Fragmentation in forests at a global level: critical points and early warnings

Abstract

Las leyes de potencia son ubicuas en la naturaleza y gran parte de ellas están relacionados con patrones espaciales, se pueden observar en la distribución de tamaños de parches de vegetación en regiones semiáridas, en la distribución espacial de la biomasa en biofilms fotosintéticos, en el límite entre sabanas y bosques, y en la distribución de tamaños de incendios en bosques, entre otros. Estas leyes de potencia se producen en el momento de la percolación, una teoría de las ciencias físicas por la cual existen dos estados: uno donde el sistema se encuentra conectado globalmente y otro donde sólo hay una conexión local. El cambio de un estado a otro sucede de forma brusca en un punto crítico o umbral. En el contexto de los bosques esta conexión se refiere a que existe un parche que conecta toda el área considerada. Si el bosque se encuentra en el estado desconectado se puede decir que el bosque está fragmentado. La fragmentación es un problema a escala mundial y tienen múltiples efectos en los ecosistemas y en las especies. Nuestro objetivo es analizar los bosques a escala mundial para determinar si las distribuciones de parches siguen leyes de potencias y si hay evidencias de que se encuentren cerca del umbral de fragmentación. Para ello analizamos los parches de bosques utilizando la serie de imágenes del producto MOD44B provenientes del sensor MODIS-Terra, que estima la cobertura de bosques a una resolución de 250m. A partir de estas medimos la distribución de tamaños de parches de bosques y las fluctuaciones temporales del parche más grande. Mediante el estudio de modelos espaciales se observó que cuando un sistema está cerca del punto crítico la distribución de tamaños de parches debe seguir una ley de potencias y el parche más grande tendrá fluctuaciones que también siguen una ley de potencias. Ademas las fluctuaciones tendrán una varianza en aumento y asimetría negativa. Se observaron leyes de potencia en cuatro grandes regiones continentales: África, América del Norte, América del Sur tropical y subtropical, y el sudeste de Asia. Eurasia en cambio sigue una distribución log-normal. Con respecto a las fluctuaciones del parche mas grande, solamente Eurasia no sigue una ley de potencia. África y América del Sur también muestran fluctuaciones crecientes y asimetría negativa. El sudeste de Asia muestra una asimetría positiva y grandes fluctuaciones, pero sin una tendencia significativa. América del Norte tiene asimetría negativa y una disminución de las fluctuaciones. Estas dos últimas regiones parecen estar por encima o alejándose del umbral. África y las regiones tropicales y subtropicales de América del Sur muestran todas las señales de estar muy cerca del punto crítico. Esto implica que la fragmentación puede aumentar de forma subrepticia y disparar todos sus efectos negativos: la degradación de sus funciones ecosistémicas, reducción de la abundancia de especies con aumento del riesgo de extinción, reducción la riqueza específica, modificación de la estructura de las comunidades y la dinámica trófica, disminución de la retención de nutrientes, etc. Estos son síntomas alarmantes, porque las dos regiones más extensas de bosques tropicales muestran las tendencias que ponen en peligro su funcionamiento como ecosistemas y su papel como atenuadores del cambio climático global