Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Aparício, Bruno Miguel Almeida
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/25950
Resumo: Tese de mestrado, Ecologia e Gestão Ambiental, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016
id RCAP_b8eee045af052933e8a780bbf7d1a09a
oai_identifier_str oai:repositorio.ul.pt:10451/25950
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, AzoresAgent-based modelRestauro ecológicoCorredores ecológicosConectividade de ilhasConectividade funcionalTeses de mestrado - 2016Departamento de Biologia AnimalTese de mestrado, Ecologia e Gestão Ambiental, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016Biodiversity is under unprecedented pressure due to multiple anthropogenic threats, including habitat loss and fragmentation. Climate change is posing an extra and critical pressure in the natural systems, forcing species to adapt or to perish. As a result, many species are shifting their ranges, accompanying the shift of optimal climate conditions. However, this range shift can be quite challenging in islands, not only due to the competing interest for land between humans and nature (e.g., habitat corridor vs. agriculture areas) but also because the optimal conditions may cease to exist within the island area in the near future. It is therefore critical to promote the creation and conservation of key corridor areas linking high quality habitat, in order to facilitate the dispersion of organisms when required while maintaining the metapopulation integrity. Nonetheless, the creation of such corridors can be complex and resource consuming. Moreover, there is often an enormous lack of knowledge regarding species‟ movement preferences, which further increases the uncertainty about where to maintain/restore the functional connectivity to enhance species dispersal capacity. Here, we developed a framework to quantify and face such uncertainty using agent-based modeling (ABM), and applied it in the Terceira island, Azores, using five endemic ground-dwelling insect species as case studies. Our model framework first feeds on expert knowledge regarding land cover resistance to movement, and is then tested and compared against known occupancy patterns. We compare the results from our agent-based model with three well-known modeling techniques (Circuit-theory, Least-Cost Path and Dispersal Paths). Using this approach, we were able to quantify the amount of projected suitable area per species that are more used, identifying crucial areas for species‟ movement, to evaluate the dispersal opportunities given the current land-uses. Moreover, we apply the ABM here developed to test recent reforested sites in Terceira island, regarding the potential that these sites have to enhance functional connectivity between native sites. Our results have shown that (i) species are not able to equally use all the projected suitable areas, and future climate conditions further reduces the amount of quality areas for movement, i.e. species may be more vulnerable than once anticipated. (ii) The most well-connected native sites are located near Biscoito da Ferraria, and we classified these sites as priority to restoration. Serra de St. Bárbara is fairly disconnected and restorations that connect this site to Matela and Biscoito da Ferraria should also be considered. Finally, recently restored sites appear to not be sufficient to ensure an effective connectivity between native sites, as they were proven to perform equally and some times worse than randomly generated reforestations. This thesis should be taken into account when designing new reserves or corridors in Terceira Island.A biodiversidade está sobre uma pressão sem precedentes devido às crescentes ameaças de origem antropogénicas, onde se realça a destruição e fragmentação de habitat. As alterações climáticas posicionam-se como um factor extra e critico à sobrevivência das espécies. Como consequência, várias espécies estão no caminho da extinção, sendo que recentemente muitas delas já se tornaram extintas. De facto, as soluções implementadas para salvaguardar a biodiversidade terrestre continuam a não corresponder às expectativas, levando ao uso do termo 6ª extinção em massa. Uma das respostas verificadas das espécies às alterações climáticas é a alteração da sua distribuição no espaço. Contudo, tal mudança na distribuição requer a migração das espécies, muitas vezes através de habitats não-nativos e inóspitos. Como a adaptação via microevolução (mudança no genoma da população) não é passível de ocorrer em tão pouco tempo disponível, existe o consenso cientifico de que a melhor acção é garantir que a migração das espécies para os locais mais adequados à sua sobrevivência. Para tal, a construção de corredores ecológicos é sugerida como a medida mais promissora para adaptar a paisagem às alterações climáticas. A sua construção foi já comprovada empiricamentepor ser responsável pelo aumento da taxa de migração e do movimento das espécies entre parcelas de habitat. Estudos teóricos (com recurso a modelos computacionais) mostraram que os corredores ecológicos poderão ter também a capacidade de contrabalançar a diferenciação genética entre parcelas de habitats, aumentando também a diversidade genética e o número efectivo populacional de cada parcela. Em suma, os corredores ecológicos parecem melhorar a conectividade entre dois ou mais locais, podendo ultimamente alterar a composição das comunidades. Contudo, devido à competição com outros usos do solo, geralmente com maior importância social e económica, a construção de tais corredores pode ser bastante conflituosa. Tais conflitos são maiores quando a área disponível é pequena, como no caso de ilhas pequenas. Em adição, num contexto de alterações climáticas, os locais climaticamente adequados para cada espécie podem-se tornar restritos ou mesmo deixar de existir. De modo a identificar eficazmente os locais mais importantes para as espécies, nos últimos anos um grande número de modelos computacionais têm sido desenvolvidos e aplicados à ecologia. A presente dissertação de mestrado enquadra-se na visão acima referida. Aqui, desenvolvemos um Agent-Based Model (ABM) em ambiente de NetLogo e aplicamos o mesmo a cinco espécies de escaravelhos endémicos dos Açores, na Ilha Terceira. As espécies utilizadas no estudo são (ordenadas da mais especialista quanto ao habitat para a mais generalista): Trechus terrabravensis Borges, Serrano and Amorim, 2004 (Insecta, Coleoptera, Carabidae) Cedrorum azoricus azoricus Borges and Serrano, 1993 (Insecta, Coleoptera, Carabidae), Drouetius borgesi borgesi Machado, 2009 (Insecta, Coleoptera, Curculionidae) Aphrodes hamiltoni Quartau and Borges, 2003 (Insecta, Hemiptera, Cicadellidae) e Alestrus dolosus (Crotch, 1867) (Insecta, Coleoptera, Elateridae).. O facto de os ABMs requererem a construção de um código informático na sua linguagem própria, permite ao modelador ter controlo total sobre o seu modelo, permitindo da mesma forma o estudo de características e padrões que de outra forma não seria possível. Aqui comparamos também o ABM desenvolvido com três outros tipos de modelação: Circuit theory, Least-cost Path e Dispersal Paths. Todos os modelos foram inicializados com os mesmos dados (i.e. uso do solo, declive e valores de resistência ao movimento de cada espécie, referente a cada um dos anteriores proveniente de expert knowledge). A comparação é realizada através da aplicação de um genelarized linear model (GLM) binomial, que avalia a adequação de cada mapa de conectividade gerado pelos diferentes tipos de simulação usados, tendo em conta padrões observados de presença/ausência das espécies em 182 pitfalls espalhadas em toda a ilha. Após verificarmos que, tal como antecipado, o nosso ABM explica sempre mais variabilidade (i.e. apresenta um valor de R2 superior) do que os restantes métodos, este foi aplicado a outras questões emergentes:(i) investigar de que forma se relaciona a área projectada como óptima para cada espécie para condições climáticas presentes e do fim do século (i.e. Species Distribution Model – SDM) com as áreas mais utilizadas pelas espécies durante os seus movimentos (i.e. o mapa de conectividade gerado anteriormente). Com esta questão pretendemos avaliar se cada espécie é capaz de utilizar igualmente a área onde a sua distribuição potencial é projectada por modelos climáticos; (ii) investigar quais os corredores que existem actualmente que permitem a troca de indivíduos entre zonas de vegetação nativa diferentes. No seguimento destes resultados, foi-nos possível classificar os locais de vegetação não nativa quanto à prioridade de reflorestar tais locais, em função da conectividade; (iii) Por fim, avaliar a contribuição para a conectividade funcional entre duas importantes parcelas de habitat (Serra de Santa Bárbara e Biscoito da Ferraria) que 10 hectares (divididos em quatro áreas) recentemente reflorestados oferecem, comparando a sua performance com: a mesma área na ausência destas mesmas recentes reflorestações; e com reflorestações geradas aleatoriamente entre as duas parcelas de habitat (mantendo a proporção). Os resultados do nosso modelo indicam que, em relação à área mais utilizada, esta é sempre menor do que a área projectada como óptima para a espécie, com reduções até 7600 hectares (para a espécie Alestrus dolosus, representando 62% da sua área projectada). Em adição, não só existe a diminuição da área mais utilizada face à área climática adequada projectada (SDM) para o presente, como se verifica também uma diminuição entre a quantidade de área mais utilizada no presente e no futuro (fim do século), indicando assim que a perda de locais óptimos para a espécie devido às alterações climáticas, afectará locais que outrora seriam adequados para a espécie habitar. O caso mais gravoso encontrado entre as espécies estudadas pertence ao Trechus terrabravensis, onde a quantidade de área climática adequada projectada para o fim do século é de apenas 175 hectares, sendo que a área mais utilizada nos seus movimentos corresponde a apenas 10 hectares (6% da área projectada). Relativamente aos corredores identificados, o modelo reconheceu um maior número de migrantes na zona perto da Biscoito da Ferraria (zona central da ilha). Este resultado é encarado sem grande surpresa, uma vez que se trata do local onde o número de parcelas de habitats é maior, sendo naturalmente menor a distância entre parcelas, facilitando desta forma os movimentos entre os mesmos. Da mesma forma, a zona da Serra de Santa Bárbara não exibe muito movimento entre parcelas de habitat, isto porque não existe a proximidade entre fragmentos que se verifica perto da Biscoito da Ferraria. Este resultado pode significar que, embora possuindo grandes dimensões, o local da Serra de Santa Bárbara poderá estar relativamente isolado face a outros fragmentos de vegetação nativa. Por consequente, devido ao elevado número de indivíduos que conectaram as parcelas de habitat perto da Biscoito da Ferraria, estes locais foram identificados como prioritários para restauração para o total de espécies estudadas sob as condições climáticas actuais, e para quatro das cinco espécies para as condições futuras. Outros locais de importância especial encontram-se localizados perto da zona da Matela, sendo que reflorestações nestes locais iria permitir conectar a Serra de Santa Bárbara, Matela e a Biscoito da Ferraria. A priorização dada a estes locais não sofreu alterações entre as condições climáticas presentes e futuras, sendo prioritária para três das cinco espécies (sendo que as excepções são Cedrorum azoricus azoricus e Trechus terrabravensis, as espécies mais restritas da amostra). Cedrorum azoricus azoricus e Trechus terrabravensis apresentaram o menor número de migrantes sob as projecções climáticas futuras, reflectindo a sua vulnerabilidade e necessidade de acções localizadas. Relativamente às reflorestações que recentemente tomaram lugar, verificou-se que existe sempre um aumento da conectividade funcional, independentemente da espécie considerada, sempre que as reflorestações recentes são consideradas, em detrimento da ausência de reflorestação. Contudo, estas reflorestações mostraram uma performance que não difere estatisticamente de quando a reflorestação é feita de modo aleatório. O presente estudo indica que, por um lado, o uso do solo não deve ser negligenciado aquando da projecção da área óptima para uma determinada espécie, tendo-se reflectido no nosso estudo sobre a forma da diminuição da área mais utilizada nos movimentos das espécies, comparando com a projecção do SDM. Por outro lado, mostrámos que um ABM é capaz de superar outras formas de modelação da conectividade, permitindo ainda estudos mais variados. Quanto às medidas de gestão, identificámos que os locais onde o restauro é prioritário encontra-se perto da zona da Biscoito da Ferraria, quer para as condições climáticas presente e futuras. Outro local que deverá ser considerado encontra-se perto da zona da Matela, sendo que intervenções nesta zona iriam potenciar a conectividade funcional entre duas das mais importantes parcelas de habitat dos Açores (i.e. Serra de St. Bárbara e Biscoito da Ferraria). Podemos ainda constatar que as recentes intervenções de restauro contribuem para uma maior conectividade funcional das espécies estudadas, podendo embora o seu design não estar optimizado. Desta forma, futuras intervenções na paisagem com fins de conservação deverão ter em conta os resultados aqui apresentados, e vários cenários de intervenção deverão ser hipotetizados e testados (envolvendo a população local), de modo a maximizar o incremento na conectividade funcional em função do investimento.Cruz, Maria JoãoAscensão, Fernando Jorge Portela Martins, 1976-Repositório da Universidade de LisboaAparício, Bruno Miguel Almeida2018-01-31T01:30:09Z201620162016-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/25950TID:201616980enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:15:46Zoai:repositorio.ul.pt:10451/25950Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:42:42.820075Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
title Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
spellingShingle Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
Aparício, Bruno Miguel Almeida
Agent-based model
Restauro ecológico
Corredores ecológicos
Conectividade de ilhas
Conectividade funcional
Teses de mestrado - 2016
Departamento de Biologia Animal
title_short Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
title_full Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
title_fullStr Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
title_full_unstemmed Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
title_sort Climate change implications on landscape functional connectivity: a case study with insects in Terceira Island, Azores
author Aparício, Bruno Miguel Almeida
author_facet Aparício, Bruno Miguel Almeida
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Cruz, Maria João
Ascensão, Fernando Jorge Portela Martins, 1976-
Repositório da Universidade de Lisboa
dc.contributor.author.fl_str_mv Aparício, Bruno Miguel Almeida
dc.subject.por.fl_str_mv Agent-based model
Restauro ecológico
Corredores ecológicos
Conectividade de ilhas
Conectividade funcional
Teses de mestrado - 2016
Departamento de Biologia Animal
topic Agent-based model
Restauro ecológico
Corredores ecológicos
Conectividade de ilhas
Conectividade funcional
Teses de mestrado - 2016
Departamento de Biologia Animal
description Tese de mestrado, Ecologia e Gestão Ambiental, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016
publishDate 2016
dc.date.none.fl_str_mv 2016
2016
2016-01-01T00:00:00Z
2018-01-31T01:30:09Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10451/25950
TID:201616980
url http://hdl.handle.net/10451/25950
identifier_str_mv TID:201616980
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799134343287799808

Registros relacionados