)

Chegada de uma

espécie nova na ilha Número de espécies

0 P

A teoria da biogeografia das ilhas

(MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island

biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton)

Existe um equilíbrio dinâmico entre extinção e imigração

Se

Taxa d

e co

lon

izaçã

o

(esp

écie

s /

tem

po

)

Taxa d

e ex

tin

ção

(e

spéc

ies

/ te

mpo

)

Espécies com maior

capacidade de locomoção

chegam mais rapidamente

Número de espécies

0 P Predação e competição

aumentam o risco de

extinção

A teoria da biogeografia das ilhas

(MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island

biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton)

Este equilíbrio dinâmico depende da área da ilha.

Segrd

Taxa d

e co

lon

izaçã

o

(esp

écie

s /

tem

po

)

Taxa d

e ex

tin

ção

(e

spéc

ies

/ te

mp

o)

Número de espécies

0 P Sepq

grande pequena

Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha:

A teoria da biogeografia das ilhas

Exemplo: riqueza de aves nas ilhas de Aland (Finlândia)

• Efeito de área ou efeito de heterogeneidade ?

A teoria da biogeografia das ilhas

• Efeito de área ou efeito de heterogeneidade ?

Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha:

A teoria da biogeografia das ilhas

Exemplo: experimentos de Simberloff em manguezais com invertebrados

Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha:

• Efeito de área ou efeito de heterogeneidade ?

• Redução da heterogeneidade do habitat;

• Área da ilha < Área mínima necessária para a sobrevivência

de uma determinada população;

• Intensificação das competições inter e intra específicas

devido à escassez de recursos;

• Extinções secundárias, devido ao desaparecimento de

espécies-chave;

• Aumento dos riscos de extinções estocásticas.

A teoria da biogeografia das ilhas

Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha:

A teoria da biogeografia das ilhas

(MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island

biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton)

Este equilíbrio dinâmico depende do isolamento da ilha.

Selonge

Taxa d

e co

lon

izaçã

o

(esp

écie

s /

tem

po

)

Taxa d

e ex

tin

ção

(e

spéc

ies

/ te

mp

o)

Número de espécies

0 P Seprox.

Longe

Próxima

Regras para definição de reservas “baseadas na teoria das ilhas”

(Terborgh 1974, 1975, Diamond 1975, Wilson & Willis 1975, IUCN 1980)

Conservação baseada na teoria da ilhas

Os legados da teoria das ilhas para conservação :

2 O debate do SLOSS (“single large or several small”);

Conservação baseada na teoria da ilhas

O debate do SLOSS (“single large or several small”)

single large several small or

Conservação baseada na teoria da ilhas

O debate do SLOSS (“single large or several small”)

Estratégia de maximização da riqueza específica (Simberloff & Abele 1976, 1982, Järvinen 1982, Margules et al. 1982,

Mclellan et al. 1986)

• Várias pequenas reservas permitem proteger um número

maior de espécies

- Dados de campo

- Modelos baseados em equações logísticas

• No entanto: muitas espécies são de borda e generalistas

(espécies focais podem não estar protegidas)

- Riqueza não implica numa maior estabilidade ou

num “bom” funcionamento do ecossistema

- A longo prazo, fragmentos pequenos só suportam

espécies se houver um fonte estável próxima

Conservação baseada na teoria da ilhas

O debate do SLOSS (“single large or several small”)

Estratégias de minimização dos riscos de extinção (Diamond 1975, 1976, Wilson and Willis 1975, Terborgh 1974 et

1976, Whitcomb et al. 1976, Fahrig and Merriam 1985)

• Uma única reserva grande é melhor

- Quanto maior a reserva, menor os riscos de

extinções (simulações)

- 5000 km2 para obter uma taxa de 0,5% em 100 anos

(Terborgh 1976)

• No entanto, há maior risco de extinções em massa por

perturbações raras de grande escala

Conservação baseada na teoria da ilhas

O debate do SLOSS (“single large or several small”)

Limitações do SLOSS na prática

1. Raramente a questão do SLOSS pode ser aplicada (e.g.,

“tem que conservar o que sobrou”)

2. As necessidades são muito mais de saber como gerenciar

uma rede de reservas (reconhecer reservas-chave)

3. A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita

Conservação baseada na teoria da ilhas

A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita:

diferentes graus de fragmentação

single large several small or

Quantos “several smalls” ?

Conservação baseada na teoria da ilhas

A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita:

diferentes isolamentos

several small several small or

Qual distanciamento ?

Conservação baseada na teoria da ilhas

A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita:

diferentes distribuições espaciais

several small several small or

Qual disposição?

Conservação baseada na teoria da ilhas

Mudança de

paradigma na

biologia da

conservação

(Hanski &

Simberloff 1997)

Mudança de Paradigma

• Biogeografia de ilhas

• Conceituação

• Aplicação

Bases para a conservação

I – MODELOS DE ILHAS E DE REDE

II – MODELOS DE MOSAICOS

• Ecologia de paisagens

• Conceituação

• Aplicação

• Teoria de metapopulações

• Conceituação

• Aplicação

• Conjunto de indivíduos de uma espécie, habitando um

mesmo local, num mesmo tempo.

• É uma unidade panmítica: todos os indivíduos têm a

mesma chance de interagir (cruzar).

• Dinâmica: ênfase nas mortes e nascimentos de

indivíduos da população.

O que é uma população ?

1. Conjunto de populações locais isoladas

espacialmente em fragmentos de habitat e unidas

funcionalmente por fluxos biológicos.

O que é uma metapopulação ?

Richard Levins (1969)

2. As populações locais correm risco de extinção: existe uma dinâmica de extinções e recolonizações locais

Tempo 1 Tempo 2 Fragmentos

ocupados

Fragmentos

vazios

O que é uma metapopulação ?

3. Este modelo clássico enfatiza principalmente o turnover das populações locais (“indivíduo == pop. local”).

Tempo 1 Tempo 2 Fragmentos

ocupados

Fragmentos

vazios

O que é uma metapopulação ?

4. Se a taxa de recolonização = taxa de extinção, a metapopulação está em equilíbrio.

Tempo 1 Tempo 2 Fragmentos

ocupados

Fragmentos

vazios

P= 4/10

P: Proporção de manchas ocupadas.

P= 6/10

O que é uma metapopulação ?

• A abordagem de metapopulação advem da necessidade de

espacializar a dinâmica de populações.

Taxa de extinção Tamanho

Taxa de recolonização Conectividade

O que é uma metapopulação ?

• Duas premissas básicas :

1. as populações estão estruturadas em conjuntos

de populações reprodutivas locais;

2. a migração entre as populações locais tem uma

influência limitada na dinâmica local, permitindo

principalmente o restabelecimento de populações

locais extintas.

O que é uma metapopulação ?

• As metapopulações apresentam um variedade de

estruturas que se organizam num contínuo indo desdes

populações em desequilíbrio às “patchy populations”, ou

do modelo de Levins a um modelo de continente-ilha

O que é uma metapopulação ?

O que é uma metapopulação ?

Um exemplo de metapopulação do tipo Levins: The

Glanville fritillary (Melitaea cinxia) metapopulation

• É uma espécie de boborleta ameaçada de extinção, que

desapareceu da Finlândia no final dos anos 1970, e

agora ocorre, naquela região, apenas nas ilhas de Aland

e em algumas ilhas ao redor.

• É uma das metapopulações mais bem estudadas (Ilkka

Hanski)

Outros exemplos de metapopulação clássica

- 57 das 94 espécies de borboletas residentes da Finlândia

(com muita incerteza)

- Insetos florestais que vivem em microhabitats, como

tronco de árvores mortas (besouro)

- Daphnia em poças d’água em rochas;

- Anfíbios em brejos/lagoas

- Aves e pequenos mamíferos em paisagens tendo pequenos

bosques

A teoria das metapopulações :

1. Recuperou a importância dos pequenos fragmentos para a

conservação.

2. Ressalta a importância da dinâmica de extinção e

recolonização, o que valoriza os fragmentos não-ocupados.

3. Mostra que proteger a paisagem onde uma população ocorre

hoje não vai necessariamente permitir sua conservação (p.e., as

“non-equilibrium metapopulation”).

4. Chama a atenção para a rede de fragmentos, e não apenas para

alguns grandes fragmentos.

Conservação baseada em metapopulações

Os modelos de biogeografia de ilhas e de metapopulação

não consideram a matriz

Habitat Habitat + matriz

Limites das teorias das ilhas e metapopulação

I - O que é uma paisagem?

Definições “científicas” recentes da

“ecologia da paisagem”:

- a heterogeneous land of area composed of a

cluster of interacting ecosystems (Forman and

Godron 1986)

- a mosaic of heterogeneous land forms,

vegetation types and land uses (Urban et al.

1987)

- a spatially heterogeneous area (Turner 1989)

Propriedade básica : é uma unidade heterogênea

Paisagem

Definição atual da “paisagem do ecólogo”:

“ a paisagem é um mosaico heterogêneo formado por unidades interativas. Esta heterogeneidade existe para pelo menos um fator, segundo um observador e numa determinada escala”

(Metzger 2001)

– Visão pelo olho do Homem

– Visão pelo “olho” de outras espécies

Paisagem segundo a visão das

espécies

Paisagem segundo a visão das

espécies

A paisagem de um gafanhoto (4 m2)

Processos

Ecológicos

É uma ecologia espacialmente

explícita. (Metzger

2001)

Estrutura da mosaicos

heterogêneos

Ecologia de Paisagens

A paisagem é um mosaico heterogêneo

Estrutura da Paisagem Processos Ecológicos

Ecologia de comunidades vs Ecologia da

Paisagem

ecossistemas

Diversidade de espécies

Precipitação

Temperatura

(radiação solar)

Embasamento

geológico

Solo

Topografia

Perspectiva da ecologia

de comunidades e

ecossistemas

Perspectiva da

ecologia da paisagem

Diversidade da

paisagem

Fragmentação

Isolamento

Conectividade

Interação entre spp

Tamanho, forma,

qualidade do

fragmento

taxa de

recolonização

taxa de

extinção

local

Conectividade da

paisagem

O modelo de Função de Incidência

Caminhando para uma paisagem mais real

O modelo de Função de Incidência

Caminhando para uma paisagem mais real

Incorporando a qualidade/forma do patch

: área efetiva do patch

Qi: qualidade/forma do patch “i”

Q*: qualidade máxima do habitat

ou forma mais arredondada

A i'

Ee

Ai

ix

ii

i AQ

QA .

max

'

O modelo de Função de Incidência

Caminhando para uma paisagem mais real

Incorporando a conectividade do patch

O modelo de Função de Incidência

Caminhando para uma paisagem mais real

Incorporando a conectividade do patch

O modelo de Função de Incidência

Caminhando para uma paisagem mais real

Incorporando a conectividade do patch

: distância efetiva do patch

dij : distância euclidiana

r : resistência aos fluxos biológicos

das unidades da paisagem entre

“i” e “j” ( )

M Si i onde: Si p d Aj ij jexp( )

d d .rij'

ij

d ij'

r 1

Deve-se considerar:

1. O contexto e a configuração do

habitat (e não apenas a quantidade

de habitat).

2. O uso da matriz.

3. A conectividade funcional.

Conservação baseada na ecologia da paisagem