Building a decision : support methodolgy to define ecosystem services bundles and to analyze trade-offs in diverse landscapes : application to Ecuadorian ecosystems

Abstract

A key challenge of ecosystem management is determining how to manage multiple ecosystem services across landscapes. Enhancing provisioning ecosystem services (i.e., food, timber, etc.) might lead to tradeoffs between regulating and cultural ecosystem services (i.e., nutrient cycling, flood protection, tourism, etc.). Ecosystem service-bundle analysis can help to identify areas on a landscape where ecosystem (mis)management has produced (un)desirable sets of ecosystem services. Ecuador is now suffering the effects of intensive land-use (LU) change, a fact that is reconfiguring landscapes at all spatial levels. This process generates (a) land fragmentation resulted from the gradual clearing of native forests, (b) the introduction of patches of plantations in open grasslands and sensible ecosystems, and finally (c) an impact on ecosystem services (ES). It is thus primordial to develop a decision support methodology able to assess ES at different scales and to help decision-makers to articulate objectives more clearly and evaluate the consequences of alternative management actions. In this research we aim at setting the stage for developing this kind of decision support methodology, taking into account: the many constraints regarding data availability in terms of types (i.e., numerical, spatial, imagery, etc.) and acquisition (i.e., remote sensing, open official information, on-site, etc.), the temporal evolution and dynamic change of ES and ES-bundles, and the influence of fragmentation (stage of criticality) in this change. We consider two case studies at different spatial scales: Guayas ecosystem and Abras de Mantequilla (AdM) wetland. These have been chosen for their ecosystemic and environmental importance for the whole country, in terms both of regulating and provisioning ES, and for being important ecological sites now much under human pressure and land-use change dynamics. The main contribution of this thesis is to have been highly capable to design and obtain a protocol of action in the decision-making processes built from real and accurate data acquired through modern technologies -not necessarily implying that the data is of high quality-, socio-economic knowledge of the environment and recent complexity theories implementation.

Un desafío clave de la gestión de los ecosistemas es determinar cómo administrar múltiples servicios ecosistémicos en paisajes alta diversidad geomorfológica. Mejorar la sostenibilidad de los servicios de los ecosistemas de tipo aprovisionamiento (es decir, alimentos, madera, etc.) podría llevar a compensaciones entre los servicios ecosistémicos reguladores y culturales (es decir, el ciclo de los nutrientes, la protección contra inundaciones, el turismo, etc.). Por otro lado, el análisis del conjunto de servicios ecosistémicos, puede contribuir a identificar áreas de criticalidad en un determinado paisaje sobre todo en contextos donde el ecosistema ha sufrido un alto stress en cuanto a la disponibilidad y calidad de sus servicios. Dentro de este contexto actual, Ecuador tiene el gran reto de gestionar y actuar antes los efectos del cambio intensivo en el uso de la tierra, un hecho que está reconfigurando sus paisajes en todos los niveles espaciales. Este proceso de cambio intensivo en el paisaje del país Sudamericano, está generando (a) la fragmentación de la tierra como resultado de la tala gradual de los bosques nativos, (b) la introducción de plantaciones en campos abiertos y ecosistemas sensibles, y finalmente (c) un impacto en los servicios del ecosistema. Por lo tanto, es primordial desarrollar una metodología que permita evaluar los servicios ecosistémicos a diferentes escalas y ayudar a los responsables de la toma de decisiones a articular objetivos de manera más clara y eficiente en a la evaluación de los servicios y su afección en el sistema ecológico, socio-económico y agrícola. En esta investigación, nuestro objetivo es establecer el escenario para desarrollar este tipo de metodología de apoyo a la toma de decisiones, teniendo en cuenta: las muchas restricciones con respecto a la disponibilidad de datos (es decir, numéricos, espaciales, imágenes, etc.) su adquisición (es decir, técnicas de teledetección, información oficial no verificable), la evolución temporal y el cambio dinámico de los servicios ecosistémicos, los ¿clusters¿ que puedan conformarse en el territorio, y la influencia de la fragmentación (etapa de criticidad). Consideramos dos casos de estudio a diferentes escalas espaciales: el ecosistema de Guayas y el humedal Abras de Mantequilla (AdM). Estos han sido elegidos por su importancia ecosistémica y ambiental para todo el país, tanto en términos de regulación como de aprovisionamiento de servicios ecosistémicos, y por ser sitios ecológicos importantes que ahora están bajo la presión humana y la continua dinámica de cambio en cuanto al uso de la tierra. La principal contribución de esta tesis es haber sido altamente capaz de diseñar y obtener un protocolo de acción en los procesos de toma de decisiones construidos a partir de datos reales y precisos adquiridos a través de tecnologías de las ciencias de datos y espaciales, conocimiento económico del medio ambiente y la implementación reciente de teorías de complejidad.