Inferencia espacial y predicción de la distribución de plantas: un estudio a diferentes escalas = Spatial inference and prediction of plant species distribution: a multiscale study

Abstract

La pérdida de biodiversidad se ha acentuado en los últimos años debido a numerosas amenazas que incluyen la destrucción y degradación del hábitat, el cambio climático, la propagación de especies invasoras y la sobreexplotación. Por tanto, uno de los principales retos de la biología de la conservación es detener su continuo y acelerado declive. Sin embargo, mientras fenómenos como el calentamiento global, la contaminación y los cambios en los usos del suelo operan en áreas muy grandes o durante largos períodos de tiempo, los datos de campo que caracterizan la investigación ecológica se recogen normalmente en áreas relativamente pequeñas durante estudios de corta duración. Por tanto, los científicos necesitan cada vez más la utilización de medidas y datos locales para evaluar estos cambios a escala paisajística, regional y global, y modelos o simulaciones estadísticas para extrapolar estos datos ambientales al espacio geográfico. La presente Tesis doctoral estudia la aplicabilidad del modelado de la distribución de especies (MDE) en el análisis de la diversidad vegetal, mediante el uso de distintas técnicas de modelado, escalas geográficas y niveles de organización de plantas. Es por tanto, una investigación aplicada que pretende mostrar la utilidad de nuevas herramientas de análisis espacial para la gestión y conservación de la diversidad vegetal. El estudio se ha realizado a través de diferentes aproximaciones, con el objetivo de: i) describir patrones de riqueza de plantas en Cataluña y detectar puntos calientes de biodiversidad en la región, mediante la utilización de tres técnicas distintas de modelado y en base a la distribución conocida de toda su flora (Capítulo 1); ii) evaluar el efecto del cambio climático en las regiones alpinas y subalpinas del Pirineo Oriental, a través del estudio de la distribución potencial de unidades de vegetación (enfoque top-down) y valorar su aplicabilidad en relación al modelado de especies (enfoque bottom-up) (Capítulo 2); iii) construir un modelo dinámico para evaluar los efectos del cambio climático en la viabilidad a largo plazo de un taxón endémico y amenazado de la Península Ibérica, Vella pseudocytisus subsp. paui Gómez Campo. La generación de un modelo dinámico proporciona una aproximación más realista al incorporar la dinámica demográfica de la especie estudiada, y nos permite estimar su riesgo de extinción (Capítulo 3); iv) seleccionar e implementar un algoritmo de modelado en línea en el servidor de datos Sistema de la Vegetación Ibérica y Macaronésica (SIVIM) (Capítulo 4). La aplicación de MDE nos ha permitido obtener mejores patrones de la distribución espacial de la riqueza florística para Cataluña, frente a los patrones previamente proyectados basándose en los datos recogidos por el BDBC. Por otro lado, el uso de un enfoque top-down para predecir cambios futuros en la distribución de las unidades de vegetación puede ser tan útil como el utilizado en estudios previos para especies, con el objetivo de obtener mejores herramientas para la planificación de políticas relacionadas con la conservación de la biodiversidad. Finalmente, los resultados obtenidos en la presente Tesis doctoral nos permiten afirmar que los modelos de distribución de especies son herramientas de gran valor en la investigación de la biología de la conservación vegetal, al proporcionar alternativas precisas para la descripción de patrones biogeográficos, predicción de los efectos del cambio climático, evaluación del potencial dispersivo de las especies, así como para el diseño de reservas y planes de conservación. Así mismo, es importante destacar el papel de la escala en el modelado de la distribución de especies y comunidades vegetales, ya que ésta determinará tanto la aplicabilidad de los resultados como su significación biológica.

The loss of biodiversity has been accentuated in recent years due to numerous threats including the destruction and degradation of habitat, climate change, the spread of invasive species and over-exploitation. However, while phenomena such as global warming, pollution and changes in land-use operate over very large areas or for long periods of time, the field data that characterize the ecological research is normally gathered in relatively small areas during studies of short duration. Scientists are therefore required to increasingly use local measurements and data to evaluate changes to the landscape of regional and global scales by using models or statistical simulations to extrapolate these environmental data to the geographical space. This doctoral thesis examines the applicability of modelling the distribution of species in the analysis of plant diversity through the use of various techniques of modelling (SDMs), geographical scales and levels of plant organization. It is, therefore, an applied research that aims to show the utility of new tools of spatial analysis for the management and conservation of plant diversity. The study was conducted through different approaches, aiming to: i) describe plant richness patterns in Catalonia and detect biodiversity hotspots in the region through the use of three different modelling techniques and based on the known distribution of its entire flora (Chapter 1); ii) evaluate the effect of climate change in the alpine and subalpine regions of the Oriental Pyrenees through the study of the potential distribution of vegetation units (top-down approach) and evaluate their applicability in relation to species (bottom-up approach) modelling (Chapter 2); iii) assemble a dynamic model to assess the effects of climate change on the long-term viability of an endemic and threatened taxon of the Iberian Peninsula, Vella pseudocytisus subsp. paui Gómez Campo. The generation of a dynamic model provides a more realistic approach to incorporate the demographic dynamics of the studied species, and allows us to estimate its risk of extinction (Chapter 3); iv) select and implement an online modelling algorithm on the server of the Iberian and Macaronesian Vegetation Information System (SIVIM) (Chapter 4). The application of SDMs has allowed us to obtain better spatial distribution patterns of the floristic richness of Catalonia compared to the previously projected patterns based on data collected by the BDBC. On the other hand, the use of a top-down approach to predict future changes in the distribution of vegetation units can be as useful as those used in previous studies for species, with the goal of obtaining better tools for the planning of policies related to the conservation of biodiversity. Finally, the results obtained through this doctoral thesis allow us to state that species distribution models are tools of great value in the research of plant conservation biology, by providing precise alternatives for the description of biogeographical patterns, prediction of the effects of climate change, evaluation of the dispersive potential of species, as well as for the design of reserves and conservation plans. In addition, it is important to highlight the role of scale in the modelling of the distribution of species and vegetation communities, since this will determine both the applicability of the results and their biological significance.