The functional response of Mediterranean mountain ecosystems to herbivore pressure

Abstract

Una llarga història de presència humana ha donat forma als paisatges de muntanya de la Mediterrània. Històricament, el pasturatge ha estat important en la configuració de les terres forestals. Els ramats domèstics convertits en ramats assilvestrats, també han influït en els serveis ecosistèmics de la Mediterrània. L·abast de la resposta de l·ecosistema a les mesures de control d·herbívors no es coneix bé en ambients heterogenis, transformats per segles d·activitat humana i depèn en gran mesura de les variables ambientals. El Capítol 1 examina l'efecte de l'exclusió de l'activitat de les cabres assilvestrades (Capra aegagrus hircus) a cinc indrets independents de les muntanyes de Mallorca sobre les característiques físiques, químiques i biològiques del sòl. L'activitat microbiana va augmentar significativament quan es va produir l'exclusió. Tot i això, totes les altres mesures físiques i químiques dels sòls no van variar significativament. La metaanàlisi multinivell confirma la noció que els efectes dels ungulats depenen del context i que l'heterogeneïtat del sòl dificulta la identificació de patrons clars. Els resultats de l'estudi suggereixen que el context ambiental impulsa persistentment la resposta del sòl més que el mateix brostejat, fins i tot a escales molt petites (< 10 m). Sovint no és possible avaluar els efectes del control de la població d'herbívors a l'ecosistema a causa de la manca d'informació tant abans com després del maneig. A més, el cost i la complexitat del mostreig a les muntanyes mediterrànies dificulten el monitoratge de la gestió. Al Capítol 2, aquest problema s'aborda utilitzant la teledetecció. Es va obtenir una sèrie temporal de vint-i-un anys de dades mensuals de NDVI (un proxy de l'activitat fotosintètica) a partir d'imatgeria per satèl·lit per avaluar els efectes de l'erradicació de la rata negra (Rattus rattus) sobre la productivitat de la vegetació mediterrània a l'illot de Sa Dragonera. Al moment de l'eradicació, la densitat de població de rates era una de les més altes esmentades en un context insular. La rata negra s'alimenta principalment de llavors, brots i fulles de vegetació llenyosa. Per tant, se suposava que la producció primària hauria augmentat durant un període de nou anys després de la campanya rodenticida. Els resultats suggereixen que l'esquema de restauració passiva actual imposat després de l'erradicació és insuficient per observar una millora efectiva en el vigor de la vegetació i la capacitat de reclutament de plantes. Es requereix cada vegada més una major resolució espacial en els programes de gestió ambiental per estudiar la interacció planta-herbívor. A aquest efecte, el capítol 3 presenta un enfocament nou de teledetecció que utilitza imatges obtingudes amb un Sistema Aeri No Tripulat (UAS) de baix cost. L'estudi es va dur a terme en un recinte tancat amb una població controlada de cabra salvatge ibèrica (Capra pyrenaica) al Parc Natural dels Ports de Tortosa-Beseit a Tarragona. Com a resultat, va ser possible mapejar els recursos dels herbívors classificats segons les preferències dietètiques amb un error de l'11,8%. A més de representar una contribució científica important cap a una millor comprensió de la resposta funcional dels ecosistemes de muntanya mediterranis al control d'herbívors, els resultats d'aquesta tesi representen una contribució a la gestió de la pressió dels herbívors en aquests ecosistemes. Els diferents enfocaments utilitzats mostren que les tècniques de teledetecció combinades amb dades de camp permeten una anàlisi a gran escala que ajuda a prendre decisions a nivell de tot l'ecosistema, així com a escala local.

Una larga historia de presencia humana ha dado forma a los paisajes de montaña del Mediterráneo. Históricamente, el pastoreo ha sido importante en la configuración de las tierras forestales. Los rebaños domésticos convertidos en rebaños asilvestrados, también han influido en los servicios ecosistémicos del Mediterráneo. El alcance de la respuesta del ecosistema a las medidas de control de herbívoros no se conoce bien en ambientes heterogéneos, transformados por siglos de actividad humana y depende en gran medida de las variables ambientales. El Capítulo 1 examina el efecto de la exclusión de la actividad de la cabra asilvestrada (Capra aegagrus hircus) en cinco sitios independientes en las montañas de Mallorca sobre las características físicas, químicas y biológicas del suelo. La actividad microbiana aumentó significativamente cuando se produjo la exclusión. Sin embargo, todas las demás medidas físicas y químicas de los suelos no variaron significativamente. El metaanálisis multinivel confirma la noción de que los efectos de los ungulados dependen del contexto y que la heterogeneidad del suelo dificulta la identificación de patrones claros. Los resultados del estudio sugieren que el contexto ambiental impulsa persistentemente la respuesta del suelo más que el propio ramoneo, incluso a escalas muy pequeñas (< 10 m). A menudo no es posible evaluar los efectos del manejo del control de la población de herbívoros en el ecosistema debido a la falta de información tanto antes como después del manejo. Además, el coste y la complejidad del muestreo en las montañas mediterráneas dificultan el monitoreo de la gestión. En el Capítulo 2, este problema se aborda utilizando la teledetección. Se obtuvo una serie temporal de veintiún años de datos mensuales de NDVI (un proxy de la actividad fotosintética) a partir de imágenes satelitales para evaluar los efectos de la erradicación de la rata negra (Rattus rattus) sobre la productividad de la vegetación mediterránea en el islote de Sa Dragonera. En el momento de la erradicación, la densidad de población de ratas era una de las más altas citadas en un contexto insular. La rata negra se alimenta principalmente de semillas, brotes y hojas de vegetación leñosa. Por lo tanto, se supone que la producción primaria habría aumentado durante un período de nueve años después de la campaña rodenticida. Los resultados sugieren que el esquema de restauración pasiva actual impuesto después de la erradicación es insuficiente para observar una mejora efectiva en el vigor de la vegetación y la capacidad de reclutamiento de plantas. Se requiere cada vez más una mayor resolución espacial en los programas de gestión ambiental para estudiar la interacción planta-herbívoro. Con este fin, el capítulo 3 presenta un enfoque novedoso de teledetección que utiliza imágenes obtenidas con un Sistema Aéreo No Tripulado (UAS) de bajo costo. El estudio se llevó a cabo en un recinto vallado con una población controlada de cabra montés ibérica (Capra pyrenaica) en el Parque Natural Ports de Tortosa-Beceit en Tarragona. Como resultado, fue posible mapear los recursos de los herbívoros clasificados según preferencias dietéticas con un error del 11,8%. Además de representar una importante contribución científica hacia una mejor comprensión de la respuesta funcional de los ecosistemas de montaña mediterráneos al control de herbívoros, los resultados de esta tesis representan una contribución a la gestión de la presión de los herbívoros en estos ecosistemas. Los diferentes enfoques utilizados muestran que las técnicas de teledetección combinadas con datos de campo permiten un análisis a gran escala que ayuda a la toma de decisiones a nivel de todo el ecosistema, así como a escala local.

A long history of human presence has shaped Mediterranean mountain landscapes. Grazing has historically been a primary factor shaping forest lands. Nowadays, herds of domestic herbivores turned into feral livestock have also influenced ecosystem services in the Mediterranean. The extent of ecosystem response to herbivore control measures is not well known in heterogeneous environments transformed by centuries of human activity and is highly dependent on environmental variables. Chapter 1 examines the effect of excluding the activity of the feral goats (Capra aegagrus hircus) in five independent sites in the mountains of Mallorca on the soil's physical, chemical, and biological characteristics. Microbial activity increased significantly when exclusion occurred. However, all other physical and chemical measurements of the soils did not vary significantly. A multi-level meta-analysis confirms the notion that ungulate effects are context-dependent, and soil heterogeneity makes it difficult to identify clear patterns. The study results suggest that environmental context persistently drives ground response more than browsing itself, even at very small scales (< 10m). Often is not possible to evaluate the herbivore population control management effects on the ecosystem due to the lack of information both before and after management. Furthermore, the cost and complexity of sampling in the Mediterranean mountains make regular monitoring more difficult. In Chapter 2, this problem is addressed using a remote sensing approach. Twenty-one years of time series of monthly NDVI (proxy of photosynthetic activity) data was obtained from satellite images to evaluate the effects of eradicating the black rat (Rattus rattus) on the productivity of the Mediterranean vegetation in the islet of Sa Dragonera. At the time of eradication, the rat population density was among the highest reported in an insular context. The black rat feeds mainly on seeds, shoots and leaves of woody vegetation. Therefore it is hypothesised that primary production would have increased over nine years after the rodenticide campaign. The results suggest that the current passive restoration scheme imposed after eradication is insufficient to observe effective improvement in vegetation vigour and plant recruitment capacity. A higher spatial resolution is increasingly required in conservation management programs worldwide to study plant-herbivores interaction. To this end, chapter 3 presents a novel remote sensing approach that uses images obtained with a low-cost Unmanaged Aerial System (UAS). The study was conducted in a fenced enclosure with a captive Iberian ibex (Capra pyrenaica) population in the Ports de Tortosa-Beceit Natural Park in Tarragona. As a result, it was possible to map the resources of herbivores classified according to dietary preferences with an error of 11.8%. In addition to representing a significant scientific contribution towards a better understanding of the functional response of Mediterranean mountain ecosystems to herbivore control, the results of this thesis represent a contribution to the management of herbivore pressure in these ecosystems. The different approaches used show that remote sensing techniques combined with field data allow for large-scale analysis that helps decision-making on an ecosystem and local scale.