Applying geographical information technologies and multi criteria spatial planning in the sustainable management of forest ecosystem services

Abstract

La creixent complexitat de la realitat geoespacial i els ràpids canvis espacials, causats per la incertesa dels processos naturals i el ràpid desenvolupament social, han augmentat la necessitat d'una planificació espacial estratègica, que requereix objectius cada vegada més específics. No obstant això, en un escenari on diversos factors heterogenis influeixen en la presa de decisions, no hi ha una única solució òptima, sinó diverses alternatives aplicables basades en compensacions. Els ecosistemes forestals, amb la seva naturalesa multifuncional, proporcionen nombrosos serveis i beneficis pel benestar humà. Garantir la seva sostenibilitat requereix l'aplicació d'una estratègia de gestió adequada que maximitzi el subministrament de serveis ecosistèmics, minimitzi els riscos ambientals i eviti la presa de decisions impulsada per interessos concrets. En aquesta situació, l'aplicació d'eines de suport a la presa de decisions multi criteri, combinada amb tecnologies de la informació geogràfica, millora significativament les accions de planificació espacial facilitant la identificació d'opcions de gestió adequades. Aquesta tesi s'estructura al voltant de quatre estudis que aborden aquests desafiaments. El primer i segon estudi se centren en identificar la idoneïtat de l'ús forestal en funció del subministrament de serveis ecosistèmics i les característiques biogeofísiques del bosc, amb l'objectiu de facilitar la selecció d'opcions de gestió adequades. El primer estudi considera les característiques forestals actuals, mentre que el segon estudi simula la dinàmica forestal i permet definir estratègies de gestió a llarg termini. El tercer estudi avalua les àrees verdes urbanes i utilitza mètodes de comparació entre dues ciutats per abordar la relativitat del subministrament de serveis ecosistèmics urbans i millorar la planificació urbana. El quart estudi té com a objectiu millorar el marc per predir el comportament del foc per garantir la provisió ininterrompuda de serveis ecosistèmics. Els resultats posen de manifest la importància de la planificació espacial multi criteri en la gestió forestal i demostren l'excel·lent aplicabilitat de les tecnologies de la informació geogràfica i les eines de suport a la presa de decisions en l'avaluació de problemes ambientals espacials complexos. Aquestes eines tenen la capacitat de gestionar anàlisis multi objectiu, permetent l'avaluació de múltiples opcions per a solucions adequades i posant èmfasi en la multi funcionalitat dels boscos. Les nostres avaluacions també revelen diverses limitacions metodològiques i terminològiques associades a la gestió ambiental basada en serveis ecosistèmics. Aquesta tesi fa servir eines innovadores d'avaluació espacial i enfocaments nous per abordar aquestes limitacions, proporcionant solucions i intentant aconseguir un entorn més sostenible.

La creciente complejidad de la realidad geoespacial y los rápidos cambios espaciales, causados por la incertidumbre de los procesos naturales y el rápido desarrollo social, han aumentado la necesidad de una planificación espacial estratégica, que requiere objetivos cada vez más específicos. Sin embargo, en un escenario donde varios factores heterogéneos influyen en la toma de decisiones, no existe una única solución óptima, sino varias alternativas aplicables basadas en compensaciones. Los ecosistemas forestales, con su naturaleza multifuncional, proveen numerosos servicios y beneficios para el bienestar humano. Garantizar su sostenibilidad requiere la aplicación de una estrategia de gestión adecuada que maximice la provisión de servicios ecosistémicos, minimice los riesgos ambientales y evite la toma de decisiones impulsada por determinados intereses. En esta situación, la aplicación de herramientas de apoyo a la toma de decisiones multicriterio, combinada con tecnologías de la información geográfica, mejora significativamente las acciones de planificación espacial facilitando la identificación de opciones de gestión adecuadas. Esta tesis se estructura en torno a cuatro estudios que abordan estos desafíos. El primer y segundo estudio se centran en identificar la idoneidad del uso forestal en función de la provisión de servicios ecosistémicos y las características biogeofísicas del bosque, con el objetivo de facilitar la selección de opciones de gestión adecuadas. El primer estudio considera las características forestales actuales, mientras que el segundo estudio simula la dinámica forestal y permite definir estrategias de gestión a largo plazo. El tercer estudio evalúa las áreas verdes urbanas y utiliza métodos de comparación entre dos ciudades para abordar la relatividad de la provisión de servicios ecosistémicos urbanos y mejorar la planificación urbana. El cuarto estudio tiene como objetivo mejorar el marco para predecir el comportamiento del fuego para garantizar la provisión ininterrumpida de servicios ecosistémicos. Los resultados destacan la importancia de la planificación espacial multicriterio en la gestión forestal y demuestran la excelente aplicabilidad de las tecnologías de la información geográfica y las herramientas de apoyo a la toma de decisiones en la evaluación de problemas ambientales espaciales complejos. Estas herramientas tienen la capacidad de manejar análisis multiobjetivo, permitiendo la evaluación de múltiples opciones para soluciones adecuadas y haciendo hincapié en la multifuncionalidad de los bosques. Nuestras evaluaciones también revelan varias limitaciones metodológicas y terminológicas asociadas a la gestión ambiental basada en servicios ecosistémicos. Esta tesis emplea herramientas innovadoras de evaluación espacial y enfoques novedosos para abordar estas limitaciones, proporcionando soluciones e intentando conseguir un entorno más sostenible.

The growing complexity of geospatial reality and rapid spatial changes, caused by the uncertainty of natural processes and rapid social development, have increased the need for strategic spatial planning, requiring more specific objectives each time. However, in such a scenario where heterogeneous factors influence decision-making, there is no single best solution, but rather several applicable alternatives based on trade-offs. Forest ecosystems, with their multifunctional nature, provide numerous services and benefits to human well-being. Ensuring their sustainability requires the application of an appropriate management strategy that maximizes the supply of ecosystem services while minimizing environmental risks and avoiding decision-making driven by narrow interests. In this situation, the application of a multi-criteria decision support framework, combined with geographical information technologies, significantly improves spatial planning actions by facilitating the identification of suitable management options. This thesis is structured around four studies that address these challenges. The first and second studies focus on identifying forest use suitability based on ecosystem services provision and forest biogeophysical characteristics, aiming to facilitate the selection of appropriate management options. The first study considers current forest features, while the second study simulates forest dynamics and enables the definition of long-term management strategies. The third study assesses urban green areas and utilizes comparison methods between two cities to address the relativity of urban ecosystem service provision and improve urban planning. The fourth study aims to enhance the framework for predicting fire behaviour to ensure the uninterrupted provision of ecosystem services. The results highlight the importance of multi-criteria spatial planning in forest management and demonstrate the excellent applicability of geographical information technologies and decision support tools in assessing complex spatial environmental issues. These tools have the capacity to handle multi-objective analyses, enabling the evaluation of multiple choices for appropriate solutions and emphasizing the multifunctionality of forests. Our assessments also reveal several methodological and terminological constraints associated with ecosystem services-based environmental management. This thesis employs innovative spatial assessment tools and novel approaches to address these limitations, providing solutions and striving to achieve a more sustainable environment.