A contribution to the use, modelling and organization of data in biodiversity conservation

Abstract

Aquesta tesi fa una contribució al tractament de les limitacions en les dades de biodiversitat, presències d'espècies, per a produir mapes útils en la conservació de la biodiversitat mitjançant l'ús dels models de distribució d'espècies (SDM). La tesi es concentra en les espècies d'interès per a la conservació (EIC) i les espècies exòtiques invasores (EEI) ja que representen dos objectius complementaris: preservar valors i evitar amenaces. Les àrees protegides són una eina clau en la protecció de la biodiversitat. El seguiment dels canvis en els seus límits és també un repte en la gestió de la informació. Aquesta tesi proposa un sistema d'informació per al seguiment de la protecció de la biodiversitat, lligant així l'anàlisi dels patrons espacials de la mateixa amb la seva protecció. La conservació de la biodiversitat necessita dades de presència d'espècies i eines analítiques per tal de generar coneixement sobre el qual basar polítiques de conservació. La majoria de dades són problemàtiques: escasses, esbiaixades, no extensives, de baixa resolució i amb problemes d'exactitud. Els avenços recents en estadística, informàtica i tecnologies de la informació han posat a disposició dels investigadors un ampli ventall d'eines per afrontar aquest problema; els SDM en són una. Primer s'analitza l'ús dels SDM per a generar mapes de distribució d'EIC quan se'n coneix la seva àrea d'extensió (EOO) i les dades de presència són escasses però de qualitat alta. S'han utilitzat set plantes vasculars endèmiques de l'oest de la Mediterrània com a cas d'estudi. Per tal d'avaluar la conservació i protecció de les espècies es poden utilitzar mapes potencials d'idoneïtat (MPI) en combinació amb l'EOO. En segon lloc, s'ha explorat l'ús de les dades existents en bases de dades de biodiversitat per a la conservació. La majoria d'aquestes dades són a resolucions massa grolleres per a ser usades en planificació de la conservació mentres que les dades de resolució fina són escasses. Es poden generar mapes vàlids de resolució fina combinant ambdós tipus de dades; utilitzant les, grolleres per a fer una segona validació. S'han utilitzat deu EEI com a cas d'estudi. Finalment, es proposa un sistema d'informació orientat al seguiment temporal de l'àrea total protegida (indicador de la protecció de la biodiversitat). El sistema pot fer el seguiment dels canvis en els límits de les àrees protegides al llarg del temps i també dels canvis que es produeixen durant el procés de tramitació legal. El sistema pot servir d'ajut en l'avaluació del grau de protecció de la biodiversitat i en descobrir les raons socio-econòmiques que governen la delineació dels límits. Malgrat tots els problemes que presenten les dades de presència d'espècies, els SDM representen una valuosa eina per a generar mapes útils en la conservació de la biodiversitat. Tot i així, en el cas de dades de qualitat pobre o desconeguda és necessari disposar d'un altre conjunt de dades que serveixi de referència per validar-los. D'altra banda, quan existeixen dades de qualitat disponibles, els models resultants poden ser acceptats com a la millor aproximació disponible a la distribució de l'espècie. Les assumpcions són inherents als SDM. Quan es desconeix la incertesa de les dades, l'única via possible és actuar amb rigor i utilitzar els resultats com a les millors estimacions possibles; una solució millor que no tenir cap mena d'informació. No fer-ho així implicaria haver de descartar tota aquesta riquesa d'informació. La conservació de la biodiversitat no es pot permetre esperar a que existeixin dades perfectes. Un ús raonat de les dades i de les tècniques de modelització disponibles pot donar valor a les dades existents de biodiversitat per tal d'oferir productes d'informació vàlids per a la conservació.

This dissertation makes a contribution on how to deal with constraints in biodiversity data, species' occurrences, for producing maps useful in conservation planning and management by the use of species distribution modelling (SDM). It concentrates on the distribution modelling of species of conservation interest (SCI) and of invasive alien species (IAS) since they can be aimed at two complementary objectives: preserving values and avoiding threats. Protected areas represent a crucial tool in the protection of biodiversity while keeping track of changes in their boundaries represent an information management challenge. This dissertation proposes an information system as a tool for monitoring biodiversity protection, bridging the analysis of spatial patterns of biodiversity with its protection. Biodiversity conservation needs data on species' occurrences and analytical tools in order to gain knowledge on which to base wise policies. Most data at hand are problematic: scarce, biased, not extensive, often at coarse resolutions and with accuracy problems. However, recent advances in statistics, computer science and information technologies have provided researchers with a plethora of tools to tackle this problem. SDM offers a wide array of statistical analysis and algorithms aimed at different kinds of species' occurrence data and research objectives. This dissertation first analyzes the use of SDM to generate range maps of SCI distribution when the species' Extent of Occurrence (EOO) is well-known and there is scarce, but of high quality, occurrence data. Seven endemic vascular plants of the western Mediterranean are used as an example. Derived binary maps of potentially suitable areas (PSA) in combination with the EOO can be used to assess species' conservation and protection. Valuable information for conservation assessment (PSA, EOO, Areas of Occupancy, degree of protection) is provided for this set of species. Second, the use of already existing data in biodiversity databases for conservation is explored. Most of these data are at resolutions too coarse to be useful in conservation planning while fine-resolution data are scarce. By combining both sets, coarse and fine, fine-resolution reliable maps for conservation planning can be produced. Abundant reliable coarse resolution data can be used to cross-scale validate distribution maps generated at finer resolution with scarce dubious data. Ten IAS are used as a study case. The spread of IAS is an important factor affecting native biodiversity. Maps of vulnerable areas to invasion are needed in biodiversity conservation. Finally, an information system aimed at monitoring protected area coverage over time, a surrogate indicator of biodiversity protection, is proposed. It can keep track of historical changes in protected areas' boundaries as well as interim changes made during the legal approval administrative process. The system can help in assessing biodiversity protection and in discovering the socio-economical reasons that govern the delineation of protected areas' boundaries. Despite the many problems that species' occurrence data have, SDM tools represent a valuable asset for providing distribution maps useful in conservation. However, in the case of poor or unknown quality data, a target benchmark on which to compare is always necessary. On the other hand, when good quality data is available, resulting models can be accepted as our best approximations to species' ranges. Assumptions are inherent to SDM. When uncertainty is unknown, the only way out is to be as rigorous as possible and use results as our best educated guesses; a better solution than not having any information. Not doing so would render all this wealth of information useless. Conservation can not afford waiting for perfect data. Sensible use of data and modelling techniques at hand can give value to existing biodiversity data in providing good information tools for conservation.