Forest fragmentation at large scale using a landscape gradient approach

Diversas conceptualizaciones y enfoques están involucrados el estudio de la fragmentación de hábitats. Este término puede referirse a la separación del hábitat combinada o no con la pérdida del mismo, dos procesos inseparablemente vinculados. Dado que los efectos ecológicos de la fragmentación de hábitat se derivan de cambios en el patrón del mismo, la medición de estos efectos se puede lograr mediante índices de paisaje directamente relacionados con ellos. Además, la existencia de umbrales en el gradiente de cantidad de hábitat, que determinen diferentes respuestas ecológicas, es un área que requiere más investigación. Esta tesis se centra en el hábitat proporcionado por los bosques en áreas extensas. La comprensión de los factores clave involucrados en la fragmentación forestal se ve facilitada al considerar el bosque como un tipo de hábitat para una especie forestal genérica. El objetivo general de este trabajo es estudiar la fragmentación de bosques en paisajes reales de la Península Ibérica (PI; superficie forestal analizada: 20,5 millones de hectáreas). Esto implica analizar índices de paisaje relacionados con la cantidad y la configuración del bosque, con el fin de producir resultados aplicables en la planificación forestal. Para lograr este objetivo se establecieron preguntas de investigación específicas, las cuales abordan la caracterización de dominios de fragmentación a múltiples escalas de los tipos de bosque más importantes (FTs) de España; la relación entre la cantidad y configuración del bosque en paisajes reales de la Península Ibérica (PI), así como la intensidad de la misma según contextos más amplios; la existencia de umbrales en el gradiente de cantidad de bosque; y la elaboración de mapas de áreas potencialmente prioritarias para fines de planificación forestal. Se utilizó el Mapa Forestal de España y la capa `Tree Cover Density de 2018 para obtener de manera exhaustiva índices de paisaje siguiendo un enfoque de gradiente (es decir, los atributos de gradiente de los patrones forestales), mediante cálculos de ventana móvil. Las superficies continuas generadas permitieron superar las limitaciones del modelo de mosaico de teselas, al considerar la variabilidad espacial del patrón de la cubierta forestal. Se utilizaron Árboles de Clasificación y Regresión para identificar umbrales en los datos. Diversas curvas de referencia a múltiples escalas para el índice `Forest Area Density (FAD) y los tipos de bosque más abundantes fueron obtenidas, junto con una escala operativa y relaciones de escalamiento. Esto proporciona un marco de referencia para las evaluaciones de la cantidad de bosque. Es importante destacar que de las curvas de referencia se derivaron un modelo teórico novedoso y un indicador multiescala. Se generaron gráficos de dispersión de densidad de probabilidad para FAD e índices de configuración (NP, ED y ENN) en la PI, revelando una mayor variabilidad en comparación con paisajes simulados. Estos resultados constituyen uno de los pocos ejemplos que muestran estas relaciones para paisajes reales de un área extensa. También se elaboraron dos cartografías, las cuales muestran Niveles de Fragmentación en la PI y áreas potencialmente prioritarias en España, basadas en escenarios de gestión de conservación y restauración. Combinando los resultados, el gradiente de cantidad de bosque se dividió en cuatro intervalos, dentro de un modelo integrado final, con los umbrales de FAD de 5%, 55-60% y 90%, respectiva y potencialmente correspondiendo al Umbral de Extinción, el nuevo Umbral de Interacción y el Umbral de Fragmentación. Al identificar valores específicos de FAD para la PI, este modelo integrado supone un caso cuantificado concreto para modelos teóricos de fragmentación existentes. En general, los resultados pueden apoyar la evaluación del estado del bosque, la identificación de áreas de interés y guiar en el establecimiento de objetivos de planificación cuantificados. ABSTRACT Diverse conceptualizations and approaches are engaged in the study of habitat fragmentation. This term may refer to the breaking apart of habitat combined or not with habitat loss, two processes inseparably linked. To study the ecological effects of fragmentation on biodiversity, some authors advocate for considering the breaking apart of habitat as a separate process from habitat loss, which has led to the term 'fragmentation per se'. Others emphasize the direct and indirect impacts of habitat loss on ecological responses to fragmentation, being the interaction of habitat amount and configuration an issue to consider and investigate. Since the ecological effects of habitat fragmentation are derived from changes in habitat pattern, the measurement of these effects can be achieved by means of landscape metrics directly related to them. In addition, the existence of thresholds in the habitat amount gradient determining different ecological responses is an area requiring further research. This thesis focuses on habitat as provided by forests in extensive areas. The understanding of the key factors involved in forest fragmentation is facilitated considering forest as a habitat type for a generic forest species. The general objective of this work is to study forest fragmentation in real-world landscapes across the Iberian Peninsula (IP; forestland analyzed: 20.5 million hectares). This involves analyzing landscape metrics related to forest amount and configuration, with the aim of producing outcomes that could support forest planning. To achieve this objective specific Research Questions are established, concerning the characterization of multiscale fragmentation domains of the most important Forest Types (FTs) in Spain; the relationship between forest amount and configuration in real-world landscapes of the IP, as well as its strength according to broader contexts; the existence of thresholds on the forest amount gradient; and the mapping of potential priority areas for forest planning purposes. The Spanish Forest Map 1:50,000 and the Tree Cover Density layer of 2018 were used to comprehensively derive landscape metrics following a gradient approach (i.e., the gradient attributes of forest patterns), by means of moving-window calculations. The continuous surfaces generated allowed to overcome the drawbacks of the patch-mosaic model, considering the spatial variability of the forest cover pattern. Classification and Regression Trees were utilized to identify thresholds in the data. Multiscale reference curves for the metric Forest Area Density (FAD) and the most abundant FTs, together with an operational scale and scaling relations, were obtained. These provide a framework for forest amount assessments. Importantly, a novel theoretical model and a multiscale indicator were derived from the reference curves. Probability-density scatterplots were generated for FAD and configuration metrics (NP, ED and ENN) in the IP, revealing higher variability compared to simulated landscapes. These results stand as one of the few examples showing these relationships for real-world landscapes of a vast area. Two map products were also elaborated, displaying Fragmentation Levels in the IP, and potential priority areas in Spain based on conservation and restoration management scenarios. Combining the results, the entire forest amount gradient was divided into four portions in a final integrated model, with the FAD thresholds 5%, 55-60% and 90%, respectively potentially corresponding to the Extinction Threshold, the novel Interaction Threshold, and the Fragmentation Threshold. By identifying specific FAD values for the Iberian forests, this integrated model serves as a novel realization of theoretical fragmentation models already proposed. Overall, the outcomes could support the assessment of forest condition, the identification of areas of concern, and guide the establishment of quantified planning targets.